SUPLEMENTO PARA O PROFESSOR
Sumário Apresentação da obra, 5 Estrutura geral da coleção, 5 Organização dos capítulos, 6
Capítulo 11 – Origem das espécies e dos grandes grupos de seres vivos, 11 Capítulo 12 – Evolução humana, 12 Sugestões de atividades complementares, 12 Exemplo de mapas de conceitos, 12
PARTE III – Ecologia, 12
Texto e imagens, 6
Capítulo 13 – Fundamentos da Ecologia, 12
Quadros Leitura, 6temáticos, 6 Atividades, 6 Bibliografia, respostas, nova nomenclatura anatômica, índice remissivo, 7
Capítulo 14 – Energia e matéria nos ecossistemas, 12 Capítulo 15 – Dinâmica das populações biológicas, 12 Capítulo 16 – Relações ecológicas entre seres vivos, 13 Capítulo 17 – Sucessão ecológica e biomas, 13 Capítulo 18 – Humanidade e ambiente, 13 Sugestões de atividades complementares, 13 Exemplos de mapas de conceitos, 13
Sugestões para utilizar esta obra como instrumento de aprendizagem e avaliação, 7 Orientação de leitura, 7 Conhecimentos prévios dos estudantes, 7 Ligações com o cotidiano, 7 Integração da Biologia com outras disciplinas, 7 Atividades didáticas, 8 Utilização dos mapas de conceitos, 8
Atividades complementares, 13 Anexo - Páginas para fotocopiar, 21
Trabalhando com mapas de conceitos, 28 Exemplos de mapas de conceitos, 30
Destaques temáticos, objetivos de ensino e sugestões para este volume, 8 PARTE I - Genética, 9 Capítulo 1 – As srcens da Genética, 9 Capítulo 2 – Lei da segregação genética, 9 Capítulo 3 – Relação entre genótipo e fenótipo, 9 Capítulo 4 – Lei da segregação independente dos genes, 10 Capítulo 5 – O mapeamento dos genes nos cromossomos, 10 Capítulo 6 – Herança e sexo, 10 Capítulo 7 –osDogenes, genótipo expressam 10 ao fenótipo: como se Capítulo 8 – Aplicações do conhecimento genético, 10 Sugestões de atividades complementares, 11 Exemplos de mapas de conceitos, 11
PARTE II – Evolução biológica, 11 Capítulo 9 – Breve história das idéias evolucionistas, 11 Capítulo 10 – Teoria moderna da evolução, 11
Respostas às questões das atividades, 39 Capítulo 1
39
Capítulo 2 Capítulo 3 Capítulo 4 Capítulo 5 Capítulo 6 Capítulo 7 Capítulo 8 Capítulo 9 Capítulo 10
40 41 44 46 48 50 52 54 56
Capítulo 11 Capítulo 12 Capítulo 13 Capítulo 14 Capítulo 15 Capítulo 16 Capítulo 17 Capítulo 18
59 62 65 66 69 70 72 76
Apresentação da obra Idealizamos esta coleção como ferramenta de estudo e de consulta voltada ao ensino médio, visando a atender diversas opções de conteúdo adotadas pelos professores brasileiros. A amplitude dos assuntos tratados, além de refletir o alentado arcabouço conceitual das ciências biológicas, procura contemplar temas que nossas pesquisas indicam serem os preferidos pela maioria dos(as) colegas. Entendemos o livro didático como um instrumento flexível, que deve servir de fonte de informação confiável e atualizada e também propor atividades e exercícios capazes de estimular e de promover a aprendizagem. Para ser um apoio efetivo nesse sentido, procuramos apresentar livros com texto bem estruturado, ilustrado e explicativo, capazes de influenciar o desenvolvimento da capacidade de leitura e de organização do pensamento, além de compor harmoniosamente textos e imagens, de modo a convidar os estudantes a vencer os desafios inerentes à aquisição de novos conhecimentos. Foi com essas perspectivas que elaboramos esta coleção em três volumes. Esperamos que a obra leve os estudantes a compreender os conceitos fundamentais em Biologia e facilite sua ligação aos fatos do cotidiano; esperamos também que eles percebam o quanto as ciências biológicas têm sido importantes para a humanidade e seu grande potencial para novas descobertas que se delineia neste século XXI. Nossa expectativa é que cada professor possa utilizar esta obra da melhor maneira possível, de acordo com a disponibilidade de sua carga horária e de seus objetivos de aprendizagem.
Estrutura geral da coleção A obra aborda diferentes níveis de organização da vida: as células, os organismos e as populações. Procuramos incorporar, aos conceitos tradicionalmente tratados no ensino médio, as muitas novidades da Biologia da última década, de modo a levar os estudantes a conhecer e acompanhar os grandes debates científicos da atualidade. O Volume 1 focaliza o nível celular de organização da vida, relacionando-o com o nível das moléculas e também com o dos tecidos. Os principais assuntos tratados no volume são: a. as características típicas do fenômeno vida e as teorias atuais sobre a srcem da vida em nosso planeta; b. estrutura e função nas células vivas (Citologia) e organização celular dos tecidos animais (Histologia); c. aspectos gerais da reprodução, dos ciclos de vida e do desenvolvimento animal (Reprodução e Embriologia). O Volume 2 aborda a vida no nível dos organismos, estudando sua diversidade, anatomia e fisiologia. Os principais assuntos tratados no volume são: a. noções básicas de Sistemática, com destaque para a classificação biológica; b. estudo sistemático dos principais representantes dos grandes reinos de seres vivos; c. anatomia e fisiologia de plantas e animais, com ênfase nas plantas angiospermas e no
organismo humano. O Volume 3 trata de conceitos e processos relacionados mais diretamente com o nível populacional de organização dos seres vivos, estudando-o sob os pontos de vista da Genética, da Evolução Biológica e da Ecologia. Os principais assuntos tratados no volume são: a. aspectos históricos e modernos da Genética, de Gregor Mendel até os recentes avanços no conhecimento genético e suas aplicações; b. aspectos históricos e modernos das teorias de evolução biológica, de Darwin à moderna teoria evolucionista, com ênfase na evolução da espécie humana; c. conceitos fundamentais de Ecologia e de Educação Ambiental. Em cada capítulo, o conteúdo é apresentado por meio de um texto integrado a fotos, ilustrações e esquemas, além de Quadros temáticos, Leitura e Atividades. ESTRUTURA GERAL DA COLEÇÃO
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Organização dos capítulos Texto e imagens A linguagem empregada na obra procura aliar a precisão conceitual da comunicação científica à clareza didática. Sempre que possível utilizamos analogias e comparações, exemplificando com assuntos do cotidiano, de modo a tornar conceitos e fenômenos biológicos mais concretos para os estudantes. As imagens são fundamentais para a compreensão mais ampla dos assuntos, e suas legendas complementam o texto básico. Além das fotografias, há esquemas com comparações didáticas e sínteses conceituais e, nesse caso, é importante levar os alunos a perceber os elementos em diferentes escalas e em cores-fantasia.
Quadros temáticos Cada capítulo pode conter um ou mais quadros temáticos em que determinados assuntos – aprofundamentos, aspectos históricos, novidades científicas e tecnológicas etc. – são apresentados paralelamente ao desenvolvimento do conteúdo explicativo seqüencial. Os quadros tem áticos possibilitam que os assuntos específicos neles tratados possam ser utilizados em diferentes momentos da aprendizagem, a critério do professor, garantindo maior flexibilidade no trabalho com o texto did ático.
Leitura Ao final de cada capítulo há um item denominado Leitura, em que é apresentado um texto selecionado de livros, revistas científicas, jornais ou da internet. Um dos objetivos da Leitura é fornecer aos estudantes textos de diferentes autores, com diferentes enfoques para assuntos tratados no capítulo. O trabalho com o item Leitura pode preceder o estudo do capítulo, servindo de problematização e de refer ência para os conceitos e processos tratados no texto b ásico. A partir do texto da Leitura é possível também solicitar aos estudantes, como atividade de pesquisa, que encontrem textos sobre o mesmo tema em diferentes meios de divulgação
Atividades Após a Leitura apresentamos um elenco deatividades, dimensionando-o para abranger os assuntos fundamentais do cap ítulo. As atividades estão divididas em três módulos: Guia de estudo, Questões para pensar e discutir e A Biologia no vestibular. O primeiro módulo orienta os estudantes a rever, passo a passo, os principais conceitos e processos tratados no capítulo; compõe-se de questões discursivas, cujas respostas s ão fornecidas apenas ao professor. O módulo seguinte, Questões para pensar e discutir , traz questões objetivas e discursivas que desafiam os estudantes a ligar fatos, conceitos e processos em situações reais ou simuladas; as respostas dessas questões também s ão fornecidas exclusivamente para o professor. O terceiro m ódulo, A Biologia no vestibular, traz uma seleção das melhores questões de vestibulares sobre os assuntos tratados no capítulo. Ao trabalhar com essas quest ões, cujas respostas são fornecidas no Livro do Aluno, os estudantes entram em contato com o que se avalia nos diversos exames de ingresso ao Ensino Superior. Sugira aos estudantes que, ap ós a leitura do texto de cada cap ítulo, sempre façam os exercícios do Guia de estudo. Para facilitar sua utilização, esses exercícios estão divididos em blocos, correspondentes aos itens numerados do cap ítulo. Estimule os estudantes a rever o texto em caso de dúvida em algum exercício. Para que os estudantes possam explorar mais amplamente temasedo cap solicite façam as atividades ítulo, no módulo Questões para os pensar discutir , em que sque ão apresentadas questpropostas ões mais desafiadoras e/ou sugest ões de pesquisas e atividades, úteis para discussões de fechamento dos assuntos. O elenco de questões de A Biologia no vestibular pode ser utilizado, a seu critério, tanto após o Guia de estudo como após as Questões para pensar e discutir. Além de ajudar os alunos a estudar, os diferentes módulos de atividades podem ser utilizados pelo professor como instrumentos de avaliação da aprendizagem, em especial o Guia de estudo e as Questões para pensar e discutir , cujas respostas s ão fornecidas exclusivamente no livro do professor.
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ESTRUTURA GERAL DA COLEÇÃO
Bibliografia, respostas, nova nomenclatura anat ômica, índice remissivo Após o último capítulo de cada volume, no Livro do Aluno, apresentamos, em üê seq ncia: a) a principal bibliografia consultada na elabora ção do livro; b) as respostasàs questões do módulo A Biologia no vestibular; c) uma tabela com as principais ltera a ções na nomenclatura do corpo humano sugeridas pela mais recente Nomina Anatomica; d) índice remissivo. Sugerimos que o(a)s colegas professore(a)s estimulem a utilização do índice remissivo pelos estudantes, tanto para localizar rapidamente assuntos no texto como para relacionar informações de diferentes temas. Isso pode familiarizá-los com obras de consulta.
Sugestões para utilizar esta obra como instrumento de aprendizagem e avaliação
Orientação de leitura
Para habituar os estudantes à estrutura do livro did ático, de modo que este se torne um verdadeiro aliado nos estudos, sugerimos aos( às) colegas professore(a)s que sempre orientem os estudantes para a leitura do texto selecionando e indicando trechos para serem lidos antes, durante ou após a aula. Um di álogo aberto sobre os objetivos a serem alcançados com o estudo do cap ítulo pode facilitar a comunicação com os estudantes, estimulando-os a dividir com o(a) professor(a) a responsabilidade por sua aprendizagem. Chambliss, M. J. e Calfee, R. C., no livroTextbooks for Learning(Malden, Massachussets, Blackwell Publishers Inc., 1998), propõem questões a serem levantadas em situações como essa, tais como: Que informações do texto se relacionam com algo que voc ê conhece? Que partes do texto voc ê considera mais interessantes? Como voc ê resumiria o que aprendeu na leitura do texto? Daqui a um m ês, o que você acha que poderá lembrar do texto? Se voc ê for discutir o assunto do texto com outras pessoas, que idéias, argumentos e exemplos utilizaria?
Conhecimentos prévios dos estudante s Diversas correntes pedagógicas destacam a importância de se levantar os conhecimentos prévios dos estudantes, tanto suas concepções baseadas no senso comum, como conceitos aprendidos em ciclos escolares anteriores e que s ão pré-requisitos para construir e ancorar os novos conhecimentos. Vale a pena investir algum tempo para levantar e discutir os conceitos sobre os seres vivos e sobre seu pr óprio corpo que os estudantes trazem em sua bagagem de conhecimentos e ajudá-los a analisar suas concepções e a adquirir outras, fundamentadas no conhecimento científico. Em geral, apresentar os objetivos do estudo do capítulo e discutir com os estudantes as idéias que eles têm a respeito do tema é suficiente para detectar conceitos que v ão exigir mais discussões e explicações.
Ligações com o cotidiano A idéia de ligar o que se aprende na escola ao mundo aparece em muitos dos objetivos sugeridos para cada capítulo e volume em que se encontram. Os estudantes geralmente se motivam a aprender quando percebem conexões entre fatos próximos à sua vida e conteúdos estudados na escola. Isso fica evidente no interesse que eles manifestam em conteúdos referentes a saúde, higiene, questões sobre reprodução, contracepção e DSTs, por exemplo. Assuntos veiculados pela imprensa podem ser utilizados como instrumentos de problematização de conteúdos. Jornais e revistas costumam ter seções especializadas em ciências; é possível estabelecer, na classe, uma rotina para acompanhar notícias de interesse científico, que podem ser apresentadas em um mural, por exemplo. Os textos da Leitura apresentados ao final de cada cap ítulo do livro também podem ser empregados para tal finalidade. SUGESTÕES PARA A UTILIZAÇÃO DA OBRA
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Integra ção da Biologia com outras disciplinas Modernas tendências pedagógicas apontam a integração interdisciplinar como uma importante estratégia de ensino. Por um lado, o(a)s professore(a)s das diferentes disciplinas complementam informações, trocam idéias e desenvolvem o trabalho em equipe. Os estudantes percebem mais facilmente as relações entre os diferentes fen ômenos da natureza quando estudam os mesmos conceitos em diferentes disciplinas. Considere a possibilidade de integração interdisciplinar formal ou informal e, se possível, que se inclua no planejamento ao menos uma atividade de integração interdisciplinar.
Atividades did áticas O aprendizado requer participa çã o ativa dos estudantes. Atividades de pesquisa bibliogr á fica, semin ários, aulas pr á ticas e estudos do meio, entre outras estrat égias pedag ó gicas, podem tornar altamente din âmico e motivador um curso de Biologia. A partir da p á ginaaos 14 deste sugerimos algumas atividades complemen- às tares relacionadas conte suplemento údos tratados neste volume. Somadas ou adaptadas do repertório do próprio(a) professor(a), essas atividades podem motivar os estudantes e ajud á-los a se apropriar de novos conhecimentos e habilidades desejadas.
Utilização dos mapas de conceitos Identificar os conceitos básicos apresentados no texto de cada capítulo constitui um aspecto importante do processo de ensino-aprendizagem. Se o(a) professor(a) dispõe de poucas aulas semanais para desenvolver o conteúdo, pode ser melhor destacar os conceitos mais importantes, deixando em segundo plano aspectos de detalhamento ou temas não-pertinentes aos objetivos didáticos que se deseja alcançar. Uma das maneiras de trabalhar criteriosamente com conceitos é por meio da elaboração de mapas de conceitos. Trata-se de uma estratégia didática que é muito útil também no planejamento de unidades didáticas e na preparação de aulas. Um mapa de conceitos consiste de um conjunto de conceitos interligados por palavras de ligação, que identificam o tipo de relação que há entre eles. Embora simples em sua concepção, os mapas de conceitos constituem-se em uma ferramenta poderosa para o processo de ensino-aprendizagem e para a avaliação da aprendizagem. Para o(a)s que desejarem aprofundar assunto, apresentamos, na página 38, umprofessor(a)s texto sobre os princ ípios de se constru ção de no mapas de conceitos, acompanhado de bibliografia suplementar e de exemplos de mapas de conceitos referentes a assuntos tratados no volume.
Destaques temáticos, objetivos de ensino e sugestões para este volume A seguir apresentamos os destaques temáticos e os principais objetivos de ensino de cada capítulo deste volume. Apresentamos também sugestões de atividades complementares e exemplos de mapas de conceitos relativos aos assuntos tratados em cada parte do volume.
Destaques temáticos e objetivos de ensino Os destaques temáticos são apresentados na forma de uma breve sinopse dos temas de cada capítulo, acompanhada dos principais objetivos que tivemos em mente ao elabor á-los. Os objetivos foram divididos em duas categorias: objetivos gerais, referentes ao desenvolvimento conhecimentos, habilidades e valores que ultrapassam os limites de da Biologia, e objetivosdedid áticos, mais espec íficos, que se referem ao desenvolvimento conhecimentos e habilidades específicas de Biologia. Um exemplo de objetivo geral é: Valorizar os aspectos hist óricos da ciência, tais como os relativos ao desenvolvimento da Genética, reconhecendo que os avanços científicos de uma época dependem de conhecimentos desenvolvidos em épocas anteriores. Um exemplo de objetivo did ático é: Caracterizar alelos como formas diferentes de um mesmo gene e conceituar os seguintes termos: alelo dominante, alelo recessivo, indivíduo homozigótico, indivíduo heterozigótico, dominância incompleta e co-dominância.
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DESTAQUES TEMÁTICOS, OBJETIVOS E SUGESTÕES
ESTRUTURA GERAL DA COLEÇÃO
Se desejar, utilize os objetivos que sugerimos para cada capítulo em seu planejamento e como parâmetro de avaliação, adequando-os às suas necessidades.
Sugestões de atividades complementares Para auxiliar o(a) professor(a) em sua tarefa de obter participa ção mais ativa dos estudantes no processo de aprendizagem, reunimos neste suplemento sugest ões de atividades complementares de diferentes tipos: pesquisas bibliográficas, seminários, aulas de laboratório, estudos do meio e montagens, entre outras estratégias pedagógicas. Se desejar, utilize essas atividades em complementação àquelas presentes no livro do estudante.
Mapas de conceitos Os mapas de conceitos s ão construções pessoais e contextuais, de modo que sua utilização mais produtiva como ferramenta pedag ógica é produzir os próprios mapas. Entretanto, analisar mapas de conceitos já prontos um excelente pontoapde a elaboraçãeoavaliar de mapas conceituais próprios. Assim,é neste suplemento, ós partida a sugestpara ão de atividades complementares, apresentamos alguns exemplos de mapas de conceitos envolvendo os principais conceitos tratados nos capítulos. Se desejar, utilize os mapas sugeridos como base para discussão com os estudantes, que podem modificá-los ou ampliá-los, dependendo dos conceitos tratados e dos objetivos almejados.
PARTE I - GENÉTICA
Objetivos gerais para todos os cap ítulos desta parte
Capítulo 2 – Lei da segregação genética
Compreender que a herança biológica se baseia na transmissão de informações hereditárias – os genes – de geração a geração, o que possibilita reflex ões sobre a continuidade da vida e sobre a natureza das relações entre os seres vivos ao longo do tempo.
Destaques tem áticos
Representar, por meio de esquemas ou modelos, a separa-
ção (segregação) dos cromossomos e dos alelos de um gene na meiose.
Conceituar herança monogênica, ou monoibridismo. Compreender os princípios de constru ção do quadrado de Punnett, aplicando-os na solu ção de problemas sobre herança monogênica.
Capítulo 3 – Relação entre genótipo e fenótipo
Discute algumas idéias antigas sobre hereditariedade, como a pangênese de Hipócrates, os escritos de Aristóteles sobre a herança biológica e a polêmica entre os defensores das teorias da pré-formação e da epigênese. Apresenta uma breve hist ória dos conhecimentos essenciaisà compreensão da hereditariedade: o papel dos gametas na fecunda ção, dos cromossomos, da mitose e da meiose. Mostra os principais avanços e marcos históricos relacionadosà Genética no século XX.
Compreender a hipótese da pang ênese de Hipócrates e explicar por que Arist óteles se opunha a ela.
gen dos principais sistemas as deno grupos sang üíneos huéticaABO, manos: Rh e MN. Trabalha ções fundamentais de probabilidade aplicadas à Genética.
Explicar os pontos centrais das teorias da pr é-formação e da epigênese, comparando-os.
Conceituar mitose e descrever sucintamente o processo, representando-o simplificadamente por meio de esquemas e ilustrações. Conceituar meiose e descrever sucintamente o processo, representando-o simplificadamente por meio de esquemas e ilustra ções. ESTRUTURA GERAL DA COLEÇÃO
Destaques tem áticos Discute os conceitos de fen ótipo e de genótipo e a determinação do genótipo de indivíduos com fen ótipo dominante por meio de cruzamento-teste. Apresenta o conceito de heredograma e os princ ípios básicos de sua constru ção. Discute os diferentes modos de intera ção entre alelos de um mesmo gene, distinguindo heran ça recessiva, heran ça dominante, dominância incompleta e co-dominância. Conceitua e discute exemplos de pleiotropia, de alelos letais e de alelos múltiplos. Discute as varia ções no modo de express ão dos genes, conceituando varia ção descontínua, norma de reação, penetrância e expressividade dos genes. Apresenta a
Sugestões de objetivos did áticos
Estar informado sobre como foram descobertos os gametas e em que época isso ocorreu.
Sugestões de objetivos did áticos Explicar como a segrega ção dos cromossomos hom ólogos na meiose determina a separa ção (segregação) dos alelos de um gene.
Compreender os princ ípios teóricos que explicam a hereditariedade e as variações nas manifestações genéticas; utilizar esses conhecimentos para entender situa ções reais, como casos que envolvem genes letais, características genéticas humanas de interesse médico e determinação do sexo, e para atuar positivamente na preven ção e no tratamento de certas doenças que ocorrem em casos de incompatibilidade gen ética.
Capítulo 1 – As srcens da Gen ética
Destaques tem áticos Apresenta a parte do trabalho de Gregor Mendel referente à lei da segrega ção. Discute as bases celulares da segregação dos fatores gen éticos. Apresenta exemplos de heran ça monogênica.
Valorizar os aspectos hist óricos da ci ência, tais como os relativos ao desenvolvimento da Gen ética, reconhecendo que os avanços cient íficos de uma época dependem de conhecimentos desenvolvidos em épocas anteriores.
Sugestões de objetivos did áticos Conceituar gen ótipo e explicar sua rela ção com o fen ótipo. Explicar a utilidade dos cruzamentos-teste. Caracterizar alelos como formas diferentes de um mesmo gene e conceituar os seguintes termos: alelo dominante, al elo recessivo, indiv íduo homozigótico, indivíduo heterozigótico, dominância incompleta e co-domin ância.
PARTE I — GENÉTICA
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Relacionar dominância, segrega ção dos alelos e combinação dos gametas ao acaso com as propor ções obtidas nos cruzamentos gen éticos que envolvem um gene. Conceituar pleiotropia, alelos letais e alelos m últiplos. Compreender variações no modo de expressão dos genes: variação descontínua, norma de rea ção dos genes, penetrância gênica e expressividade gênica. Conhecer o sistema de grupos sang üíneos ABO, compreendendo os princípios envolvidos na incompatibilidade entre certos tipos sang üíneos. Conhecer a determina ção genética do sistema de grupos sangüíneos Rh, compreendendo os princ ípios envolvidos na incompatibilidade entre m ã e e feto respons á vel pela eritroblastose fetal. Conhecer a determina ção genética dos tipos sangüíneos huma-
cromátides de cromossomos hom ólogos. Discute os princ ípios de construção de mapas genéticos e o significado da unidade de distância entre genes ligados.
Explicar, por meio de esquemas e modelos, a transmiss ão de genes localizados em um mesmo cromossomo (genes ligados), na ausência e na presença de permutação cromossômica. Compreender os princ ípios de construção de mapas gênicos com base nas freqüências de recombina ção entre genes ligados.
Capítulo 6 – Herança e sexo
cromossomos sexuais. Apresenta exemplos de heran ça ligada ao cromossomo X na esp écie humana: daltonismo, hemofilia e distrofia muscular. Explica acompensação de dose em fêmeas de mamíferos.
áticos Sugestões de objetivos did Compreender por que a segrega çã o independente dos cromossomos hom ólogos na meiose determina a propor ção 1 : 1 : 1 : 1 dos quatro tipos de gameta (1/4 AB : 1/4 Ab: 1/4 aB : 1/4 ab) formados por um indiv í duo duplo heterozigótico (AaBb). Representar, por meio de esquemas ou modelos, a segregação independente de dois pares de alelos localizados em dois pares de cromossomos hom ólogos. Relacionar os conceitos de dominância, segregação independente de alelos e combina ção ao acaso dos gametas com as proporções obtidas nos cruzamentos gen éticos que envolvem dois genes com segrega ção independente. Aplicar conhecimentos relativos à segregação independente de dois pares de alelos e à probabilidade na resolução de problemas que envolvem cruzamentos gen éticos. Compreender que certas caracter ísticas s ão determinadas pela ação conjunta de alelos de diferentes genes (intera ção gênica); explicar e exemplificar genes com segrega ção independente que interagem na determina ção de uma única caracter ística (cor da plumagem em periquitos, forma da crista em galinhas, cor da pelagem em c ães labradores etc.). Caracterizar herança quantitativa e estar informado sobre a existência desse tipo de heran ça na espécie humana.
Compreender e explicar os processos de determina ção genética do daltonismo, da hemofilia e da distrofia muscular. Compreender e explicar o mecanismo de compensa ção de dose em mamíferos. Aplicar os conhecimentos relativosà herança de genes localizados em cromossomos sexuais eà probabilidade na resolução de problemas que envolvem cruzamentos genéticos.
Capítulo 7 – Do genótipo ao fenótipo: como se expressam os genes
áticos Destaques tem Discute a descoberta do papel dos cromossomos na hera n ça. Aborda a questão da ligação gênica e explica a recombinação entre genes ligados como conseqüência de permutas entre
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PARTE I — GENÉTICA
Destaques tem áticos Apresenta um breve dao identifica como óricoçã ção do DNA material gen ético e a hist elucida de sua estrutura molecular. Aborda a descoberta do modo de a ção dos genes, apresentando alguns exemplos de erros inatos do metabolismo: fenilcetonúria, alcaptonúria e albinismo tipo 1. Discute a teoria “um gene-uma enzima” e a relação entre genes, RNA e proteínas. Trata dos recentes avan ços relativos ao conceito de gene, apresentando as diferen ças fundamentais entre genes bacterianos e genes eucari óticos. Discute a organização interrompida dos genes eucari óticos, com presen ça de regiões codificadoras (exons) e n ão-codificadoras (introns), e o mecanismo b ásico de processamento do RNA no n úcleo das células eucari óticas ( splicing).
Sugestões de objetivos did áticos Conhecer a estrutura da mol écula de DNA e compreender a maneira pela qual essa subst ância armazena informação genética. Explicar, em termos gerais, como os genes determinam as características estruturais e funcionais dos seres vivos por meio do controle da s íntese das prote ínas. Compreender o papel de cada um dos tipos de RNA (RNA
Reconhecer que as cores castanha, azul e verde do olho humano têm base gen ética e explicar a rela ção entre genótipos e fenótipos quanto a essa caracter ística.
Capítulo 5 – O mapeamento dos genes nos cromossomos
Sugestões de objetivos did áticos Conceituar cromossomo sexual e conhecer os principais sistemas de determina ção cromossômica do sexo: XY, XO, ZW e haplodiplóide.
Destaques tem áticos Discute o conceito de segrega ção independente e o fato de esse fenômeno ser conseqüência da segregação independente dos pares de cromossomos hom ólogos na meiose. Apresenta exemplos de segregação independente em diferentes organismos. Discute e exemplifi ca o conceito de intera ção gênica, analisando as propor ções fenotípicas em cruzamentos que envolvem diversos tiposde interação. Discute os princípios da herança quantitativa, ou polig ênica, e as explicações mais recentes sobre a herança da cor dos olhos na espécie humana.
áticos Destaques tem Aborda mecanismos gen éticos e n ão-genéticos de determinação do sexo. Discute a heran ça de genes localizados em
nos (ABO, MN e Rh) e resolver problemas sobre esse assunto. Aplicar conhecimentos relativos à segregação de um par de alelos e à probabilidade na resolu ção de problemas envolvendo cruzamentos gen éticos.
Capítulo 4 – Lei da segrega ção independente dos genes
áticos Sugestões de objetivos did
mensageiro, RNAde transportador cesso de s íntese prote ínas. e RNA riboss ômico) no proReconhecer a exist ência de DNA codificante e de DNA n ãocodificante e compreender a organiza ção descont ínua dos genes eucarióticos, distinguindo intron e exon.
Capítulo 8 – Aplicações do conhecimento gen ético
Destaques tem áticos Aborda as principais aplica ções do conhecimento gen ético na sociedade contempor ânea, tais como o melhoramento,
o aconselhamento gen ético e preven ção de doenças hereditárias. Discute os recentes avan ços relativos à gen é tica molecular e suas aplica ções, como o estudo do DNA por meio da utiliza ção de enzimas de restri ção e da eletroforese, os princípios de identifica ção de pessoas por meio do DNA, as técnicas fundamentais de clonagem molecular e a produção de organismos transg ênicos. Discute o projeto Genoma Humano e explica os fundamentos da t é cnica de seqüenciamento do DNA.
Sugestões
Caracterizar órgãos homólogos e órgãos análogos, reconhecendo os primeiros como evid ências da evolu ção biológica e os segundos como resultado da adapta ção a ambientes semelhantes. Explicar os pontos principais do lamarckismo (uso e desuso e transmissão de caracter ísticas adquiridas) e do darwinismo (seleção natural e diversifica ção das espécies).
Sugestões de objetivos did áticos Compreender como os conhecimentos gen éticos podem ser aplicados na biotecnologia e no diagn óstico e prevenção de doenças hereditárias.
Estar informado sobre os princ ípios das data ções relativa e absoluta dos f ósseis, compreendendo sua import ância na teoria evolucionista moderna.
Conhecer os princ ípios básicos da manipula ção genética e algumas depelo suasDNA principais aplica ções, como a identifica ção de pessoas e a clonagem molecular. Explicar, em linhas gerais, o que ãs o organismos transgênicos e compreender as pol êmicas que envolvem os poss íveis benefícios e preju ízos da manipula ção genética.
Capítulo 10 – Teoria moderna da evolução Destaques
Sugestões
1. Alelos m últiplos e grupos sang üíneos (página 31)
Caracterizar os seguintes tipos de sele ção natural: sele ção
2. Ligação gênica (página 32)
estabilizadora; sele ção direcional; sele ção disruptiva; sele ção sexual.
3. Herança genética e sexo (p ágina 33)
Explicar a adapta ção dos seres vivos pela a ção da sele ção natural, exemplificando com a camuflagem, a colora ção de aviso e o mimetismo.
PARTE II - EVOLU ÇÃO BIOLÓGICA
Aplicar os princ ípios da gen ética de popula ções e do equilíbrio gênico para resolver problemas que envolvem c álculos de freqüências g ênicas.
Objetivos
para todos os cap ítulos da Parte II: evolução biológica
Conhecer os fundamentos b ásicos da hist ória da espécie humana de acordo com a moderna teoria evolucionista, desde nossos ancestrais mais remotos at é hoje, o que permite reflexões sobre a srcem, o presente e o futuro de nossa própria espécie.
Capítulo 11 – Origem das espécies e dos grandes grupos de seres vivos
evolucionistas temáticos
Apresenta um breve hist órico das id éias evolucionistas; al ém do lamarckismo, comenta o desenvolvimento do darwinismo e do conceito de sele ção natural. Discute as principais evidências da evolu ção biológica: document ário fóssil; adaptação; semelhanças anatômicas, fisiológicas e bioquímicas entre os organismos. Traz ainda um quadro sobre a data ção relativa e absoluta dos f ósseis e uma leitura que comenta a questão do criacionismo.
Destaques temáticos Apresenta os conceitos de anag ênese e cladog ênese e id éias recentes sobre a formação de novas espécies (especia ção). Comenta os tipos de especia ção: alopátrica (dicopátrica e peripátrica) e simp átrica. Discute tamb ém o papel do isolamento reprodutivo na especia ção e processos pr é-zigóticos e pós-zigóticos de isolamento. Apresenta crit érios para divisão do tempo geológico e hipóteses sobre a srcem dos prin-
Capítulo 9 – Breve história das idéias Destaques
de objetivos did áticos
Reconhecer a mutação gênica e a recombinação gênica como os principais fatores respons áveis pela variabilidade, sobre a qual atua a sele ção natural.
Exemplos de mapas de conceitos
Conhecer as principais evid ências da evolu ção biológica e compreender os fundamentos da teoria evolucionista moderna, o que fornece subs ídios para a reflex ão sobre questões polêmicas, tais como as relativas às srcens da vida e da espécie humana.
temáticos
Trata da teoria moderna da evolu ção, com destaque para os principais fatores evolutivos: muta ção gênica; recombinação gênica; seleção natural. Traz tamb ém um quadro que apresenta as mutações cromossômicas e seu papel na evolução. Discute o conceito de sele ção natural e os principais tipos de sele ção: estabilizadora, direcional e disruptiva,ém al da seleção sexual. Comenta a camuflagem, a coloração de aviso e o mimetismo (batesiano e muleriano) como exemplos de adapta ção pela seleção natural. Traz, ainda, o princ ípio de Hardy-Weinberg e alguns conceitos da gen ética de populações, tais como: freqüência gênica, deriva gênica e princípio do fundador.
Sugestões de atividades complementares 1. Observando tra ços humanos heredit ários (página 13) 2. Simulando o comportamento de genes e de cromossomos durante as divis ões celulares (página 14) 3. Simulando a transmiss ão de algumas caracter ísticas humanas (página 15) 4. Simulando a ocorr ência de recombinação gênica na meiose (página 16) 5. Simulando uma t écnica para identificar pessoas pelo DNA (p ágina 17)
de objetivos did áticos
Conhecer e compreender as principais evid ências da evolução biol ógica: document ário f óssil; adapta çã o; semelhan ças anatômicas, fisiológicas e bioquímicas entre os organismos.
cipais grupos de seres vivos.
Sugestões de objetivos did áticos Definir anagênese e cladogênese. Conhecer o conceito atual de esp écie biológica, reconhecendo-a como um grupo de organismos reprodutivamente isolado de outros grupos (outras esp écies). Explicar, em linhas gerais, o processo de forma ção de novas esp é cies e compreender a import â ncia do isolamento reprodutivo no processo de especia ção.
PARTE II — EVOLUÇÃO BIOLÓGICA
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Definir e distinguir especia çã o alop átrica (dicop átrica e peripátrica) e especia ção simpátrica.
Compreender e inter-relacionar os seguintes conceitos em Ecologia: biosfera; população biológica; comunidade biológica (biocenose); biótopo; hábitat; nicho ecológico; ecossistema.
Conceituar tempo geol ógico e suas divis ões (eras, per íodos e épocas), compreendendo os crit érios empregados nessas divisões.
Reconhecer o ecossistema como resultante da intera ção entre componentes bi óticos (seres vivos) e componentes abióticos (clima e fatores qu ímicos).
Capítulo 12 – Evolução humana Destaques
“hominização”: o estágio pré-humano adaptado à vida nas á rvores; o est á gio de adapta çã o à savana arb ó rea (australopitecos); o estágio adaptado à savana arbustiva (gênero Homo); a emergência da esp écie humana moderna (Homo sapiens). Traz ainda, em um quadro, as recentes hip óteses sobre o parentesco entre os neandertalenses“(homens de Neandertal”) e a espécie humana. Na leitura, uma notícia sobre a mais recente descoberta de um homin ídeo: o Homo floresiensis, extinto há cerca de 12 mil anos. Sugestões
Identificar os n íveis tr óficos de um ecossistema (produtores, consumidores e decompositores) e compreender as rela ções entre eles e o papel destas na constitui ção das cadeias e das teias alimentares.
tem áticos
Apresenta as principais evidências da evolução humana e a classificação de nossa espécie no reino Animal. Discute as principais tendências evolutivas na linhagem primata: primeiro dedo oponível; visão binocular (estereoscópica); vida familiar e cuidados com a prole. Apresenta as recentes descobertas fósseis na ancestralidade humana e os principais est ágios da
Capítulo 14 – Energia e matéria nos ecossistemas
áticos Sugestões de objetivos did Compreender que o fluxo de energia nas cadeias alimentares é unidirecional, o que permite interpretar e construir esquemas denominados pir âmides ecol ógicas.
Caracterizar e explicar os principais est ágios pelos quais teria passado a linhagem humana: est ágio pré-humano adaptado à vida arbor ícola; est ágio de adapta çã o à savana
Reconhecer o comportamentoíclico c dos elementos qu ímicos que constituem as subst âncias orgânicas e representar por meio de esquemas as etapas fundamentais dos ciclos biogeoqu ímicos
arb ó rea (australopitecos); est á gio adaptado à savana arbustiva (gênero Homo); emerg ência da esp écie humana moderna (Homo sapiens).
da água, do carbono, do nitrog ênio, do oxigênio e do fósforo. Conceituar produtividade e explicar por que o custo de produção de alimentos vegetais (gr ãos, frutos, legumes etc.) é geralmente menor que o dos alimentos de srcem animal (carne bovina, por exemplo).
Sugestões de atividades complementares 6. Produzindo “fósseis ” em sala de aula (página 18)
Compreender o princ ípio e a importância da adubação verde, plantação consorciada, ou rota ção de cultura, com plantas fab áceas (leguminosas) para o plantio e a produ ção de alimentos.
7. Interpretando restos e impress ões fósseis (p ágina 18) 8. Construindo um anu ário do tempo geol ógico (página 18)
Compreender como se forma a camada de ôoz nio na atmosfera e reconhecer suaimportância na proteção dos seres vivos, inclusive a espécie humana, da radiação ultravioleta solar.
Exemplo de mapas de conceitos 4. Teorias de evolução biológica (página 34)
PARTE III – ECOLOGIA
Capítulo 15 – Dinâmica das populações biológicas
Destaques tem áticos
Apresenta a Ecologia e conceitua os seguintes n íveis de organização ecológica: populações, comunidades, ecossistemas
Trata das caracter ísticas das populações biológicas e conceitua: densidade populacional; taxas de crescimento populacional (absoluto e relativo); taxas de natalidade e de mortalidade; índice de fertilidade. Discute os fatores que regulam o tamanho das populações e conceitua carga biótica máxima. Um quadro temático destaca as populações humanas, a curva de
e os conceitos h ábitat e nicho ecol óApregico e biosfera. comenta Discute o princípio de Gausede (exclus ão competitiva). senta os conceitos de cadeia e de teia alimentar.
crescimento demográfico e o conceito de pirâmide etária. A leitura apresenta uma entrevista polêmica sobre o futuro do crescimento populacional na espécie humana.
Capítulo 13 – Fundamentos da Ecologia
Objetivo geral Conhecer as maneiras pelas quais ocorre o fluxo de energia e de matéria na natureza, o que permite refletir sobre a utilização de recursos renov áveis e não-renováveis necess ários à sobrevivência da humanidade.
Conhecer as principais evid ências que relacionam evolutivamente a esp écie humana e seus ancestrais primatas (f ósseis e semelhanças anatômicas e moleculares).
Destaques tem áticos Trata do fluxo da energia e da matéria nos ecossistemas. Comenta os princípios das pir âmides de energia e biomassa e apresenta o conceito de produtividade em Ecologia. Traz também os ciclos biogeoqu ímicos da água, do carbono, do nitrogênio, do oxigênio e do fósforo. Um quadro tem ático destaca o papel do g ás oxigênio na formação da camada de ozônio que protege a atmosfera terrestre.
de objetivos did áticos
Conhecer a moderna classifica ção da espécie humana entre os primatas (ordem Primates, subordem Anthropoidea, infraordem Catarrhini, superfam ília Hominoidea, fam ília Hominidae, subfam ília Homininae, gênero Homo).
áticos Sugestões de objetivos did
Destaques tem áticos
Objetivos gerais
Conhecer os fundamentos da Ecologia e justificar a importância dos estudos ecológicos para o futuro da humanidade. Compreender a complexidade das rela ções entre os seres vivos e o ambiente nos ecossistemas, reconhecendo o alto grau de interdependência que há entre os diversos componentes da biosfera.
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PARTE III — ECOLOGIA
Objetivo geral Conhecer e compreender os fatores que afetam o crescimento das popula ções, em especial as humanas, para avaliar os riscos atuais e futuros da explos ão demográfica; aplicar esses conhecimentos e avalia ções em reflex ões sobre temas atuais de cidadania, tais como controle da natalidade, planejamento familiar, sustentabilidade etc.
araucárias; campo cerrado; pampa; caatinga; mata de cocais; pantanal mato-grossense; manguezais.
áticos Sugestões de objetivos did Conhecer e conceituar algumas caracter ísticas gerais das populações (densidade demográfica, taxa de crescimento, taxa de natalidade e taxa de mortalidade) e aplicar esses conhecimentos na interpreta ção de curvas de crescimento populacional e em pir âmides etárias. Reconhecer a tendência de crescimento das popula ções humanas e compreender os riscos decorrentes da explos ão demográfica, discutindo e formando opini ão sobre controle da natalidade, planejamento familiar e sociedade sustentável.
Caracterizar os principais ecossistemas aqu conceituar: pl âncton, bentos e n écton.
Capítulo 18 – Humanidade e ambiente
Destaques temáticos Apresenta os principais tipos de relação ecológica entre seres vivos. Discute o conceito de simbiose e estuda rela ções intraespecíficas (competição intra-específica, colônias e sociedades) e relações interespecíficas (protocooperação, herbivoria, predação, competição interespecífica, inquilinismo, comensalismo, mutualismo e parasitismo).
poluiçã do emiss ar. Comenta o protocolo de Kyoto e as estufa. metas de çãoodas redu ões de gases responsáveis pelo efeito Traz, ainda, uma breve discuss ão sobre caminhos e perspectivas da humanidade para a preserva ção ambiental.
Objetivo geral
ático Sugestão de objetivo did Conhecer e compreender os principais tipos de rela ção ecológica: relações intra-específicas (competição intra-específica, colônia e sociedade) e rela ções interespecíficas (protocooperação, herbivoria, inquilinismo, preda ção, competição interespecífica, comensalismo, mutualismo eparasitismo).
Capítulo 17 – Sucessão ecológica e biomas
Destaques temáticos Apresenta o conceito de sucess ão ecológica e discute o papel das espécies pioneiras na sucess ão primária; comenta também as caracter ísticas da sucess ão secundária. Discute os principais fatores que afetam o tipo de ecossistema que se desenvolve em determinada regi ão: insolação; circula ção de energia na atmosfera; correntes oce ânicas; composi ção do solo. Apresenta o conceito de bioma e as caracter ísticas dos principais biomas do mundo e do Brasil. Comenta, ainda, as principais caracter ísticas dos ecossistemas aqu áticos.
Objetivo geral Conhecer os principais problemas decorrentes da exploração dos recursos naturais e do desenvolvimento tecnol ógico (poluição, desequilíbrios ecol ógicos etc.), de modo a formar opinião sobre as poss íveis maneiras de melhorar a qualidade de vida das gera ções futuras.
Conhecer os principais tipos de rela çã o ecol ó gica e compreendê-los tanto no aspecto individual quanto pela perspectiva do equil íbrio ecológico global.
Destaques tem áticos Apresenta diversos aspectos do impacto ambiental produzido pela espécie humana, tais como a polui ção ambiental (do ar, da água e do solo) e a interferência da espécie humana nas comunidades naturais (desmatamentos, extinção e introdução de espécies etc.). Discute temas ecológicos de importância na atualidade, entre eles o aumento do efeito estufa, adestruição da camada de ozônio e as inversões térmicas, decorrentes da
Capítulo 16 – Relações ecológicas entre seres vivos
áticos Sugestões de objetivos did Conhecer as principais formas de polui ção ambiental (poluição do ar, da água e do solo) e discutir maneiras de minimizar seus efeitos sobre o ambiente natural. Compreender que a interfer ência humana em comunidades naturais (desmatamentos, introdu ção e extinção de espécies etc.) pode causar desequil íbrios ecol ógicos; aplicar esses conhecimentos na discuss ão de maneiras para evitar ou minimizar os efeitos prejudiciais dessas interfer ências no ambiente natural.
Sugestões de atividades complementares 9. Construindo um ecossistema experimental (p ágina 18)
Exemplos de mapas de conceitos 5. Cadeias e teias alim entares (p ágina 35) 6. Sucess ão ecológica (página 36)
Objetivo geral
7. Populações (página 37)
Conhecer os principais biomas do mundo, em particular os brasileiros, compreendendo-os como ecossistemas est áveis e característicos das regiões em que ocorrem; aplicar esses conhecimentos na reflexão sobre temaspolêmicos da atualidade, como a preservação dos ambientes naturais, o desenvolvimento sustentável, a exploração racional de recursos etc.
8. Desequil íbrios ambientais (p ágina 38)
áticos Sugestões de objetivos did Conceituar sucess ão ecológica e distinguir sucess ão primária de sucess ão secund ária; explicar as principais tend ências observadas no decorrer da sucessão (aumentos da biomassa, da estabilidade, da biodiversidade etc.). Conceituar microclima, homeostase e comunidade cl ímax. Conhecer os principais fatores que afetam o tipo de ecossistema que se desenvolve em determinada regi ão: insolação; circulação de energia na atmosfera; correntes oce ânicas; composição do solo. Conceituar bioma, caracterizando e localizando geograficamente os principais biomas do mundo: tundra; taiga; floresta temperada; floresta pluvial tropical; estepe; savana; deserto. Caracterizar e localizar geograficamente os principais biomas brasileiros: floresta amaz ônica; mata atl ântica; mata de
á ticos e
Atividades complementares ÇOS HUMANOS HEREDIT ÁRIOS 1. OBS ERVAND O TRA Uma atividade interessante é propor aos estudantes que observem algumas caracter ísticas humanas herdadas segundo um padrão de heran ça monogênica em seus familiares e em fam ílias conhecidas e que construam heredogramas para cada uma das caracter ísticas observadas, procurando determinar seu padr ão de heran ça. Diversas características humanas ãs o herdadas segundo um padr ão de herança monogênica. Por exemplo, a capacidade de enrolaríngua al na forma de uma letra U parece ser condicionada por um alelo dominante, e pessoas homozig óticas recessivas ãso incapazes de tal proeza. Outra característica condicionada por um alelo dominante é o lobo solto das orelhas; a pessoa homozig ótica recessiva tem sempre lobos presos. Outros exemplos de caracter ísticas hereditárias são o modo de cruzar os braços (com o braço direito por cima e o esquerdo por baixo, ou vice-versa) e o modo de cruzar as ãm os: algumas pessoas cruzam as mãos com o polegar direito por cima, e outras fazem o contr ário. ATIVIDADES COMPLEMENTARES
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Deve-se tomar cuidado especialcom exemplos de heran ça genética na esp écie humana. Apesar de muitos tra ços de nossa esp écie seguirem o padr ão de herança monogênica, não é raro aparecerem casos n ão explicáveis a partir do fen ótipo dos pais. Por exemplo, ter cabelos lisos é uma caracter ística recessiva em nossa esp écie, mas ocorrem casos de um casal com cabelos lisos ter um filho com cabelo crespo. Uma das explica ções para esses casos é o fenômeno da penetrância incompleta dos genes, ou seja, o indiv íduo é portador de um determinado alelo, mas n ão expressa a caracter ística condicionada por ele. Por exemplo, certas pessoas portadoras de um alelo dominante que condiciona presen ça de dedos extras nas m ãos e nos p és (polidactilia) n ão apresentam a característica (dedos extras) , apesar de transmitirem o alelo aos filhos, que podem manifestá-lo. Esse alelo, al ém disso, apresenta expressividade variada, ou seja, apenas determinada parte do corpo do indiv íduo apresenta caracter condicionada pelo gene. H á pessoas porística tadoras doa alelo para polidactilia que possuem dedos extras apenas em uma mão ou em um pé. A explicação para a penetr ância incompleta e a expressividade variada é que a express ão de um alelo pode ser influenciada pelo resto do genótipo da pessoa e pelo ambiente. Se estudantes perguntarem sobre a possibilidade de um casal com olhos azuis ter um filho com olhos castanhos; a melhor resposta é que se trata de um caso rar íssimo, mas n ão impossível. O mesmo se aplica a perguntas sobre a heran ça de tipos sang üíneos etc. Outro fator que pode complicar a an álise genética é a caracter ística ser determinada por mais de um gene. Por exemplo, apesar de o albinismo ser tido como uma caracter ística condicionada por um alelo recessivo do gene que controla a produ ção de melanina, existem casos de cruzamento entre albinos em que toda a prole tem pigmenta ção normal. A explica ção é que os indivíduos cruzados t êm mutações em diferentes genes que atuam sobre s íntese de melanina; assim, se um dos pais for albino por ter gen ótipo aaBB e o outro por ter gen ótipo AAbb, os filhos ser ão normais porque recebem um alelo dominante normal de cada um dos pais: t êm genótipo AaBb. 2. SIMULA NDO O COMPOR TAMENTO DE GENES E DE CROMOSSOMOS DURANTE AS DIVIS ÕES CELULARES O objetivo da atividade é facilitar a compreens ão de que a segregação e a segrega ção independente dos alelos resultam da separação meiótica dos cromossomos. Al ém disso, a realiza ção da atividade permite concretizar os conceitos de cromá tides-irmãs , centrômero, locos gênico etc. Sugerimos que as atividades sejam realizadas em grupos de tr ês ou quatro estudantes, de modo a permitir discuss ões e trocas de idéias. Esses momentos facilitam detectar eventuais problemas de compreensão de conceitos, que poderiam passar despercebidos em uma aula expositiva. Na atividade, os estudantes representar ão, com massa de modelar (ou outro material semelhante), um par de cromossomos homólogos, nos quais se localiza um par de alelos na condi ção heterozigótica ( Aa). Serão simuladas a duplica ção dos cromossomos (e dos genes) e sua separa ção na mitose e na meiose.
Material • massa de modelar de pelo menos quatro cores diferentes
• folha de cartolina ou de papel grande • círculos de cartolina com 0,5 cm de di âmetro • grãos de lentilha Procedimentos Peça aos estudantes que desenhem um c írculo grande na cartolina para representar os limites da c élula que sofrer á divisão celular.
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ATIVIDADES COMPLEMENTARES
Oriente-os a confeccionar dois bast ões de massa de cores diferentes, com aproximadamente 10 cm de comprimento e 0,5 cm de diâmetro, para representar o cromossomo materno e o paterno. Um grão de lentilha, ou de feijão, inserido na regi ão mediana de cada um dos bast ões, representar á o centr ômero desse par de cromossomos, que ser ão, portanto, metac êntricos. Em seguida, devem ser representados os dois alelos de um gene. Para isso, pe ça aos estudantes que escrevam, em dois c írculos de cartolina, as letras A e a, e que apliquem esses c írculos nos dois bast ões de massa; lembre-os de que, sendo alelos, esses genes devem ocupar a mesma posi ção relativa nos cromossomos hom ólogos. O objetivo da primeira etapa da atividade, a seguir, é recordar a mitose e ressaltar que as duas c élulas-filhas srcinadas nesse processo s ão idênticas pelo fato de receberem uma c ópia de cada um dos cromossomos e, portanto, de cada um dos alelos presentes na célula-m ãe.
Simulação da mitose com um par de cromossomos Com os modelos do par de cromossomos hom ólogos sobre a folha de cartolina, o primeiro passo ser á representar a duplica ção cromossômica. Para isso, os estudantes devem confeccionar dois novos bast ões de massa id ênticos aos anteriores e unir cada um deles, pela região do centrômero, a um dos bast ões preparados anteriormente. O tipo de alelo a ser colocado em cada novo bast ão de massa deve ser id êntico ao do bast ão ao qual ele estiver unido, pois as duas crom átides de cada cromossomo resultam da duplica ção do cromossomo srcinal. Assim, cada cromossomo ficar á constitu ído por duas crom átides portadoras de alelos id ênticos, ou seja, um deles ter á cromátides portadoras do alelo A e o outro, cromátides portadoras do alelo a. Em seguida, oriente os estudantes a realizar a separa ção das cromátides-irmãs de cada cromossomo para p ólos opostos da c élula, onde se formar ão as duas c élulas-filhas. Eles devem perceber que as duas c élulas são geneticamente id ênticas porque cada uma delas recebe uma cópia de cada um dos cromossomos presentes na c élula-mãe. Chame a atenção para o fato de que na mitose n ão há emparelhamento dos homólogos, como ocorre na meiose.
Simulação da meiose com um par de cromossomos Esta atividade é semelhante à anterior, e podem ser utilizados os mesmos bast ões de massa (cromossomos) preparados anteriormente. Seu objetivo é mostrar que, na meiose, os cromossomos homólogos separam-se para as duas c élulas-filhas srcinadas na divisão I, e isso leva à segregação dos alelos neles presentes. Como na atividade anterior, simula-se inicialmente a duplica ção cromossômica, unindo cada bast ão a outro idêntico a ele, com o mesmo tipo de alelo. Em seguida simula-se o emparelhamento dos homólogos, colocando-se os cromossomos lado a lado, de modo que os centr ômeros e os locos g ênicos fiquem emparelhados. Desconsidere a existência de permutação, que será simulada em outra atividade, quando tratarmos de genes ligados. O passo seguinte é simular a separa çã o dos cromossomos hom ó logos que ocorre na primeira divis ã o da meiose; cada homólogo, com suas duas crom átides unidas, fica em um dos p ólos da célula. Lembre aos estudantes que, ao final da divis meiose, ão I da ocorre a formação de duas c élulas-filhas, que ingressam imediatamente na divisão II. Se for o caso, sugira aos estudantes que representem na cartolina os novos contornos das duas c élulas formadas. Na segunda divis ão meiótica, em cada c élula ocorrerá a separação das cromátides-irmãs de cada cromossomo. Os estudantes devem perceber que o processo mei ótico leva à formação de quatro células, duas portadoras do alelo A e duas portadoras do alelo a (50% A : 50% a).
Simulação da meiose com dois pares de cromossomos Antes de iniciar esta atividade, os estudantes devem utilizar a massa de modelar para confeccionar um par de cromossomos metac êntricos (de cores diferentes, como anteriormente) e um par de cromossomos acroc êntricos (isto é, com o centr ômero próximo da extremidade), também de cores diferentes, entre si e do outro par. No par de cromossomos metac êntricos devem ser aplicados os círculos de cartolina com as letras A e a, como anteriormente, e nos cromossomos acroc êntricos devem ser aplicados c írculos de cartolina com as letras B e b, para representar os alelos de um outro gene. Novamente, o primeiro passo é simular a duplicação cromossômica e, em seguida, distribuir os cromossomos hom ólogos duplicados e emparelhados sobre a folha de papel, simulando a met áfase da meiose. Nesse momento do processo, ficará claro que há duas possibilidades de orientação dos pares de homólogos em relação aos pólos da célula; dependendo da orientação, serão formados gametas de tipos diferentes. Não comente previamente esse fato com os estudantes; deixe-os terminar a simula ção e pergunte aos diversos grupos quais foram os tipos de gametas obtidos.
Uma das possibilidades é colocar os hom ólogos portadores dos alelos dominantes ( A e B) voltados para um dos p ólos da célula, e os portadores dos alelos recessivos ( a e b) voltados para o outro. A outra possibilidade é colocar os hom ólogos portadores dos alelos A e b voltados para um dos p ólos, e os portadores dos alelos a e B voltados para o outro. Depois de escolher uma das possibilidades de orienta ção dos homólogos, os estudantes devem simular a separa ção dos homólogos na primeira divisão da meiose. Em seguida, simula-se a segunda divisão, na qual ocorre separação das cromátides de cada cromossomo. Serão obtidas quatro c élulas-filhas, cada uma com um cromossomo metacêntrico e um acrocêntrico. As c élulas serão iguais duas a duas, e sua constitui ção genética dependerá de como foram orientados os pares de cromossomos hom ólogos na primeira divis ão meiótica. Em um dos casos, o resultado ser á duas células AB e duas ab; no outro, o resultado ser á duas c élulas Ab e duas aB. Observe que é mais comum os estudantes direcionarem, talvez por uma quest ão de senso de simetria, os cromossomos com os dois alelos dominantes voltados para um dos p ólos, e os dois recessivos para o outro; observe que os dois posicionamentos ãso igualmente possíveis e com mesma chance de ocorrer, eé exatamente por isso que se formam quatro tipos de gametas em mesma proporção. A atividade mostra claramente que o processo de segrega ção de dois pares de alelos Aa e Bb em uma c élula leva à formação de apenas dois tipos de gameta. Na popula ção de gametas, entretanto, devido às duas possibilidades de orienta çã o dos pares de cromossomos hom ólogos, formam-se quatro tipos de gameta, na proporção de 1/4 AB : 1/4 Ab : 1/4 aB : 1/4 ab. 3. SIMULA NDO A TRA NSMISS ÃO DE ALGUMAS CARACTERÍSTICAS HUMANAS A atividade a seguir é lúdica e altamente motivadora, podendo reforçar a compreens ão de que os filhos de um casal diferem entre si e de seus pais por apresentarem diferentes combina ções de alelos. Na página fotocopi ável 22 fornecemos ilustra ções de dois contornos de um rosto humano e na p ágina fotocopi ável 23, de diferentes tipos de caracter ísticas faciais (tipo de cabelo, de olhos, de sobrancelhas etc.). A atividade consiste em sortear, com o lan çamento de moedas, quais ser ão as caracter ísticas do filho ou filha de um casal hipot ético, representado por uma dupla de estudantes. Em seguida, os estudantes devem recortar, na p ágina fotocopi ável 23, a ilustração correspondente à caracter ística sorteada, colando-a apro-
priadamente sobre a ilustra ção do contorno do rosto previamente sorteado, na p ágina fotocopi ável 22. Cada dupla de estudantes deve receber uma fotoc ópia da página 22 e duas fotoc ópias da página 23. Foram escolhidas as seguintes caracter í sticas humanas, consideradas, cada uma delas, como condicionada por um par de alelos:
1. Forma do rosto; pode ser oval (gen ótipos QQ ou Qq) ou quadrado (genótipo qq). A escolha da letra Q para representar os alelos segue a convenção de empregar a inicial do caráter recessivo; 2. Tipo de cabelo; pode ser crespo (gen ótipo CCCC), liso (genótipo CLCL) ou ondulado (genótipo CCCL). Neste caso, como se trata de ausência de dominância, escolhemos a inicial da característica (letra C) com o índice C ou L para representar os alelos; 3. Espessura da sobrancelha; pode ser grossa (gen ótipos FF ou Ff) ou fina (genótipo ff). 4. Espaço entre os olhos; os olhos podem ser mais juntos (gen ótipo OJOJ), mais separados (gen ótipo OSOS) ou medianamente separados (genótipo OJOS). 5. Largura do nariz; o nariz pode ser estreito (gen ótipo NENE), largo (genótipo NLNL) ou de largura média (genótipo NENL). 6. Espessura dosálbios; os lábios podem ser finos (gen ótipo LFLF), grossos (genótipo LGLG) ou de espessura m édia (genótipo LFLG). 7. Forma do lobo da orelha; o lobo pode ser livre (gen ótipos AA ou Aa) ou aderente (genótipo aa). Existe tamb ém a possibilidade de sortear previamente o sexo do descendente, considerando que a mãe sempre fornece o cromossomo X e que o pai pode fornecer um cromossomo X ou cromossomo Y. Se for o caso, depois de montado o rosto, pode-se acrescentar ao desenho caracter ísticas como a presen ça de “covinhas” em torno da boca (genótipos CC ou Cc) ou sua ausência (genótipo cc), e a presença de “furinho” no queixo (genótipos FF ou Ff) ou sua ausência (genótipo ff). Sugerimos que o par de estudantes sorteie cada caracter ística de seu “filho” pelo lançamento de uma moeda. Por exemplo, vamos supor que ambos os estudantes, de rosto oval, concluam que têm genótipo heterozigótico (Qq) para a forma do rosto. Nesse caso, convenciona-se que uma das faces da moeda representa o alelo Q, e que a outra face representa o alelo q. A probabilidade de se formar um gameta portador de Q é 1/2, e a de se formar um gameta portador de q é também 1/2. Os dois estudantes lan çam a moeda e anotam o resultado. Se for QQ ou Qq, eles usar ão o contorno de rosto oval como refer ência para sua montagem; se for qq, eles usarão o contorno de rosto quadrado. Deixe bem claro aos estudantes que a atividade n ão passa de um jogo, e que apenas simula a heran ça de certas características humanas, sujeitas a grande varia ção de pessoa para pessoa devido à penetrância incompleta e à expressividade variável dos genes, como j á comentamos anteriormente. Oriente os estudantes para que escolham as caracter ísticas na ordem em que as apresentamos, primeiro sorteando a forma de rosto, depois de cabelo, de sobrancelhas etc. colando-as, em seguida, no local apropriado, sobre o contorno do rosto. Note que cada contorno apresenta linhas pontilhadas que indicam a posi ção aproximada para a colagem de cada parte. De cima para baixo, as linhas indicam o limite superior das sobrancelhas e o limite inferior dos olhos, nariz e boca. Lembre aos estudantes que os dois olhos devem ser recortados juntos, para manter a dist ância entre eles. A seguir apresentamos a ilustra ção de alguns rostos que podem ser montados a partir das ilustra çõ es que est ã o nas p á ginas fotocopiáveis. ATIVIDADES COMPLEMENTARES
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ÊNCIA DE RECOMBINA ÇÃO GÊNICA NA 4. SIM ULA NDO A OCO RR MEIOSE A atividade consiste em simular a permuta ção dos cromossomos na meiose utilizando massa de modelar ou argila. Aênfase, agora, é para dois pares de alelos localizados no mesmo par de cromossomos homólogos e que, por isso, não apresentam segregação independente. Os estudantes deverão representar apenas um par de cromossomos homólogos, no qual há dois pares de alelos em condi ção heterozigótica (AaBb). Em seguida, serão simuladas a duplicação dos cromossomos e dos genes e sua separação na meiose, sem e com a ocorrência de permutação cromossômica entre os locos dos genesA e B.
Material
• massa de modelar de duas cores diferentes • folha de cartolina ou de papel grande • círculos de cartolina com 0,5 cm de di âmetro • grãos de lentilha Procedimentos Oriente os representar estudantes os para queda desenhem umírculo na cartolina, para limites c que sofrer élula ácdivisgrande ão celular. Deverão ser confeccionados dois bast ões de massa de cores diferentes, com aproximadamente 10 cm de comprimento e 0,5 cm de diâmetro cada um, para representar o cromossomo materno e o cromossomo paterno. Um gr ão de lentilha, ou de feij ão, colocado na região mediana de cada um dos bast ões, representar á o centr ômero desse par de cromossomos. Em seguida, oriente os estudantes para que escrevam, em dois círculos de cartolina, as letras A e a (os alelos do gene A); em outros
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ATIVIDADES COMPLEMENTARES
dois círculos, eles dever ão escrever as letras B e b (os alelos do gene B). Os círculos com as letras devem ser aplicados nos dois bast ões de massa, seguindo o crit ério de que os alelos A e a devem ocupar a mesma posi ção relativa nos cromossomos hom ólogos, o mesmo ocorrendo com os alelos B e b. Sugira aos estudantes que coloquem os alelos do par A/a a uma dist ância relativamente grande dos alelos do par B/b, o que facilitar á a simulação da permuta ção. Deixe a cargo dos estudantes decidir qual ser á a constituição da célula duplo-heterozigótica, se com os alelos dominantes de cada gene no mesmo hom ólogo (constitui ção AB/ab) ou se com os alelos dominantes de cada gene em hom ólogos diferentes (constitui ção Ab/aB). Com os modelos do par de cromossomos hom ólogos dispostos sobre a folha de cartolina, o primeiro passo ser á representar a duplicação cromossômica. Para isso, os estudantes dever ão confeccionar dois novos bast ões de massa id ênticos a cada um dos anteriores, unindo-os a cada um dos bast ões preparados anteriormente. O alelo colocado em cada novo bast ão de massa deve ser id êntico ao do bastão ao qual ele estiver unido, pois as duas crom átides de cada cromossomo s ão id ênticas, resultando da duplica çã o exata do cromossomo srcinal. Assim, cada cromossomo ficar á constitu ído por duas cromátides portadoras de alelos id ênticos. Em uma primeira etapa deve ser simulada a meiose sem ocorrência de permuta ção. Chame a aten ção dos estudantes para o fato de se formarem apenas dois tipos de gameta com a constitui ção genética de um e de outro cromossomos (gametas parentais). Em seguida, oriente os estudantes a simular a meiose com a ocorrência de uma permuta ção entre os dois locos g ênicos repre-
sentados. Para isso, os cromossomos hom ólogos duplicados devem ser colocados lado a lado, representando o emparelhamento cromossômico que ocorre na prófase I da meiose. Uma vez emparelhados, deve-se cortar uma das crom á tides de cada um dos cromossomos em pontos correspondentes, entre os dois locosêgnicos representados. Cada cromátide cortada deve ser colada à cromátide cortada do cromossomo hom ólogo, e vice-versa. Terminada a troca de pedaços entre as crom átides homólogas, que representa a permutação, continua-se a simular o processo mei ótico.
As duas quest ões devem ser respondidas analisando o mesmo diagrama. Sugerimos que o(a) professor(a) oriente verbalmente os estudantes sobre a diferen ça de procedimentos na identifica ção do criminoso e na identifica ção do pai da criança.
Chame a aten ção dos estudantes para o fato de que, com a permutação, formam-se quatro tipos de gameta, dois com as combinações gênicas parentais e dois com novas combina ções de alelos (gametas recombinantes). Ressalte tamb ém que, em uma população de células, a porcentagem de gametas recombinantes ser á menor do que a de parentais, porque apenas uma certa porcentagem
para em seguida verificar nos pretendentes a pai ( P-1 e P-2) aquele que possui as faixas que faltam. Essas faixas devem estar necessariamente presentes no pai, uma vez que a crian ça recebe um cromossomo hom ólogo materno e um paterno.
das células tem permuta ção entre dois locos g ênicos considerados. Lembre-se de que as permuta ções que não ocorrerem entre os locos A e B não levarão à recombinação dos alelos desses locos. Se for o caso, repita a simula ção com uma permuta ção que ocorra fora do intervalo entre os locos A e B.
É importante os estudantes perceberem que, quanto mais distantes est ão dois locos no cromossomo, maior ser á a chance de ocorrer uma permutação entre eles. Portanto, a freq üência de células que sofrem permuta ção entre dois locos ser á diretamente proporcional à distância entre eles: esse é o princípio que norteia a construção dos mapas cromoss ômicos. 5. SIM ULA NDO U MA É TCNICA PARA IDENTIFICAR PESSOAS PELO DNA As t écnicas da Engenharia Gen ética permitem identificar pessoas pela an álise de suas mol éculas de DNA ( ácido desoxirribonucléico), a subst ância que constitui os genes. Com exce ção dos gêmeos univitelinos, cada pessoa possui um conjunto de genes, e portanto de moléculas de DNA, único e particular. O processo mais simples para caracterizar um DNA consiste em cortar as mol éculas dessa subst ância com o auxílio de “tesouras moleculares”, as chamadas enzimas de restri ção, analisando em seguida o tamanho dos fragmentos que se formaram. Uma enzima de restrição corta a mol écula de DNA em pontos espec íficos, somente onde ocorre determinada seq üência de bases nitrogenadas. Como cada pessoa tem seq üências típicas de bases nitrogenadas, o número e os tamanhos dos fragmentos (n úmero de pares de bases) obtidos pelo corte enzim ático acabam por caracterizar seu DNA. O tamanho dos “fragmentos de restri ção”, como s ão chamados os fragmentos obtidos ap ós o corte enzim ático, é determinado por meio da t écnica de eletroforese . A mistura de fragmentos de DNA é aplicada em uma camada de gelatina (gel) e submetida a um campo elétrico. Nessas condi ções, os fragmentos se movem a velocidades inversamente proporcionais ao seu tamanho, isto é, os fragmentos menores deslocam-se mais rapidamente que os maiores.
No caso da Quest ão I, basta encontrar entre os suspeitos ( P-1, P-2 e P-3) um padrão eletrofor ético id êntico ao da amostra de pele do criminoso sob as unhas da v ítima ( P-5). No caso da Questão II, é preciso inicialmente identificar, na criança (P-4), as faixas eletroforéticas correspondentes à sua mãe ( P-3),
A identifica ção positiva do DNA de um suspeito (como no caso da Quest ão I) pela técnica simulada na atividade, particularmente se forem utilizados diferentes tipos de enzimas de restri ção, atinge mais de 99% de acerto. Excetuando-se o caso de g êmeos idênticos, a probabilidade de duas pessoas apresentarem o mesmo padr ã o eletroforético do DNA é menos de 1%.
Resolução da atividade 5 Apresentamos, a seguir, as respostas às Quest ões I e II, e, abaixo, o diagrama que representa, esquematicamente, a eletroforese dos fragmentos de DNA das pessoas envolvidas nas situa ções citadas no enunciado dessas quest ões.
É importante deixar claro para os estudantes que, para responder às duas quest ões, utiliza-se o mesmo diagrama. Este, porém, em cada situa ção representa fragmentos de DNA de um conjunto diferente de pessoas.
I
Quem é o criminoso? Resposta: P-2.
O padrão eletroforético do DNA desse suspeito é idêntico ao da amostra de pele encontrada sob as unhas da v ítima (P-5).
II
Quem é o pai da crian ça? Resposta: P-1.
A criança P-4 pode ter recebido da m ãe (P-3) DNA relativo às faixas de n úmeros 1, 4, 10, 12, 13, 18 e 19. As faixas 5, 8, 11 e 15 de P-4 provêm necessariamente do pai, P-2; o outro postulante n ão apresenta as faixas 5, 8 e 11.
P- 1 n m g
Quando o campo el étrico é desligado, fragmentos de mesmo tamanho (mesmo número de pares de bases) estacionam juntos em determinada posição do gel, formando uma faixa. O padr ão de faixas que surge é caracter ístico para cada pessoa, e corresponde à sua “impressão digital” genética. A seguir sugerimos a simulação de um experimento no qual amostras de DNA de diferentes pessoas ãs o tratadas com uma enzima de restrição hipotética, que corta as moléculas onde houver dois pares de bases C-G/C-G em seqüência. Veja na Resolução da atividade 5 o preenchimento do diagrama, em que os fragmentos do DNAãso dispostos por ordem de tamanho, simulando a separa ção eletroforética.
Orientações para esta atividade Distribua fotocópia da página 24 para cada estudante. Nela se encontram todas as informa ções para resolver as duas quest ões formuladas na simulação: (I) “Quem é o criminoso? II( ) Quem é o pai da criança?”.
p
p
m
P -2
P- 3
P- 4
P- 5
22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
ATIVIDADES COMPLEMENTARES
17
6. PRO DUZ INDO“FÓSSEIS” EM SALA DE AULA
7. INTERPRETANDO RESTOS E IMPRESS ÕES FÓSSEIS
O objetivo desta atividadeé facilitar a compreens ão do mecanismo O objetivo desta atividade é simular a an álise de um registro de formação de alguns tipos de fósseis (moldes, contramoldes e imfossilífero, tentando reconstituir a hist ória mais provável do acontepressões) pela utilização de materiais simples como gesso, argila ou cimento que ficou registrado na rocha. massa de modelar. A simula ção de alguns processos de fossiliza ção conDistribua, para cada grupo de estudantes, uma fotoc ópia da cretiza os conceitos estudados, motivando e facilitando o aprendizado. página 25, que representa o registro fossil ífero. Cada grupo deve reconstruir, com base nas evidências f ósseis, uma hist ória provável a partir das impressões fósseis. Pe ça aos estudantes que escrevam suas histórias e organize uma discuss ão, para que os diferentes grupos possam comparar suas conclus ões.
Material
• • • • • • • • • •
argila ou massa para modelar gesso em p ó facas e colheres de pl ástico tigelas de pl ástico copos de pl ástico grandes papel-toalha e papel de embrulho tampas de caixas de sapato conchas de moluscos folhas de plantas com nervuras bem evidentes pequenos animais feitos de pl ástico
Fósseis tipo“impressão” A primeira providência é forrar o local de trabalho com as folhas de papel de embrulho. Em uma tigela de pl ástico, misture o p ó de gesso com água até obter uma massa homog ênea e consistente. Preencha a tampa de caixa de papel ão com o gesso, alisando a superfície com uma faca de pl ástico; se necess ário, pulverize água sobre a superf ície do gesso para facilitar o processo. Coloque com cuidado folhas e conchas sobre a superf ície do gesso, pressionandoas para que deixem sua impress ão. Coloque as tampas de papel ão em um local protegido, para secar. Quando o gesso estiver completamente seco, remova as conchas e as folhas e observe as marcas deixadas na superf ície da pe ça. Discuta com os estudantes a simulação, comentando que esse tipo de fossilização ocorreu, de fato, em superfícies moles e lamacentas que logodo se contorno solidificaram, resistindo erosãoeeanimais registrando fielmente detalhes de partes de àplantas do passado.
Fósseis tipo“molde” Despeje massa de gesso em um copo de pl ástico at é preenchêlo pela metade. Coloque um animal de pl ástico no copo e pressione-o sobre o gesso, enterrando-o parcialmente. Despeje mais gesso no copo at é cobrir o animal totalmente. Deixe secar. Quando o gesso estiver completamente seco, rasgue o copo de plástico e desenforme a pe ça de gesso. Quebre-a com um martelo. As marcas do animal de pl ástico na superf ície dos fragmentos de gesso constituem f ósseis do tipo molde. Chame a aten ção dos estudantes para a semelhan ça entre molde e impress ão; o termo molde é utilizado quando toda a peça é envolvida por sedimentos, enquanto impressão refere-se a marcas deixadas em uma superf ície mole.
Fósseis tipo“contramolde ” Preencha uma tampa de caixa de sapato com uma camada de argila (ou de massa para modelar). Coloque conchas ou os animais de plástico sobre a superf ície da massa e pressione-os com for ça. Remova as conchas e/ou animais de pl ástico com cuidado, para n ão alterar as marcas deixadas na argila. Despeje massa de gesso nas depressões da argila e deixe secar. Retire as pe ças de gesso, que s ão os contramoldes dos moldes deixados na argila. Comente que esse tipo de f óssil forma-se quando o molde deixado por um animal ou planta em uma rocha sedimentar é preenchido por minerais de diferentes tipos, formando um contramolde do organismo no interior do sedimento. Quando este é quebrado, o contramolde diferencia-se nitidamente, por sua composi ção, do material sedimentar, em muitos casos formando um perfeito modelo em rocha do organismo que deixou a marca.
18
ATIVIDADES COMPLEMENTARES
Uma poss ível interpreta çã o do registro f óssil representado é que dois p ássaros caminhavam lado a lado, talvez em busca de alimento, quando foram atacados por um predador. Um dos p ássaros conseguiu fugir, enquanto o outro foi capturado e arrastado. Diversas evid ências podem ser consideradas para justificar essa interpreta çã o. Por exemplo, o padr ão de pegadas do predador dá claramente a impress ão de que ele tenha se preparado para o ataque. Os supostos sinais de luta, as impress ões de penas e o traço entre as pegadas do predador sugerem que um dos p ássaros tenha sido capturado, enquanto o outro teria fugido correndo, o que seria evidenciado por suas pegadas bem mais espa çadas. Uma alternativa de interpreta çã o é que os registros f ósseis dos p ássaros e do suposto predador tenham sido deixados em momentos diferentes (h á evid ências contr árias ou favor áveis a essa interpreta çã o?). É poss ível imaginar, tamb ém, que um dos pássaros voou ao ser atacado, ou mesmo que j á estivesse morto, tendo sido encontrado e ent ã o levado pelo predador. 8. CONSTR UINDO UM ANU ÁRIO DO TEMPO GEOL ÓGICO O objetivo desta atividade é que os estudantes se familiarizem com escala de tempo geol ógico, sendo capazes de localizar temporalmente os principais eventos relacionados ao aparecimento e à evolução da vida na Terra, desde seus primórdios até hoje. Os procedimentos est ão descritos nas p áginas fotocopi áveis 26 e 27. Veja, nas p áginas 19 e 20, em Resolu çã o da atividade 8 , o preenchimento da tabela de dados e do Anu ário do Tempo Geológico. 9. CONSTR UINDO UM ECOSSISTEM A EXPERIMEN TAL O principal objetivo desta atividade é construir um ecossistema de terra firme em escala reduzida, que simula as condi ções b ásicas encontradas nos ecossistemas naturais. Assim como ocorre nestes últimos, o ecossistema experimental é constitu ído por elementos abióticos ( água, pedras, areia, argila etc.) e bióticos (plantas e organismos presentes no solo, tais como pequenos vermes nemat óides, microartrópodes, bact érias, algas e fungos). Uma vez fechado, o ecossistema experimental n ão deve ser aberto; o único fator externo que ingressa no recipiente é a energia solar, essencial para a fotossíntese. Não é preciso regar o ecossistema, pois a água que evapora do solo e o vapor d ‘água que as plantas liberam por meio da transpira ção condensam-se na superf ície interna do recipiente e escorre, umedecendo novamente a terra.
Material
• • • • • •
recipiente limpo de vidro ou pl ástico transparente, com tampa pedrinhas areia terra de jardim
água plantas de pequeno porte com ra ízes, tais como trevos, quebrapedras ou crassul áceas (suculentas)
• pinça longa ou palitos de madeira • cola de silicone ou fita adesiva
Procedimentos 1.
Introduzir as pedras no recipiente, formando uma camada no fundo. Sobre ela, colocar uma camada de areia e, em seguida, uma camada de terra. As pedras e a areia permitem drenar o excesso de água, evitando o apodrecimento das raízes.
2.
Introduzir as plantas no interior do recipiente. Se a boca do vidro for muito estreita, as raízes podem ser inseridas na terra com a ajuda de uma pinça ou de palitos de madeira. Os musgos podem ser simplesmente colocados sobre a terra.
3.
4.
5.
Regar com água suficiente para umedecer a terra e a camada de areia, porém sem encharcar a camada de pedras. A quantidade adequada de água é importante para que o ecossistema experimental se mantenha.
manalmente e anotando as eventuais transformações que ocorram. Uma sugestão é que os estudantes voltem com o ecossistema para a escola ao final do semestre ou do ano letivo. Nessa ocasião, o professor podéra propor, aos estudantes, questões como as que seguem: 1. Ocorreram transformações no ecossistema experimental? Em caso
afirmativo, quais foram elas? Que hipóteses podem ser propostas para explicar as transformações? 2.
Como as plantas conseguem se manter vivas por tanto tempo em um ambiente fechado? Como elas conseguem gás oxigênio para respirar?
3.
Seria possível que um animal sobrevivesse nessas mesmas condições?
4.
Por que não é necessário regar o ecossistema experimental?
Depois de montado, o ecossistema experimental deve ficar aberto por alguns dias para garantir que as plantas estejam vivas e
5. Alguns ecossistemas experimentais conservam-se por muito tem-
enraizadas. Tampar hermeticamente o recipiente, vedando bem a tampa com cola de silicone ou fita adesiva.
tanto, plantas de ecossistemas como essesespécie geralmente não crescemastanto quanto exemplares da mesma que vivem em ambiente aberto. Por quê? Qual seria o fator limitante do crescimento das plantas no ecossistema experimental fechado?
Sugerimos pedir aos estudantes que montem o ecossistema experimental em casa, levando-o à escola depois de seu fechamento. Em classe, o professor poderá avaliar a montagem e sugerir como corrigir eventuais problemas (por exemplo, o excesso de água ou plantas muito grandes, vedação pouco eficiente etc.). Após a avaliação, os estudantes retornam com o ecossistema para casa, observando-o se-
po (há notícias de alguns que duraram 20 anos ou mais). Entre-
6.
Eventualmente, os ecossistemas experimentais montados por alguns estudantes não se conservaram. Que hipóteses podem ser propostas para explicar esses casos?
7.
Que semelhanças podem ser encontradas entre o ecossistema experimental e o planeta Terra?
Resolução da atividade 8 (I)
DADOS PARA A CONSTRUÇÃO DO ANUÁRIO DO TEMPO GEOLÓGICO Evento Primeiras evidências de seres vivos
Ocorrido há aproximadamente
Dias decorridos em nosso anuário
Dia do evento
3,5 bilhões de anos
87
27 de março
Origem da fotossíntese
2,5 bilhões de anos
167
15 de junho
Origem dos seres eucarióticos
2 bilhões de anos
206
24 de junho
Abundância de fósseis (“explosão cambriana”)
570 milhões de anos
320
15 de novembro
Origem das plantas de terra firme
438 milhões de anos
331
26 de novembro
Origem dos anfíbios
408 milhões de anos
333
28 de novembro
Origem dos répteis
360 milhões de anos
337
2 de dezembro
Origem dos dinossauros e dos mamíferos
245 milhões de anos
346
11 de dezembro
Extinção dos dinossauros e início da expansão dos mamíferos
66 milhões de anos
360
25 de dezembro
Origem dos primatas
55 milhões de anos
361
27 de dezembro
Ancestral comum de pongídeos e hominídeos
8 milhões de anos
365 (+ 9h)
31 de dezembro, 9h
Primeiros hominídeos
2 milhões de anos
365 (+ 20h)
31 de dezembro, 19h
Origem da e spécie humana moderna
150 mil anos
365 (+ 23h 43min)
31 de dezembro, 23h 43min
ATIVIDADES COMPLEMENTARES
19
Resolução da atividade 8 (II) ÁRIO DO TEMPO GEOL ÓGICO CONSTRUINDO UM ANU
JANEIRO
Origem da Terra 4,6 bilh ões de anos
QQS
S
S T
Q QSS
D
T
Q
1
2
3456
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
12 13 14 15 16 17
18
11 12 13 14 15 16
17
22
23
24
25
26
27
28
19 20 21 22 23 24
25
24
29
30
31
18 19 20 21 22 23 26 26 27 28 28 30
D
QSS
1
7
5
6
7
8
D
2
14
6
7
8
9
101
15 16 17 18 19 20
21
13
14
15
16
22 23 24 25 26 27
28
20
21
22
27
28
29
23456 9
JULHO Q QSS
D
23456
1
D
S T 6
7
8
JUNHO Q QSS
S T
3 10
456789
31
1 345678
9
18
19
10 11 12 13 14 15
16
23
24
25
26
17 18 19 20 21 22
23
30
31
24 25 26
30
27 28 29
3
9 10
S
T
Q
1
11
234567
12 13 14 15 16 17
18
9
10
11
12
13
14
15
22 23 24 25 26 27
28
19 20 21 22 23 24
25
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
10 1 1 1 2 1 3
14
26 27 28 29
29 30 31
2,5 bilhões de anos
D
QSS
4
21
9
Origem da fotossíntese
SETEMBRO D
15 16 17 18 19 20
8
3,5 bilh ões de anos
2
17
2
Primeiros vestígios de seres vivos
D
12
1 5
2
1
AGOSTO Q QSS
7
1
5
1234
29 30
S T
Q
7
10 1 1 1 2 1 3
11
MAIO QSS
T
8
4
3
29
S
1
D
9 10
26 27 28
ABRIL QQSS
S T
Primeiros seres eucarióticos
MARÇO
FEVEREIRO S T
S
30 31
8
30
2 bilhões de anos
OUTUBRO S
D
TQQSS
6
12345 7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
S T
DEZEMBRO Q QSS
D 1
234567
15
Origem dos dinossauros e dos mam íferos
16 17 18 19 20 21
22
245 milhões de anos
23 24 25
29
360 milh ões Origem dos répteis NOVEMBRO S T
D
Q QSS 1
“Explosão
cambriana ” 570 milh ões de anos
2
456789
3 10
11 12 13 14 15 16 18 19 20 21 22 23 26 26 27 28 28 30
17 24
Origem das plantas de terra firme
Origem dos anfíbios
438 milh ões de anos
408 milh ões de anos
20
8
10 11 12 13 14
9
26
27
28
30 31
55 milh ões de anos
Ancestral comum de pongídeos e hominídeos
9h
Extinção dos dinossauros e in ício da expans ão dos mam íferos
8 milh ões de anos Primeiros hominídeos 2,4 milh ões de anos
ATIVIDADES COMPLEMENTARES
Origem dos primatas
66 milhões de anos 19h
23h43min
Origem da esp écie humana moderna
150 mil anos
ANEXO
ATIVIDADES COMPLEMENTARES
PÁGINAS PARA FOTOCOPIAR
ANEXO
21
ATIVIDADE 3 Simulando a transmissão de algumas características humanas Série:
Nome:
O V A L
Q Q o u
Q q
C a ra c te r s ti c a 1 í
F o rm a d o ro s to
Q U A D R A D O
q q
22
ANEXO
G G
F F
F
L L
L
a L
G
A a
L
L
a
A A
á
L
N L
N
f F
S J
F F
ff ç
J
O J
O
O L
O E
N N
E
N E
N
L C
C
C C
C
C L
C L
ANEXO
C C
23
ATIVIDADE 5 Simulando uma técnica para identificar pessoas pelo DNA Série:
Nome:
P-1
P-2
P-3
CA C B
CA C B
CA C B
C-G C-G
C-G C-G
C-G C-G
C-G C-G
C-G C-G
A-T T-A T-A A-T A-T A-T T-A C-G G-C C-G T-A A-T G-C
A-T T-A T-A A-T A-T A-T T-A C-G G-C C-G T-A A-T G-C
A-T T-A T-A A-T A-T A-T T-A C-G G-C C-G T-A A-T G-C
C-G C-G
C-G C-G
C-G C-G
A-T T-A
A-T T-A
A-T T-A
A-T T-A T-A A-T A-T A-T T-A C-G G-C C-G T-A A-T G-C T-A C-G A-T T-A
A-T T-A T-A A-T A-T A-T T-A C-G G-C C-G T-A A-T G-C T-A C-G A-T T-A
C-G C-G
C-G C-G
C-G C-G
C-G C-G
T-A A-T G-C A-T G-C T-A A-T A-T G-C
T-A A-T G-C A-T A-T T-A A-T A-T G-C T-A
T-A A-T G-C A-T G-C T-A A-T A-T G-C T-A
T-A A-T T-A
T-A A-T G-C A-T A-T T-A A-T A-T G-C T-A C-G T-A A-T T-A
C-G C-G
C-G C-G
A-T T-A
G-C G-C
G-C G-C
G-C G-C
A-T G-C A-T T-A C-G G-C A-T A-T T-A G-C A-T A-T T-A G-C C-G A-T T-A
A-T G-C A-T T-A C-G G-C A-T A-T T-A G-C A-T T-A C-G A-T T-A G-C C-G A-T T-A
A-T G-C A-T T-A C-G G-C A-T A-T T-A G-C A-T T-A C-G A-T T-A G-C C-G A-T T-A
A-T T-A G-C A-T A-T G-C A-T T-A C-G G-C A-T A-T T-A G-C A-T
C-G C-G
C-G C-G
C-G C-G
T-A A-T C-G T-A A-T C-G A-T T-A
T-A A-T C-G T-A G-C C-G A-T T-A
T-A A-T C-G T-A G-C C-G A-T T-A
A-T T-A G-C C-G A-T T-A C-G T-A T-A A-T C-G T-A A-T C-G A-T T-A
G-C G-C
G-C G-C
G-C G-C
G-C G-C
C-G C-G
C-G C-G
P-1 n m g p
p
m
P- 2
CB
C-G C-G
C-G C-G
C-G C-G
A-T T-A T-A A-T A-T A-T T-A C-G G-C C-G T-A A-T G-C T-A C-G A-T T-A
A-T T-A T-A A-T A-T A-T T-A C-G G-C C-G T-A A-T G-C A-T T-A
A-T T-A T-A A-T A-T A-T T-A C-G G-C C-G T-A A-T G-C T-A C-G A-T T-A
C-G C-G
C-G C-G
C-G C-G
C-G C-G
T-A A-T G-C A-T A-T T-A A-T
T-A A-T G-C A-T G-C T-A A-T A-T G-C T-A
T-A A-T G-C A-T A-T T-A A-T A-T G-C
T-A A-T G-C A-T A-T T-A A-T A-T G-C T-A
G-C G-C
T-A C-G T-A A-T T-A
C-G C-G
C-G C-G
C-G C-G
C-G C-G
T-A A-T T-A
A-T T-A
G-C G-C
G-C G-C
G-C G-C
A-T G-C A-T T-A C-G G-C A-T A-T T-A G-C A-T T-A C-G A-T T-A G-C C-G A-T T-A
A-T G-C A-T T-A C-G G-C A-T A-T T-A G-C A-T
A-T G-C A-T T-A C-G G-C A-T A-T T-A G-C A-T
C-G
C-G
C-G
C-G
T-A A-T C-G T-A G-C C-G A-T T-A
A-T T-A G-C C-G A-T T-A C-G T-A T-A A-T C-G T-A G-C C-G A-T T-A
G-C G-C
G-C G-C
C-G C-G
P- 3
P -4 CA
P -4
A-T T-A G-C C-G A-T T-A
C-G C-G
T-A A-T C-G T-A A-T C-G A-T T-A G-C G-C
C-G C-G
A-T T-A
P-5 CA CB
✃ 1
C-G C-G
A-T T-A G-C C-G A-T T-A C-G T-A T-A A-T C-G T-A G-C C-G A-T T-A
G-C G-C
12 ✃
17 ✃
18 ✃
20
11 10 9 8 7 6 5 4 3 2
I
C-G C-G
A-T T-A
C-G
C-G C-G
T-A A-T G-C A-T A-T T-A A-T A-T G-C T-A
T-A A-T G-C A-T A-T T-A A-T A-T G-C T-A
C-G C-G
C-G C-G
A-T T-A G-C A-T A-T G-C A-T T-A C-G G-C A-T A-T T-A G-C A-T
A-T T-A
C-G C-G
A-T T-A G-C C-G A-T T-A C-G T-A T-A A-T C-G T-A G-C C-G A-T T-A
G-C G-C
G-C G-C
A-T G-C A-T T-A C-G G-C A-T A-T T-A G-C A-T T-A C-G A-T T-A G-C C-G A-T T-A C-G C-G
T-A A-T C-G T-A G-C C-G A-T T-A G-C G-C
1
Ao lado est ão representados segmentos de DNA de cinco pessoas (P-1 a P-5). Cada pessoa tem dois segmentos de DNA, correspondentes a um par de cromossomos homólogos (CA e CB). 15 ✃ As seqüências de bases dos homólogos podem ser ligeiramente diferentes devido à diferença entre 4 ✃ os genes alelos.
1. O primeiro passo para a análise do DNA é cortá-lo com uma enzima de restrição hipotética (representado pela tesoura) que, neste exemplo, reconhece em cada segmento a se12 ✃ qüência de dois pares de bases C-G adjacentes (dois C em uma cadeia e dois G na outra). 4 ✃ Para facilitar a visualização dessas “seqüências de corte” elas estão destacadas. Localize, nos dois segmentos de DNA de cada pessoa (CA e CB), todas as seqüências de corte. Marque-as a lápis com um traço horizontal, de modo a separar um par C-G do par C-G
adjacente. 2. O passo seguinteé organizar os fragmentos obtidos por ordem de tamanho (quantidade de ba21 ✃ ses). Para isso, conte o número de pares de bases de cada fragmento e indique-o completando o preenchimento do diagrama abaixo,à esquerda. 10
ão ✃ Cada coluna desse diagrama simula o padr eletroforético de uma pessoa, em que os frag-
Quem é o criminoso?
Restos de pele encontrados sob as unhas de uma pessoa assassinada foram submetidos ao teste de DNA, revelando o padrão eletroforético P-5. Trêsao pessoas, P-2Qual e P-3,delas suspeitas doácrime, também foram subé a prov metidas teste deP-1, DNA. vel culpada?
II
Quem é o pai da crian ça?
Dois homens, P-1 e P-2, disputam a paternidade de uma criança, P-4, filha da mulher P-3. Com base no teste de DNA dos quatro implicados, quem é o provável pai da criança?
1
24
A-T T-A T-A A-T A-T A-T T-A C-G G-C C-G T-A A-T G-C
mentos de DNA se distribuem em faixas por ordem de tamanho. Como exemplo, a coluna correspondente ao padr ão da pessoa P-5áj está preenchida. A seguir, responda às questões abaixo.
P- 5
22 21 19 18 17 16 15 14 13 12
C-G C-G
A-T T-A T-A A-T A-T A-T T-A C-G G-C C-G T-A A-T G-C T-A C-G A-T T-A
19 C-G ✃
G-C G-C
A-T G-C A-T T-A C-G G-C A-T A-T T-A G-C A-T
C-G C-G
Nesta atividade você aplicará os princípios da identificação de pessoas pelo DNA na solução de duas questões judiciais. Em uma delas, identifi✃ cará um criminoso entre três suspeitos e, em outra, descobrirá quem é o pai de uma criança.
ANEXO
ATIVIDADE 7 Interpretando restos e impressões fósseis Série:
Nome:
L N
S O
ANEXO
25
ATIVIDADE 8 Construindo um anuário do tempo geológico Série:
Nome:
Pesquise, no livro texto, na Tabela 11.1, o tempo aproxiória da mado em que ocorreram eventos importantes na hist vida na Terra. Como critério, considere sempre a datação mais antiga. Por exemplo, se, na tabela, a data de um evento é entre 360 milhões e 348 milhões de anos atrás, escolha 360 mi-
em uma hora), obteremos o valor de um minuto no anuário: 8.700 anos.
lhões. Com os dados encontrados, preencha a primeira coluna da tabela abaixo.
lhões de anos (primeiros vestígios de vida) de 4,6 bilhões de anos (srcem da Terra) e dividir o resultado por 12,586 milhões (4.600.000.000 - 3.500.000.000 = 1.100.000.000 ÷ ÷ 12.586.000 = 87 dias).
O passo seguinteé “condensar” os 4,6 bilhões de anos de existência de nosso planeta em um ano e construir um“Anuário do Tempo Geológico”. Esse anuário tem o formato de um calendário com doze meses; nele deve-se marcar a ocorrência de eventos importantes na história da vida. Por exemplo, nesse calendário, a Terra surgiu no dia 1o de janeiro, correspondendo a 4,6 bilhões de anos atrás. Para obter o valor de um dia nesse Anuário do Tempo Geológico, dividem-se os 4,6 bilh ões de anos de existência da Terra pelos 366 dias do calendário (consideramos um ano bissexto). Assim, um dia é equivalente a 12.586.000 (12,586 milhões) de anos. Dividindo-se esse valor por 24 (o n úmero de horas do dia), obtém-se o equivalente a uma hora no anuário: 523 mil anos. Se dividirmos o valor, em anos, de uma hora por 60 (o número de minutos
Por exemplo, para calcular quantos dias teriam se passado, em nosso ano geológico, desde o surgimento da Terra até os primeiros vestígios de seres vivos, basta subtrair 3,5 bi-
Assim, no Anuário do Tempo Geológico, os primeiros vestígios de seres vivos surgiram em 27 de março (87 dias após o surgimento da Terra). Para calcular eventos ocorridos áh poucos milhões de anos, é mais fácil considerar o número de horas ou de minutos e contar o tempo a partir do final do ano. Por exemplo, para localizar no anuário a srcem da esp écie humana moderna (150 mil anos atrás), basta dividir 150.000 por 8.700 (o valor de um minuto em nosso anuário): 150.000 ÷ 8.700 = 17. Isso quer dizer que a espécie humana surgiu apenas 17 minutos antes de nosso ano imaginário terminar, ou seja,às 23h43min do dia 31 de dezembro. Depois de preencher a tabela abaixo, registre os eventos no anuário impresso na outra página.
DADOS PARA A CONSTRUÇÃO DO ANUÁRIO DO TEMPO GEOLÓGICO Evento
Ocorrido há aproximadamente
Primeiras evid ências de seres vivos Origem da fotossíntese Origem dos seres eucarióticos Abundância de f ósseis (“explosão cambriana ”) Origem das plantas de terra firme Origem dos anf íbios Origem dos r épteis Origem dos dinossauros e dos mam íferos Extinção dos dinossauros e in ício da expansão dos mam íferos Origem dos primatas Ancestral comum de pong ídeos e hominídeos Primeiros homin ídeos Origem da epécie humana moderna
26
ANEXO
Dias decorridos em nosso anuário
Dia do evento
ATIVIDADE 8 Construindo um anuário do tempo geológico Série:
Nome:
4,6 bilhões de anos
S T
QQS
MARÇO
FEVEREIRO
JANEIRO
Origem da Terra
S
D
S T
Q QSS
D
1
7
2
3
S T
Q QSS
D
4
1
2
3
1
2 3456
8
9
10 11 12 13
14
15
16 17 18 19 20
21
12 13 14 15 16 17
18
11 12 13 14 15 16
17
22 23 24 25 26 27
28
19 20 21 22 23 24
25
18 19 20 21 22 23 26 26 27 28 28 30
24
5
6
7
8
26 27 28
29 30
31
S T
Q QSS
8
456789
S
T
Q
7
10 1 1 1 2 1 3
10
31
JUNHO
MAIO D
23456 9
11
29
ABRIL 1
9 10
D
QSS
S T
Q QSS
D
1
5
1234
345678
2
14
6
7
8
9
101
1
12
15 16 17 18 19 20
21
13
14
15
16
17
18
19
10 11 12 13 14 15
22 23 24 25 26 27
28
20
21
22
23
24
25
26
17 18 19 20 21 22
23
27
28
29
30
31
24 25 26
30
29 30
JULHO S T
D
Q QSS
1 23456
S T
1
14
5
6
7
8
27 28 29
SETEMBRO
AGOSTO Q QSS
7
9 16
D
2
3
9 10
S T
Q QSS
D
4
1
11
8
8 9 10 1 1 1 2 1 3 15 16 17 18 19 20
21
12 13 14 15 16 17
18
234567 9 10 11 12 13 14
15
22 23 24 25 26 27
28
19 20 21 22 23 24
25
16 17 18 19 20 21
22
23 24 25
29
26 27 28 29
29 30 31
30 31
26
27
28
30
OUTUBRO S
TQQSS
D
12345
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
S T
DEZEMBRO Q QSS
D 1
234567 9
8
10 11 12 13 14
15
16 17 18 19 20 21
22
23 24 25
29
NOVEMBRO S T
Q QSS
D
1
2
456789
26
27
28
3 10
11 12 13 14 15 16
17
18 19 20 21 22 23 26 26 27 28 28 30
24
30 31
ANEXO
27
O encadeamento de várias proposições aumenta a complexidade do mapa. Observe, a seguir, v árias proposições interligadas relativas ao DNA:
Trabalhando com mapas de conceitos
O que são mapas de conceitos?
DNA
Mapas de conceitos são diagramas bidimensionais que relacionam conceitos de uma determinada área de conhecimento. O termo “conceito ” tem diversas conotações, dependendo do contexto em que é utilizado. Nos mapas de conceitos, o termoconceito é definido como “um rótulo usado para caracterizar objetos ou eventos”. Objeto, por sua vez, é qualquer entidade material, e evento é um acontecimento qualquer, real ou imaginário. Por exemplo, o rótulo que identifica o objeto “cadeira” relaciona-se a um conjunto de características, tais como ter pernas, ter assento individual, ter encosto, servir para sentar etc. O conceito de “ inseto ” refere-se a animais que apresentam três pares de pernas, um par de antenas e corpo constituído por cabeça, tórax e abdome, entre outras características. Conhecer e compreender as caracter ísticas que definem um conceito é essencial para aprend ê -lo. Como essas caracter ísticas tamb é m sã o conceitos, o aprendiz deve conhec ê -los previamente ou deve aprend ê -los simultaneamente ao novo conceito trabalhado. Por exemplo, para se aprender o conceito de DNA é preciso dominar diversos conceitos pr é vios, desde as no çõ es bá sicas do que é uma subst â ncia at é o conceito espec í fico de “desoxirribonucleot í dio ” , a unidade que comp õe a mol é cula de DNA. Nesse aspecto, os mapas de conceitos s ã o particularmente ú teis, pois permitem identificar rapidamente quais s ã o os conceitos pr é vios necess á rios ao aprendizado de novos conceitos. A import â ncia dos conceitos pr é vios para a aprendizagem significativa é o ponto central da teoria de aprendizagem de Ausubel, a partir da qual os mapas de conceitos foram desenvolvidos. A proposta básica dos mapas de conceitos é tornar claras as relações importantes que há entre conceitos de uma área de conhecimento. Em sua forma mais simples, um mapa de conceitos consiste em dois conceitos unidos por uma ou mais palavras de liga-
ção, formando uma proposição; esta expressa a relação que há entre os dois conceitos considerados. Por exemplo, os conceitos “ DNA ” e “ CADEIAS POLINUCLEOTÍDICAS”, unidos pela frase de ligação “é constituído por duas”, formam a proposição: DNA
28
é constituído por duas
CADEIAS ➤
Í
POLINUCLEOT DICAS
TRABALHANDO COM MAPAS DE CONCEITOS
é constitu ído por duas
apresenta separam-se na
➤
CADEIAS POLINUCLEOT Í DICAS
disp õem-se no são espa ç o como uma constitu í das por
➤
➤
DUPLICA ÇÃ O SEMICONSERVATIVA
mant ê m-se emparelhadas por meio de
é catalisada pela
➤
DUPLA-H É LICE
➤
DESOXIRRIBONUCLEOT ÍDIOS
➤ ➤
LIGA ÇÕ ES DE HIDROG Ê NIO
POLIMERASE DO DNA
Importância dos mapas de conceitos Os mapas de conceitos foram desenvolvidos no início da década de 1970 pela equipe de Joseph Novak para serem utilizados em pesquisas educacionais. No entanto, logo se percebeu o valor dos mapas como técnica de ensino-aprendizagem, e eles passaram a ser utilizados com sucesso tanto na área da educaçã o como em outras atividades que envolvem estruturação de conhecimentos. Mapas de conceitos dependem do contexto, ou seja, um mesmo grupo de conceitos pode ser organizado de diferentes maneiras, dependendo das rela çõ es conceituais a que se d á prioridade. Os mapas organizam o conhecimento, o que facilita a estudantes e a professores vislumbrar maior n ú mero de significados no material de aprendizagem. Mapas de conceitos tornam claras as id é ias-chave que devem ser focalizadas em qualquer atividade de ensino-aprendizagem, fornecendo um roteiro das etapas que se devem
seguir para conectar conceitos em proposi çõ es. Dessa forma, os mapas contribuem para aumentar a precis ã o e a qualidade do trabalho pedag ó gico.
tratégia para ensinar aos estudantes a construção de mapas de conceitos, queapresentamos resumidamente a seguir.
Entre as diversas utilidades dos mapas de conceitos como organizadores prévios da atividade de ensino, podem-se destacar as seguintes:
Atividades prepara tórias
a) aumentam a integração de conceitos;
Apresente aos estudantes duas listas de palavras, uma de objetos (por exemplo, cachorro, gato, panela, cadeira, caneta etc.) e outra de eventos (por exemplo, jogo, chuva, amor, festa, pensamento etc.). Pergunte se eles s ão capazes de diferenciar as duas listas; ajude-os a perceber que a primeira lista trata de entidades com exist ência material, e a segunda, de acontecimentos.
b) diminuem a possibilidade de omiss ão de conceitos importantes; c) aumentam as chances de encontrar m últiplos caminhos para a construção de significados. Como auxiliadores do processo de aprendizagem, os mapas de conceitos ajudam os estudantes, entre outras coisas, a: a) ter uma compreens ão mais unificada de um tópico; b) organizar o conhecimento para solucionar problemas; c) compreender melhor o processo de apre ndizagem.
Os mapas de conceitos também fornecem um sumário esquemático do conteúdo aprendido. Sobre o emprego de mapas de conceitos em Biologia, Schmidt e Telaro (1990) dizem o seguinte: “Biologia é tã o dif ícil de se aprender porque lida com uma grande quantidade de conceitos n ã ofamiliares ao aprendiz e que apresentam rela çõ es complexas entre si. A estrat égia dos estudantes para lidar com material n ão-familiar [e sem liga çã o evidente com sua rede cognitiva] é o aprendizado por memoriza çã o, que falha completamente diante das complexas intera çõ es conceituais inerentes à Biologia. Nesse sentido, os mapas de conceitos favorecem o aprendizado com significado e parecem ser o caminho ideal para tratar o conteúdo biol ógico ” . Mapas de conceitos são ferramentas importantes no planejamento e na preparação de atividades didáticas, além de auxiliarem os estudantes em sua aprendizagem formativa. E quando o estudante aprende a fazer mapas de conceitos, estes tamb ém podem ser usados como poderoso instrumento de avaliação.
Etapas da construção de mapas de conceitos A elaboração de um mapa de conceitos inicia-se com a identificação das idéias e conceitos mais importantes em determinado assunto. Esse processo, por si só, já ajuda a separar os princípios gerais dos detalhes. Novak e Gowin (1996) propõem uma es-
1. Caracterizando objetos e eventos
2. Trabalhando com a noção de conceito Peça aos estudantes que descrevam o que pensam quando ouvem cada uma das palavras da primeira e da segunda lista. Ajude-os a reconhecer que, embora utilizando as mesmas palavras, cada pessoa pensa em coisas ligeiramente diferentes. Apresente a noção de conceito como o conjunto das representações mentais que associamos a cada palavra. Palavras são rótulos para conceitos, mas cada pessoa lhes atribui um significado próprio. 3. Apresentando as palavras de ligação Apresente aos estudantes uma lista como, de palavras, tais como: é, foram, tem, quanto, quem, onde, o, um, com etc. Peça a eles que descrevam o que pensam quando ouvem ou l êem cada uma dessas palavras. Faça-os perceber que elas não t êm significado próprio, mas que são palavras de ligação, utilizadas junto com conceitos para construir proposi ções com significado. 4. Distinguindo nomes próprios de conceitos Apresente uma lista de nomes pr ó prios, tais como: Ana, Jo ã o, Brasil, Canad á etc. Pe ç a aos estudantes que descrevam o que pensam quando ouvem ou lêem cada uma dessas palavras. Fa ça-os perceber que nomes pr ó prios n ã o sã o conceitos, sendo empregados para designar pessoas e lugares espec í ficos. Utilize esses exemplos para fazer a distin çã o entre r ó tulos que descrevem regularidades em eventos ou objetos (os conceitos) de nomes de objetos e eventos espec í ficos (nomes pr ó prios). 5. Construindo proposições Apresente duplas de conceitos e palavras de ligação entre eles para construir senten ças que ilustrem como essas combinações podem expressar sigTRABALHANDO COM MAPAS DE CONCEITOS
29
res. Quanto maioré o número de relações identificadas, mais detalhadoé o conhecimento sobre o assunto.
nificados. Peça aos estudantes que descrevam o que pensam ao ouvir ou ler cada uma das sentenças: “Células têm metabolismo” ou “Seres vivos são formados de células”, por exemplo. Peça a eles que construam frases curtas semelhantes a essas, identificando as palavras-chave e classificando os conceitos em eventos ou objetos.
5. Rearranjando o mapeamento inicial As primeiras tentativas de mapeamento dos conceitos resultam, em geral, em mapas espacialmente assimétricos ou com blocos de conceitos mal localizados em relação a outros. Esclareça os estudantes que geralmente é necessário reconstruir um mapa para obter uma representação adequada das proposições e que proporcione uma leitura fluente das relações entre os conceitos.
6. Aprendendo novos conceitos Apresente aos estudantes uma lista de palavras não familiares a eles, mas que designem conceitos j á conhecidos, como por exemplo, Canis, lúgubre, conciso etc. Essas palavras têm um significado especial e ajudam os estudantes a perceber que os significados dos conceitos não são rígidos e fixos, mas podem ampliar-se e mudar à medida que se aprende.
6. Testando o aprendizado de construção Selecione novos textos e solicite a cada estudante, ou grupo de estudantes, que elabore mapas de conceitos segundo os critérios apresentados anteriormente. Peça aos estudantes que façam a versão final dos mapas em folhas de tamanho grande, o que facilita a discussão em classe. Sugira que um dos estudantes, responsável pela construção de um mapa, o apresente à classe, explicando-o. Estimule a comparação entre mapas feitos sobre um mesmo texto, para mostrar suas semelhanças e diferenças.
Mapeando os conceitos 1. Selecionando conceitos em um texto Escolha um texto que contenha um conjunto de conceitos interligados. Peça aos estudantes que selecionem uma lista dos conceitos relevantes para o tema que está sendo estudado. 2. Classificando os conceitos selecionados Solicite aos estudantes que classifiquem os conceitos selecionados por ordem decrescente de importância (ou de abrangência). Em geral, não h á plena concordância entre os estudantes quanto à ordenação obtida, mas as diferenças são pequenas. Isso ocorre porque pode haver mais de uma maneira de ver o significado de um texto.
NOVAK, J. D. & GOWIN, D. B. Aprendendo a aprender. á çõ é Lisboa: Pl tano Edi es T cnicas, 1996. KINCHIN, I. M. Concept mapping in Biology. Journal of Biological Education, v. 34, p. 61-68, 2000. SCHMIDT, R. F. & TELARO, G. Concept mapping as an instructional strategy for high school biology. Journal of Educational Research, v. 84, p. 78-85, 1990.
3. Iniciando a construção do mapa Após avaliar a importância relativa dos conceitos selecionados, solicite aos estudantes que escrevam frases curtas de ligação entre os conceitos de modo a formar proposições válidas. Dentro de cada proposição, os conceitos podem ser unidos por uma linha sobre a qual é escrita a frase de liga ção. Uma boa maneira para iniciar a pr ática de construção dos mapas é escrever os conceitos e as palavras de ligação em retângulos de papel, tentando ent ão arranjá-los de modo a formar relações válidas.
Para saber mais
TAYLOR, M.Student Study Guide for Campbell’s Biology. 2th ed. New York, Benjamin/Cummings, 1990. Perspectives on Concept Mapping. Journal of Research in Science Teaching, v. 27 (edição especial), 1990.
Exemplos de mapas de conceitos
4. Identificando ligações cruzadas Procure identificar liga ções cruzadas entre conceitos de um setor do mapa com conceitos edoutros seto-
30
TRABALHANDO COM MAPAS DE CONCEITOS
Nas pde seguintes apresentamos áginas de mapas conceitos referentes ao conte úexemplos do deste volume.
Mapa de conceitos 1 - ALELOS MÚL TIPLOS E GRUPOS SANGÜÍNEOS GENE(S)
s ão constitu í dos por trechos de mol éculas de
➤
podem apresentar formas alternativas chamadas
DNA
➤
ocorrem aos pares em organismos
ALELOS
➤
quando h á tr ê s ou mais de um mesmo gene fala-se em ➤
DIPLÓIDES
ALELOS MÚLTIPLOS ocorrem, por exemplo, na determina çã o gen ética do ➤
GRUPOS SANGÜÍNEOS
➤
é um sistema de
SISTEMA ABO é determinado por
um outro exemplo na esp é cie humana é o ➤
SISTEMA Rh
ALELO I
ALELO R
➤
jun tos determinam
nã o tem domin â ncia sobre
➤
➤
➤ ➤
ALELO I
é dominante sobre o
B
➤
➤ ➤
SANGUE Rh-
n ão pode ser doado para
ALELO i
➤ tem nas hem á cias em pessoas sensibilizadas pode conter
➤
tem no plasma apenas
tem nas hem á cias apenas
➤
AGLUTINOGÊNIO A
ANTICORPOS ANTI-Rh
➤
n ão tem no plasma
a pessoa que o possui é chamada de
AGLUTINOGÊNIO B
tem no plasma
➤
AGLUTININA ANTI-A ➤
➤
SANGUE O
tem no plasma apenas
➤
➤
➤
➤
SANGUE B
SANGUE A tem nas hem á cias apenas
na condi çã o homozig ó tica determina
➤
➤
SANGUE AB
pode ser doado para
na condi çã o homozig ótica ou com o alelo i determina
na condi çã o homozig ó tica ou com o alelo i determina
na condi çã o homozig ótica determina
➤
➤
➤
ALELO r
é dominante sobre o
SANGUE Rh+
A
➤
➤
sua presen ç a determina
é dominante sobre o
➤
é determinado por
AGLUTININA ANTI-B
➤
➤
➤
➤
nã o tem nas hem ácias
➤
RECEPTORA UNIVERSAL
a pessoa que o possui é chamada de ➤
DOADORA UNIVERSAL
EXEMPLOS DE MAPAS DE CONCEITOS
31
Mapa de conceitos 2 - LIGA
ÇÃ O G ÊNICA
LIGAÇÃO GÊNICA
refere-se à heran ç a de genes de um mesmo par de ocupam o mesmo l ó cus em
➤
ALELOS
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EXEMPLOS DE MAPAS DE CONCEITOS
SEGREGAÇÃO INDEPENDENTE
Mapa de conceitos 3 - HERAN
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EXEMPLOS DE MAPAS DE CONCEITOS
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EXEMPLOS DE MAPAS DE CONCEITOS
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➤
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➤
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➤
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➤
➤
CONSUMIDOR(ES) SECUNDÁRIO(S)
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➤ é o que se alimenta dos
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➤ ➤
PROTOZOÁRIOS
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CONSUMIDOR(ES) TERCIÁRIO(S)
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DECOMPOSITOR(ES)
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é o que se alimenta dos
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SERES AUTOTRÓFICOS
servem de alimento para os ➤
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os principais sã o
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FUNGOS
BACTÉRIAS
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FOTOSSÍNTESE
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EXEMPLOS DE MAPAS DE CONCEITOS
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EXEMPLOS DE MAPAS DE CONCEITOS
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RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES 9. Weismann previu que, na formação dos gametas, deveria ocorrer um tipo diferente de divisão celular, em que o número de cromossomos das células-filhas seria reduzido à metade. 10. Descobriu-se que, durante a formação dos gametas, ocorrem duas divisões celulares sucessivas, após uma única multiplicação GUIA DE ESTUDO cromossômica, de modo que as quatro células-filhas formadas ficam com metade do número de cromossomos existente na Genética é a área da Biologia que estuda a herança biológica, célula srcinal — como Weismann previu que deveria acontecer. ou hereditariedade, que é a transmissão de características de Essas duas divisões são mitoses modificadas e foram denominauma geração à geração seguinte. das meiose (do grego meíosis, diminuição). A hipótese da pangênese, srcinalmente proposta por Hipócrates, 11. Na primeira divisão da meiose, os cromossomos homólogos se admitia que cada órgão ou parte do corpo de um organismo emparelham, formando os bivalentes, ou tétrades. Cada cromosvivo produziria partículas hereditárias chamadas de gêmulas, que somo de um bivalente se prende a fibras de pólos opostos, de modo seriam transmitidas aos descendentes no momento da concepção. Por exemplo, uma pessoa produziria, nos olhos, gêmulas que um dos par,ecom suas duas migra para umcromossomos dos pólos da do célula o outro, para cromátides, o pólo oposto. de olho, nos braços, gêmulas de braço, no fígado, gêmula de Assim, o que se separa na primeira divisão da meiose são os fígado, e assim por diante. Essas gêmulas provenientes de todas cromossomos homólogos e não as cromátides-irmãs, como m euma as partes do corpo migrariam para o sêmen do macho e da fêmitose. Na mitose, cada cromossomo se prende individualmente a mea e seriam passadas para os filhos. O novo ser teria seu corpo fibras de ambos os pólos do fuso, de modo que uma das cromátides elaborado a partir das gêmulas recebidas dos pais, daí advindo migra para um dos pólos e a cromátide-irmã, para o pólo oposto. as semelhanças entre pais e filhos. 12. A resposta deve estar de acordo com a Fig. 1.5. A teoria da pré-formação postulava a existência de um ser préformado no ovo fertilizado; o desenvolvimento consistia apenas Célula-mãe antes em seu crescimento. Os pré-formistas dividiam-se entre os que da duplicação dos admitiam ser o óvulo o portador do ser pré-formado (ovistas) e cromossomos os que afirmavam sua presença no esperma (espermistas). Célula-mãe após a duplicação A teoria da epigênese postulava que o ovo fertilizado contém dos cromossomos um material inicialmente amorfo, com potencial para srcinar um MEIOSE MITOSE novo ser; este se estrutura e se diferencia à medida que o desenvolvimento ocorre. Em 1841 foram observados todos os estágios de transformação Separação dos de células dos testículos em espermatozóides. Pouco tempo cromossomos homólogos depois, demonstrou-se que os espermatozóides de rã entram no óvulo durante a fecundação. CAPÍTULO1
AS ORIGENS DA GENÉTICA 1.
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5.
Separação das
segunda metade do XVII, o médico holandês Regnier 6. Na de Graaf relacionou os século inchaços observados na superfície dos ovários de fêmeas de mamíferos, na época da reprodução, com a formação de elementos reprodutivos. Em 1828, descobriu-se o óvulo no interior do folículo ovariano. A natureza celular dos óvulos foi estabelecida em 1829; em 1861 chegou-se à conclusão de que o óvulo dos animais vertebrados é uma única célula. 7. Cromossomos são os fios finos e longos, com grande afinidade por corantes, que se tornam visíveis no núcleo das células em processo de divisão. Cromátide é cada um dos dois fios que formam cada cromossomo de uma célula em início de divisão e que se separam para constituir os núcleos das células-filhas. Centrômero é a região dos cromossomos onde uma cromátide se une à sua irmã e por meio da qual os cromossomos se unem às fibras do fuso para serem puxados para pólos celulares opostos. Mitose foi o termo usado por Flemming para descrever as alterações no núcleo celular, durante a divisão de uma célula, e que mais tarde se tornou sinônimo de divisão celular. 8. No início da divisão de uma célula os cromossomos se condensam tornando-se progressivamente mais curtos e grossos. Flemming chamou a atenção para o fato de que, nessa fase, eles já estão duplos. Em euma etapa seguinte processo, o limite do núcleo desaparece os cromossomos sedo espalham pelo citoplasma. Eles, então, se deslocam para a região equatorial da célula e se prendem a fibras do fuso. Imediatamente após terem se alinhado na região equatorial da célula, os dois fios que constituem cada cromossomo (cromátides-irmãs) se separam e passam a se deslocar para pólos opostos, puxados por fibras do fuso unidas a seus centrômeros. Ao chegarem aos pólos da célula, os cromossomos se descondensam e formam dois núcleos-filhos idênticos entre si. Enquanto os núcleos-filhos se reestruturam nos pólos da célula ,o citoplasma se divide, dando srcem a duas novas células.
cromátides-irmãs Separação das cromátides-irmãs
A meiose forma 4 células com metade do número de cromossomos da célula-mãe: 4 células n
A mitose forma 2 células com o mesmo número de cromossomos da célula-mãe: 2 células 2 n
QUESTÕES PARA PENSAR E DISCUTIR QUESTÕESOBJETIVAS
13. c
14. a
15. c
QUESTÕESDISCURSIVAS
16. d
17. b
18. Os gametas são a única ligação física entre as gerações e, portanto, devem conter toda a informação hereditária. 19. A meiose reduz o número de cromossomos das células à metade, ou seja, por meio dela células diplóides (2n) srcinam células haplóides (n). Na fecundação, ocorre a fusão de dois gametas, que são células haplóides, reconstituindo a condição diplóide típica da espécie; os biólogos costumam dizer que a fecundação contrabalança a redução cromossômica ocorrida na meiose. RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
39
CAPÍTULO
2
Lei da segregação genética GUIA DE ESTUDO 1. Mendel escolheu como material de estudo a ervilha-de-cheiro Pisum sativum. As principais razões que o levaram a optar por essa esp écie foram:a) facilidade de cultivo;b) existência de variedades facilmente identificáveis por características marcadamente distintas; c) ciclo de vida curto, que permite obter ávrias gerações em pouco tempo;d) descendência fértil ao cruzar variedades diferentes; e) facilidade de realizar polinização artificial. 2. Autofecundação, no caso de plantas, é a fecunda ção dos óvulos de uma planta por seus pr óprios grãos de pólen. As ervilhas são leguminosas e apresentam fruto em forma de vagem (legume). A flor da ervilha é hermafrodita, isto é, possui órgãos reprodutores masculinos e femininos, que ficam encerrados em uma espécie de quilha formada por duas pétalas modificadas e sobrepostas. A quilha impede a polinização por pólen de outras flores; conseq üentemente, os óvulos de uma flor são quase sempre fecundados por seus pr óprios grãos de p ólen, processo denominado autofecunda ção. 3. Para realizar fecunda ção cruzada entre duas plantas de ervilha, é preciso abrir previamente a quilha de algumas flores e cortar suas anteras, o que corresponde a “castrar ” a parte masculina. Quando a parte feminina est á madura, abre-se novamente a quilha e coloca-se, sobre o estigma, p ólen retirado de flores intactas de outra planta. Assim, podem-se cruzar variedades distintas e obter sementes h íbridas. 4. Para Mendel, eram puras as linhagens que, por autofecundação, davam srcem somente a plantas iguais a si. Uma linhagem pura alta, por exemplo, quando autofecundada ou cruzada com outra idêntica a si, s ó produz descendentes altos. Linhagens h íbridas são aquelas que, cruzadas com uma linhagem pura, produzem descendentes de dois tipos. 5. Mendel observou que os indiv íduos híbridos da geração F1 eram sempre iguais a um dos pais. Por exemplo, os h íbridos srcinados do cruzamento de plantas puras altas com plantas puras anãs eram sempre altos e indistingu íveis da planta alta pura. O traço “baixa estatura” aparentemente desaparecia na geração F1. No entanto, a autofecunda ção das plantas h íbridas produzia uma descendência constitu ída por plantas altas e por plantas anãs. Isso levou Mendel a concluir que, nas plantas da gera ção F1, o tra ço de um dos pais ficava “em recesso ”, isto é, encoberto, reaparecendo novamente na gera ção F2. O tra ço que desaparecia nas plantas h íbridas foi chamado de recessivo, enquanto o tra ço que se manifestava foi chamado de dominante. No caso da estatura das plantas, o tra ço alto é dominante e o traço baixo, recessivo. 6. Alguns predecessores de Mendel j á haviam observado que certos tra ços desapareciam em uma gera ção, reaparecendo na geração seguinte. A srcinalidade de Mendel consistiu em estabelecer a rela ção entre as quantidades de plantas que exibiam o traço dominante e as que exibiam o tra ço recessivo, ou seja, a proporção (ou razão) entre os dois tipos de planta da gera ção F2. Essa vis ão matemática, quantitativa, aplicada aos cruzamentos, foi uma das grandes novidades que Mendel introduziu nos estudos gen éticos. 7. O fato de as proporções entre os tra ços dominantes e recessivos serem tão parecidas, em todas as caracter ísticas analisadas, levou Mendel a pensar na exist ência de uma lei geral, responsável pela herança das caracter ísticas em ervilhas.
40
RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
8. Para explicar o desaparecimento do car áter recessivo em F1 e seu reaparecimento em F2, na proporção de 3 dominantes para 1 recessivo, Mendel elaborou uma hip ótese, cujas premissas s ão: a) cada característica hereditária é determinada por fatores, herdados em igual quantidade da mãe e do pai;b) os fatores de cada par separam-se (Mendel utilizou o termo“segregam-se”) quando os indivíduos produzem gametas; se o indiv íduo é puro quanto a determinada caracter ística, todos os gametas que ele forma terão o mesmo fator para aquela caracter ística; se o indiv íduo é híbrido, ele produzirá dois tipos de gameta, em mesma proporção, metade com o fator para um dos tra ços e metade com o fator para o outro. 9. O aspecto essencial da hip ótese proposta por Mendel é a separação dos fatores heredit ários na forma ção dos gametas. Esse princípio ficou conhecido como lei da segrega ção dos fatores, ou primeira lei de Mendel, e pode ser enunciado nos seguintes
termos: os fatores que condicionam uma caracter ística segregam-se (separam-se) na formação dos gametas; estes, portanto, são puros com relação a cada fator . 10. Em 1902, enquanto estudava a forma ção dos gametas em gafanhotos, o norte-americano Walter S. Sutton notou surpreendente semelhan ça entre o comportamento dos cromossomos homólogos, que se separam durante a meiose, e os fatores imaginados por Mendel. Sutton lan çou a hipótese de que os pares de fatores heredit ários estariam localizados em cromossomos homólogos, de tal maneira que sua separa ção na meiose levaria à segrega ção dos fatores. Na mesma época, o pesquisador alemão Boveri lançou também a hipótese de que os fatores hereditários estariam localizados nos cromossomos. 11. Hoje sabemos que os fatores a que Mendel se referiuãso os genes (do gregogenos, que srcina), e que elesrealmente est ão localizados nos cromossomos, como Sutton e Boveri haviam previsto. O par de fatores imaginado por Mendel corresponde ao par de alelos de um gene, localizados em um par de cromossomos hom ólogos. É a separação dos cromossomos hom ólogos na divisão I da meiose o fenômeno responsável pela segregação dos fatores hereditários. A descoberta da lei da segrega ção, chave para a compreensão da herança biológica, ilustra o poder do modo cient ífico de pensar e proceder. Mesmo sem conhecer a na tureza e a localiza ção dos fatores genéticos, Mendel descobriu a lei que rege seu comportamento. Seus sucessores terminaram de montar o quebra-cabeça da segregação quando a Citologia avan çou e permitiu descobrir quem eram e onde se localizavam os fatores gen éticos. 12. A) Os filhos herdam dos pais “instruções genéticas”, os genes, a partir das quais desenvolvem suas caracter ísticas. B) Os genes são transmitidos pelos gametas. C) Cada gameta cont ém um conjunto completo de genes (um genoma), t ípico da esp écie. D) Os genes ocorrem aos pares em cada indiv íduo, pois este se forma pela fusão de dois gametas, um de srcem materna e o outro de srcem paterna. E) As duas vers ões de cada gene, uma recebida do pai e outra da m ãe, são denominadas alelos, e n ão se misturam no filho, separando-se quando este forma gametas. 13. O indivíduo portador de dois alelos iguais de um gene é denominado homozigótico, chamado de puro por Mendel. Se apresentar dois alelos diferentes do gene, o indiv íduo é chamado de heterozigótico (ou híbrido, na terminologia mendeliana). No exemplo da cor da pelagem de coelhos, os indiv íduos das linhagens chinchila pura e albina s ão homozigóticos AA e aa , respectivamente. Os descendentes do cruzamento entre coelhos dessas duas linhagens s ão todos heterozig óticos Aa, com pelagem cinza. Basta um alelo funcional ( A) para produzir pigmentos do p êlo em quantidades normais. 14. O termo herança monogênica, ou monoibridismo, aplica-se a casos em que apenas um par de alelos de um gene est á envolvido na herança da característica. Por exemplo, a herança da característica cor da semente é um caso de monoibridismo.
15. É um diagrama para representar o cruzamento entre dois indiv íduos, na forma de uma tabela com colunas correspondentes aos gametas de um dos sexos e com linhas correspondentes aos gametas do sexo oposto. 16. Os geneticistas usam o termo selvagem para se referir às características apresentadas pelos indiv íduos que vivem na natureza. As caracter ísticas heredit árias que diferem das selvagens e que, em geral, só est ão presentes em popula ções ou linhagens criadas em laborat ório são chamadas de mutantes. Por exemplo, entre as diversas linhagens mutantes de dros ófila, há uma que apresenta apenas rudimentos de asas, caracter ística conhecida como asa vestigiaI.
QUESTÕES PARA PENSAR E DISCUTIR QUESTÕES OBJETIVAS
17 . b 23d .
18 . a 24 . a
1 9. d 2 5. d
2 0. c 2 6. b
21 . d 27. a
22 . c 28 . b
QUESTÕES DISCURSIVAS
29 . a) O alelo que condiciona o car áter semente amarela ( V) é dominante sobre o alelo que condiciona o car áter semente verde (v), ou seja, o alelo para semente amarela se manifesta mesmo na condição heterozigótica ( Vv), enquanto o alelo para semente verde só se manifesta na condi ção homozigótica ( vv). b) Aproximadamente 3 : 1 (6.022 sementes amarelas de um total de 8.023 e 2.001 sementes verdes de um total de 8.023). c) Sim, porque os alelos segregam-se ao acaso na formação dos gametas e também se re únem ao acaso na fecunda ção. 30. Esperaria obter 50% de indivíduos heterozig óticos e 50% de indivíduos homozigóticos (metade com o fen ótipo dominante e metade com o fenótipo recessivo). 31. Serão amarelas as que apresentarem gen ótipos VV (1/4) e Vv (2/4). Portanto, a fra ção de heterozigóticas entre amarelas é 2/3.
CAPÍTULO
3
RELAÇÃO ENTRE GENÓTIPO E FENÓTIPO GUIA DE ESTUDO 1. O termo gen ótipo refere-se à constitui ção genética do indiv íduo, ou seja, aos tipos de alelos que ele possui. Estamos nos referindo ao genótipo quando dizemos, por exemplo, que uma planta de ervilha é homozig ótica dominante para cor dos cotil édones, isto é, possui dois alelos dominantes ( VV ), ou heterozigótica, possui um alelo dominante e um recessivo ( Vv). O termo fen ótipo (do grego pheno, evidente, e typos, característico) é empregado para designar as caracter ísticas apresentadas por um indivíduo, sejam elas morfol ógicas, fisiol ógicas ou comportamentais. Também fazem parte do fenótipo caracter ísticas microsc ópicas e de natureza bioqu ímica, que necessitam de testes especiais para sua identificação, como o tipo sangüíneo ou a seq üência de amino ácidos de uma prote ína. 2. A expressão refere-se ao fato de o fen ótipo ser resultado da interação do genótipo com o ambiente. Consideremos, por exemplo, duas pessoas que tenham os mesmos tipos de alelo para pigmentação da pele; se uma delas toma sol com mais freq üência que a outra, suas tonalidades de pele— fenótipos — serão diferentes. O fenótipo também sofre transformações com o passar do tempo, basta ver como diversas caracter ísticas de uma pessoa, como a cor do cabelo ou a textura da pele, modificam-se com a idade.
3. Cruzamento-teste é um tipo de experimento utilizado para se determinar o genótipo de um indiv íduo de fenótipo dominante. Esse indivíduo é cruzado com um indivíduo de fenótipo recessivo e, portanto, necessariamente homozig ótico. Se no cruzamentoteste forem produzidos descendentes com fen ótipos dominante e recessivo, conclui-se que o genitor testado é heterozigótico. Se, por outro lado, todos os descendentes, em n úmero razoável, tiverem fenótipo dominante, pode-se inferir que o indiv íduo testado é homozigótico. 4. O termo “dominante” leva à idéia equivocada de que um alelo inibe a ação de outro. Em nenhuma situa ção um alelo exerce qualquer tipo de a ção sobre seu par localizado no cromossomo homólogo. As rela ções entre os alelos de um gene s ão decorrentes do modo como seus produtos afetam o funcionamento celular. Na maioria dos casos, os alelos que t êm sua seqüência de bases nitrogenadas alterada n ão se expressam corretamente. 5. Dominância completa é um tipo de relação entre alelos de um gene em que o fen ótipo do indiv íduo heterozigótico é idêntico ao de um dos homozig óticos. Um exemplo é o do gene que determina a cor dos cotil édones da semente da ervilha: as sementes homozig óticas VV e as heterozig óticas Vv são ambas amarelas, enquanto as sementes vv são verdes. Domin ância incompleta é o termo que os geneticistas usam para descrever situações em que o fen ótipo dos indiv íduos heterozigóticos é intermediário, em termos quantitativos, entre os fen ótipos dos dois homozigóticos. Por exemplo, na planta boca-de-le ão, os indivíduos portadores de dois alelos id ênticos (homozigóticos) de um determinado gene apresentam flores vermelhas, os homozigóticos para a outra vers ão desse gene apresentam flores brancas e os heterozig óticos t êm flores cor-de-rosa. 6. Os geneticistas chamam de co-domin ância a situa ção em que dois alelos diferentes de um gene se expressam no indiv íduo heterozigótico, o qual apresenta, por isso, caracter ísticas de ambos os homozig óticos. Um exemplo de alelos co-dominantes é o do gene que determina o sistema MN de grupos sang üíneos na espécie humana. As pessoas homozig óticas AgMAgM apresentam apenas o ant ígeno M na membrana de suas hem ácias e, por isso, pertencem ao grupo sang üí neo M. As pessoas homozigóticas AgNAgN apresentam apenas o antígeno N em suas hemácias e, por isso, pertencem ao grupo sang üíneo N. Já as pessoas heterozig óticas AgMAgN possuem ambos os ant ígenos nas hemácias e, por isso, pertencem ao grupo sang üíneo MN. 7. Pleiotropia refere-se à propriedade de um gene afetar mais de uma caracter ística no indiv íduo. Por exemplo, o gene que condiciona a cor da casca da semente em ervilha é pleiotrópico, determinando tamb ém a cor da flor e a presen ça de mancha na axila das est ípulas. Outro exemplo, na esp écie humana, é o de alelo que causa a s índrome de Marfan. As pessoas portadoras desse alelo dominante apresentam aracnodactilia, que se caracteriza por dedos anormalmente longos, finos e curvos, que lembram pernas de aranha, al ém de outras anomalias ósseas e defeitos nos olhos, no cora ção e nos pulmões. 8. Chamamos de genes letais os alelos que causam a morte prematura do portador , seja em homozigose, letal recessivo, seja em heterozigose, letal dominante. Na esp écie humana a acondroplasia, uma forma de nanismo, é condicionada por um alelo dominante ( D), que interfere com o crescimento dos ossos durante o desenvolvimento. Os raros indiv íduos que apresentam fen ótipo acondropl ásico s ão heterozig óticos ( Dd ), enquanto o restante da popula çã o humana é homozig ótica para o alelo recessivo ( dd ). Nunca foi detectada uma pessoa homozig ótica dominante ( DD), o que levou os cientistas à conclus ão de que o alelo mutante em homozigose tem efeito t ão severo que o portador n ão é viável. Trata-se, portanto, de um alelo letal recessivo. RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
41
9. Denominamos alelos m últiplos às diferentes vers ões (mais do que duas) de um determinado gene. Um exemplo cl ássico de alelos múltiplos é o de um gene envolvido na determinação da cor da pelagem de coelhos. Esse gene possui quatro alelos: C, que determina pelagem castanho-acinzentada (selvagem ou aguti); cch, que determina pelagem cinzento-prateada (chinchila); ch, que determina pelagem branca com extremidades (patas, focinho, orelhas e cauda) escuras (himalaia); c, que condiciona pelagem branca (albina). 10. Chamamos de variação descont ínua a situa ção em que os diversos gen ótipos correspondem a fen ótipos alternativos bem distintos. Por exemplo, no caso da cor dos cotil édones em ervilha, ou eles são amarelos, gen ótipos VV e Vv, ou verdes, genótipo vv. No caso da cor da flor de boca-de-leão também ocorre variao descont podendo as flores seremótico, vermelhas, um dos çã ínua, homozig óticos, brancas, o outro homozig ou cor-de-rosa, o heterozigótico. 11. Norma de reação é a gama de variação fenot ípica que um genótipo pode apresentar. No caso do feij ão-carioca, por exemplo, o genótipo LL, que condiciona a presen ça de listras nas sementes apresenta uma gama de varia ção bem ampla, variando desde sementes totalmente marrons, em que o pigmento recobre toda a casca, at é sementes sem nenhuma mancha. 12. Os bi ólogos chamam de penetr ância a porcentagem de indiv íduos com um dado gen ótipo que expressa o fen ótipo correspondente. Na ervilha, o al elo que condiciona a cor amarela dos cotil édones apresenta penetr ância completa, de 100%, pois todas as sementes que possuem esse alelo t êm cor amarela. No feijão, o alelo que condiciona a presen ça de listras na casca das sementes tem penetr â ncia incompleta de 95%, pois 5% das sementes portadoras desse alelo n ão apresentam listras. Na esp écie humana, o alelo que condiciona a presen ça de dedos extras (polidactilia) apresenta penetr ância incompleta de 64,9%, pois 35,1% dos portadores desse alelo t êm número normal de dedos. 13. A manifesta ção de um gene, isto é, o fenótipo que ele expressa, pode ser definido como sua expressividade. Em muitos casos, o mesmo tipo de alelo expressa-se de maneira diferente em seus portadores; fala-se, nesse caso, em expressividade g ênica variável. No exemplo do feij ão-carioca, por exemplo, vemos que o alelo L, que condiciona fen ótipo variegado, “penetra”, isto é, expressa-se, em 95% de seus portadores. Nestes, o padr ão e a quantidade de faixas varia, mostrando que o alelo L apresenta expressividade vari ável. 14. Aglutininas s ão anticorpos presentes no plasma sang üíneo de certas pessoas, capazes de reagir e se ligar especificamente a determinadas subst âncias, os aglutinog ênios, presentes na membrana das hem á cias. No sistema ABO de grupos sang üíneos est ão envolvidos duas aglutininas, anti-A e anti-B, e dois aglutinog ênios, A e B. 15.
16.
Grupo sangüíneo
Genótipos
Aglutinogênios (nas hemácias)
A
IAIA ou IAi
A
anti-B
B AB
IBIB ou IBi IAIB
B AB
anti-A
O
ii
—
Anti-A e anti-B
Grupo sangüín e o d a p e s s o a
—
Re c e b e d e
Doa pa ra
Ae O
AeAB
B
B O e
B AB e
AB
A,B,ABeO
A
O
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Aglutininas (no plasma)
O
AB A,B,ABeO
RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
17. O grupo O é considerado doador universal, pois suas hem ácias não possuem nenhum dos dois aglutinog ênios e, portanto, n ão são aglutinadas por nenhum tipo de plasma sang üíneo, podendo ser doadas para pessoas de qualquer outro grupo. O grupo AB é considerado receptor universal, pois seu plasma sang üíneo não possui nenhuma das duas aglutininas e, portanto, n ão aglutina nenhum tipo de hem ácia; as pessoas desse grupo podem, portanto, receber sangue de qualquer outro grupo. 18. A determinação dos grupos sang üíneos é feita misturando-se duas gotas de sangue da pessoa com duas solu ções, uma delas contendo aglutinina anti-A e a outra, aglutinina anti-B. Se ocorrer aglutinação apenas com a solu ção anti-A, a pessoa é do grupo A; se as hem ácias aglutinarem apenas com a solu ção anti-B, ela é do grupo B; se houver aglutina ção com ambas as solu ções, ela pertence ao grupo AB; se n ão houver aglutina ção com nenhuma das duas solu ções, a pessoa pertence ao grupo O. 19. Os cientistas acreditam que esses anticorpos s ão produzidos, em resposta a subst âncias antig ênicas semelhantes a eles, presentes em bact érias e outros microrganismos que invadem o trato digest ório durante, ou logo ap ós, o nascimento. 20.
Genótipos
Fenótipos (antígeno nas hemácias)
M
Antígeno M
AgNAgN
Antígeno N
M
Ag Ag M
N
Ag Ag
Antígenos M N e
Grupos sangüíneos M N MN
21. Na década de 1940, Landsteiner e seus colaboradores injetaram hemácias de um pequeno macaco, conhecido como resoMacaca ( mulatta), em coelhos e obtiveram um anticorpo que foi denominado anti-Rh (abreviatura de “anti-rhesus”). Ao testarem esse anticorpo em sangue humano, verificaram que ele provocava aglutinação das hemácias de cerca de 85% das pessoas testadas. Essas pessoas, cujas hem ácias foram aglutinadas pelos anticorpos anti-Rh, foram denominadas Rh positivas (Rh +), para indicar que suas hem ácias t êm um antígeno semelhante ao dos macacos, o fator Rh. As hem ácias de aproximadamente 15% das pessoas testadas n ão reagiram com os anticorpos anti-Rh, e por isso elas foram denominadas Rh negativas (Rh –), para indicar a aus ência do fator Rh em suas hem ácias. 22. A determinação dos grupos sang üíneos no sistema Rh é simples; basta adicionar algumas gotas da solu ção com anticorpos anti-Rh a uma gota do sangue da pessoa em exame; se as hemácias aglutinarem, a pessoa tem sangue Rh +; se não houver aglutinação, o sangue é do tipo Rh–. 23. Os grupos sang üíneos do sistema Rh s ão condicionados por dois alelos (R e r) com dominância completa de R sobre r . Pessoas portadoras de pelo menos um alelo dominante, ou seja, com genótipos RR ou Rr, apresentam o fator Rh em suas hem ácias e têm, portanto, fenótipo Rh+; os homozigóticos recessivos (rr) não têm fator Rh, e apresentam fen ótipo Rh –. 24. Durante a gravidez e, principalmente, na hora do parto, ocorrem rupturas na placenta e passagem de hem ácias da crian ça para a circula ção materna. As hemácias de um feto Rh + estimulam a mãe, Rh-, a produzir anticorpos e a adquirir mem ória imunitária, tornando-se sensibilizada para o fator Rh. Na primeira gravidez, o nível de sensibiliza ção é pequeno, e a quantidade de anticorpos presentes no sangue da m ãe não chega a afetar a criança. Na hora do parto, porém, pode ocorrer forte sensibilização da mãe, que terá conseqüências para gesta ções posteriores. Se uma pr óxima criança gerada for Rh +, anticorpos antiRh ser ão rapidamente produzidos pelas c élulas de memória imunitária da mãe sensibilizada. Eles atravessam a placenta e destroem as hem ácias fetais, processo que continua a ocorrer no recém-nascido. A destrui ção das hemácias causa forte anemia no recém-nascido; al ém disso, ocorre ac úmulo de bilirrubina
no sangue, com icter ícia (pele amarelada). A bilirrubina é produzida no fígado do recém-nascido a partir da hemoglobina liberada pelas hem ácias destru ídas pelos anticorpos anti-Rh. Para compensar a destrui çã o das hem ácias, ocorre libera çã o de eritroblastos (hem ácias imaturas) na circula ção do recém-nascido. Esse conjunto de sintomas caracteriza a doen ça conhecida como eritroblastose fetal, nome que ressalta o fato de haver eritroblastos na circula ção da criança doente. Outro nome desse quadro clínico é doença hemolítica do rec ém-nascido, que dá ênfase ao fato de estar ocorrendo destrui ção de hemácias pelos anticorpos anti-Rh. 25. Probabilidade é a chance de um determinado evento ocorrer, entre dois ou mais eventos poss íveis. Por exemplo, a chance de uma moeda cair com a face “cara” voltada para cima representa um entre dois eventos poss íveis: sair “cara” ou sair “coroa”. Nesse caso, dizemos que a probabilidade de sair “cara”, por exemplo, é 1/2 (uma chance em duas poss íveis) ou 50%, pois espera-se que em metade dos lan çamentos de uma moeda seja obtida a face “cara”. 26. A obtenção de “cara ” no lançamento de uma moeda, o sorteio de um ás de ouro do baralho ou a obten ção de “face 6” no lançamento de um dado s ão eventos aleat órios (do latim alea , sorte). Em cada um dos casos, h á um conjunto de eventos poss íveis, e o evento selecionado ( “cara ”, ás de ouro ou “face 6 ”) tem a mesma chance de ocorrer que qualquer outro evento poss ível naquele conjunto. Por exemplo, a probabilidade de se obter “cara ” no lan çamento de uma moeda é 1/2, pois o conjunto de possibilidades é composto por dois eventos — “cara ” ou “coroa ” — com a mesma chance de ocorrer. A probabilidade de se sortear o ás de ouro em um baralho é 1/52, pois o conjunto de possibilidades é formado por 52 cartas, cada uma com igual chance de ser sorteada. A probabilidade de se obter “face 6 ” ao se lan çar um dado é 1/6, que corresponde a 1 entre seis eventos poss íveis. 27. Eventos independentes s ão aqueles em que a ocorr ência de um deles não afeta a probabilidade de outro evento ocorrer. Por exemplo, obter “cara” ao lançar uma moeda n ão aumenta nem diminui a chance de sair “cara” em um novo lan çamento da mesma moeda, ou de outra moeda qualquer. Assim, o resultado obtido em cada lan çamento de moeda é um evento independente de qualquer outro. 28. A teoria das probabilidades diz que a probabilidade de dois ou mais eventos independentes ocorrerem conjuntamente é igual ao produto das probabilidades deles ocorrerem separadamente. Esse princ ípio é conhecido popularmente como regra do “e”, pois corresponde à pergunta: qual é a probabilidade de ocorrer um evento e outro evento? Se jogarmos uma moeda duas vezes, qual é a probabilidade de obtermos duas vezes aface “cara”, isto é, face “cara” no primeiro lançamento e face “cara” no segundo lançamento? A chance de sair“cara” na primeira jogada é 1/2, e a chance de sair“cara” na segunda jogada também é 1/2. Assim, a probabilidade desses dois eventos ocorrerem conjuntamente é 1/2 1/2 = 1/4. 29. A teoria das probabilidades diz que a ocorr ência de dois eventos que se excluem mutuamente é igual à soma das probabilidades de ocorr ê ncia de cada um dos eventos isoladamente. Esse princ ípio é conhecido popularmente como regra do “ou”, pois corresponde à pergunta: qual é a probabilidade de ocorrer um evento ou outro evento (eventos mutuamente exclusivos)? Por exemplo, a probabilidade de se obter “cara ” ou “coroa ”, no lan çamento de uma moeda, é igual a 1, ou seja, a probabilidade de sair “cara ” somada à probabilidade de sair “coroa” (1/2 + 1/2 = 1). Da mesma forma, a probabilidade de se obter “face 1 ” ou “face 6 ” no lan çamento de um dado é 1/6 + 1/6 = 1/3.
QUESTÕES PARA PENSAR E DISCUTIR QUESTÕES OBJETIVAS
30 . b
3 1. a
33 . a
3 4. d
32. d 35. a
36 . c
3 7. b
38. c
39 . d
4 0. c
41. a
42 . b
4 3. b
44. c
45 . a
4 6. d
47. c
48 . c
4 9. d
50. d
51 . b
5 2. d
QUESTÕES DISCURSIVAS
53. Realizar um cruzamento-teste, ou seja, cruzar esta mosca com uma mosca de asa vestigial e verificar os fen ótipos dos descendentes. O nascimento de moscas com asa vestigial permite concluir que a mosca em quest ão é heterozigótica. Uma prole numerosa constitu ída apenas por moscas de asa longa é um indício de que a mosca é homozigótica. 54. Indivíduos heterozig óticos: 1, 2, 6, 7 e 8. 55. A probabilidade de que o indivíduo 4 seja heterozigótico é de 2/3. 56. A probabilidade é de 2/6 = 1/3 (2/3 de chance de o indiv íduo 4 ser heterozigótico X 1/2 de nascer uma crian ça aa). 57. A probabilidade de que o indivíduo 19 seja heterozigótico é de 2/3. 58. A probabilidadeé de 1/6. O indivíduo 15é Aa, e o indivíduo 21 (A_) tem 2/3 de chance de serAa. Se for este o caso, a probabilidade de gerarem um filhoaa é de 1/4. Portanto, 2/3 X 1/4 = 2/12 = 1/6. 59 . a) É um caso de aus ência de dominância entre as cores vermelha e branca, que d á srcem ao ru ão. b) Sim. Houve segrega ção dos alelos e encontro ao acaso na fecunda ção. 60 . a) Vermelha, ruã e branca. b) 150 vermelhas, 300 ru ãs, 150 brancas. 6 1. a ) Ausência de dominância. b) 1 arredondada : 2 ovaladas : 1 alongada. c) Sim, porque a proporção é semelhante à esperada (1 : 2 : 1). d) Chamando de FR o alelo para a forma arredondada e de FA o alelo para a forma alongada, temos 50% FRFA (ovalada) e 50% FRFR (arredondada). 62 . a) 1. ghgh; 2. Gmgc; 3. gcgb; 4. gcgb; 5. Gmgb; 6. gcgb; 7. gbgb; 8. Gm_; 9. gcgb; 10 gbgb. b) O indivíduo 7 é gbgb. Para que esse cruzamento possa produzir um descendente branco, 8 tem de ser Gmgb, cuja probabilidade é 1/2. Nesse caso, cruzado com 7, tem 1/2 de chance de gerar descendente branco. Assim, 1/2 X 1/2 = 1/4 .c) O indivíduo 7 é gbgb e o indivíduo 5 é Gmgb. A probabilidade de, neste cruzamento, ser produzido um indiv íduo marrom-escuro heterozig ótico é 1/2. Assim, em 12 descendentes, 6 seriam marrons heterozigóticos. 63. Indivíduos que têm ambos os aglutinog ênios nas hemáceas pertencem ao grupo AB. Eles podem receber sangue de indiv íduos A, B, AB e O. Excluindo-se a transfus ão idêntica, ele teria à sua disposi çã o 12 litros de sangue B e 20 litros de sangue O, totalizando 42 litros. 64. Genótipo da mãe: IBi rr; genótipo da crian ça: IAi Rr; genes que a criança recebeu do pai: IAR. O único que pode ser o pai da criança é o indivíduo e), de fenótipo AB, Rh+. 6 5 . a ) 1. IBi; 2. IAi; 3. IB_; 4. ii; 5. ii; 6. IAi; 7. IBi; 8. IBi; 9. IAIB; 10. ii; 11. IAi; 12. IBi; 13. IB_; 14. IAi; 15. IAi. b) Casal 12 X 13 =IBi X IB_. A probabilidade de 13 ser heterozig ótico é 1/2; nesse caso, a chance de ter filho ii é 1/4. Portanto, a probabilidade finalé de 1/2 X 1/4 = 1/8. RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
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CAPÍTULO
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LEI DA SEGREGRAÇÃO INDEPENDENTE DOs GENEs GUIA DE ESTUDO 1. A descendência distribuía-se aproximadamente nas seguintes frações: 9/16 amarelas-lisas; 3/16 amarelas-rugosas; 3/16 verdeslisas; 1/16 verde-rugosa. Em proporção, essas fra ções representam 9 amarelas-lisas : 3 amarelas-rugosas : 3 verdes-lisas : 1 verde-rugosa. 2. Uma planta duplo-heterozigótica VvRr formaria, de acordo com
menos um alelo normal (dominante) do gene para a produção de melanina (A_), sendo homozigóticos para a forma recessiva do gene para a produção de psitacina ( bb), têm cor azul. 9. Esses tipos de crista em galinhas são condicionados por dois pares de alelos, R/r e E/e, que segregam de forma independente e interagem entre si na produção do fenótipo. A interação entre os alelos dominantesR e E resulta em crista noz; entre o alelo dominante R e o recessivoe, resulta em crista rosa; entre o alelo recessivo r e o dominante E, resulta em crista ervilha, e entre os alelos recessivos r e e, resulta em crista simples. 10. Epistasia é o fenômeno em que alelos de um gene inibem a ação de alelos de outro gene, que pode ou n ão estar no mesmo cromossomo. Os alelos que exercem a a ção inibitória são chamados de epist áticos, e os que sofrem a inibi ção são chamados de hipostáticos. Se o alelo epist ático atuar em dose simples, isto
a hipótese da segregação independente, quatro tipos de gameta em igual proporção: 1 VR : 1 Vr : 1 vR : 1 vr.
é, se a presen ça de um único exemplar for suficiente para causar a inibição do hipostático, fala-se em epistasia dominante.
3. A segunda lei de Mendel pode ser enunciada da seguinte forma: os fatores para duas ou mais caracter ísticas segregam-se independentemente no híbrido, distribuindo-se para os gametas, onde se combinam ao acaso.
Se o alelo que determina a epistasia atuar somente em dose dupla, fala-se em epistasia recessiva.
4. Os alelos de um gene segregam-se por estarem situados em cromossomos hom ólogos, nas células precursoras dos gametas. Os homólogos de cada par cromoss ômico s ão srcinalmente provenientes dos gametas materno e paterno. Durante a meiose, homólogos de srcem materna e paterna segregam-se com total independ ê ncia uns dos outros, ou seja, cromossomos homólogos de srcem materna e paterna podem se combinar livremente. Portanto, os genes que se situam em diferentes pares de cromossomos hom ólogos também se segregam independentemente. 5. 27 amarelas-lisas-cinzas : 9 amarelas-lisas-brancas : 9 amarelasrugosas-cinzas : 9 verdes-lisas-cinzas : 3 amarelas-rugosas-brancas : 3 verdes-lisas-brancas : 3 verdes-rugosas-cinzas : 1 verderugosa-branca. 6. Para determinar o número de tipos de gameta formados por um indivíduo em relação a pares de alelos com segrega ção independente, basta aplicar a express ão 2n, em que n representa o número de pares de alelos no gen ótipo que se encontram na condição heterozigótica. a) 2 pares heterozig óticos ( Aa e Bb): 22 = 4 tipos; b) 2 pares heterozig óticos ( Aa e Bb): 22 = 4 tipos; c) um par heterozig ótico ( Ff ): 21 = 2 tipos. 7. Interação gênica é a ação conjunta de dois ou mais genes, localizados ou não no mesmo cromossomo, na determina ção de uma caracter ística. 8. Na determinação das cores b ásicas da plumagem dos periquitos — verde, azul, amarela e branca — estão envolvidos apenas dois genes, A e B, cada um deles com dois alelos, que se segregam independentemente. Periquitos homozig óticos recessivos quanto a esses dois genes ( aabb ) sã o brancos; periquitos homozigóticos recessivos aa, mas que possuem pelo menos um alelo dominante B (aaBB ou aaBb ), são amarelos; periquitos homozigóticos recessivos bb, mas que possuem pelo menos um alelo dominante A ( AAbb ou Aabb), s ão azuis; periquitos que apresentam pelo menos um alelo dominante de cada gene (gen , AABb ounenhum cor verde. Periquitos com AABB AaBb) tdos êm dois ótipo ão têm pigmentos nas penas, aabb, nAaBB sendo, portanto, brancos. Periquitos que apresentam pelo menos um alelo normal (dominante) de cada gene (gen ótipos A_B_) têm os dois pigmentos, apresentando penas verdes; essa cor resulta da mistura do efeito azul, causado pela presen ça de melanina, e do amarelo, causado pela presen ça do pigmento psitacina. Periquitos que apresentam pelo menos um alelo normal (dominante) do gene para a presen ça de psitacina ( B_), sendo homozigóticos para a forma recessiva do gene para produzir melanina (aa), têm cor amarela. Periquitos que apresentam pelo
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RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
11. Nos cães labradores, apenas dois genes condicionam as tr ês pelagens típicas dessa ra ça: preta, chocolate e dourada. Um dos genes determina o tipo de pigmento produzido; o alelo dominante B determina a produ ção de pigmento preto, e o alelo recessivo b determina a produção de pigmento marrom. O outro gene envolvido na determina ção da cor da pelagem dos labradores controla a deposição dos pigmentos nos pêlos; o alelo dominante E condiciona a deposi ção de pigmentos, enquanto o alelo recessivo e n ão condiciona essa deposi ção. Um cachorro homozigótico recessivo ee não tem pigmentos nos p êlos e sua pelagem é dourada. Animais com pelo menos um alelo dominante desse gene, com gen ótipos EE ou Ee , ter ã o p ê los pigmentados, cuja cor depender á do tipo de pigmento produzido. A pelagem ser á preta se o c ão apresentar pelo menos um alelo dominante do gene B (BB ou Bb), ou marrom, se ele for homozigótico recessivo bb. 12. A proporção 9 : 3 : 4 pode ser explicada admitindo-se a exist ência de dois pares de alelos, com segrega ção independente, que controlam a cor da pelagem. Um dos pares, P/p, é responsável pela cor dos p êlos: o alelo P condiciona pelagem aguti, e o alelo p, pelagem pigmentada. Outro par de alelos, A/a, afeta a expressão do gene para cor da pelagem: o alelo A permite a manifesta ção de P e de p, enquanto o alelo a é epistático, isto é, sua presença em homozigose determina a aus ência de pigmentos. Basta que um camundongo tenha o par aa em seu genótipo ( __aa ) para que n ã o haja produ çã o de pigmento. O gene epistático a, portanto, comporta-se como recessivo, da í esse tipo de interação gênica ser conhecida como epistasia recessiva. 13. A cor aguti resulta do fato de os p êlos serem pigmentados com extremidades amarelas, e o alelo P é o responsável por esse traço. Se o camundongo for homozigótico recessivo ( pp), seus pêlos não terão pontas amarelas e a pelagem ser á totalmente preta. A formação de qualquer pigmento no p êlo depende da presença do alelo A, responsável pela produção de uma enzima necess ária para a fabrica ção dos precursores de pigmento. Basta ter um alelo A no genótipo para que a colora ção seja produzida. O alelo recessivo a produz uma enzima alterada, inativa. Assim, se o camundongo for homozig ótico recessivo ( aa), nenhum pigmento será produzido e o animal ser á albino. 14. Em galinhas, o alelo C condiciona plumagem colorida, enquanto o alelo c condiciona plumagem branca. Esses alelos interagem com os alelos de outro par ( I/i) de tal maneira que, para ter plumagem colorida, a ave não pode apresentar o alelo I em seu genótipo. Assim, apenas as aves de gen ótipo C_ii são coloridas. Aves ccii são brancas por n ão apresentarem o alelo para pigmentação (C) e aves C_I_ são brancas porque o alelo I impede a pigmentação. Portanto, o alelo epist ático I atua em dose simples, comportando-se como se fosse dominante. Da í esse tipo
de interação g ênica ser conhecida como epistasia dominante. Quando se cruzam galinhas brancas duplo-heterozig óticas CcIi, a descend ência é constitu ída pela proporção de 13 aves brancas (9/16 C_I_ + 3/16 ccI_ + 1/16 ccii) para 3 aves coloridas (2/16 Ccii +1/16 Ccii).
É justamente esse efeito óptico o respons ável pela predominância do azul na luz refletida por uma íris desprovida de melanina na camada anterior. No caso de a camada anterior da íris conter uma quantidade intermedi ária de melanina, a luz refletida pelo pigmento, de cor marrom-amarelada, combinada com a luz azul produzida pelo efeito Rayleigh, resultar á na cor verde da íris. Assim, uma progressiva diminui ção da quantidade de melanina na camada anterior da íris produz a gradação de cores desde o castanho-escuro at é o verde e, finalmente, na quase aus ência do pigmento, do azul ao cinza. Essa é a explicação para as diversas cores de olhos na esp écie humana.
15. Para ter flor colorida, a planta precisa apresentar ao menos um alelo dominante de cada gene ( A_B_), o que corresponde à fração de 9/16 da descend ência. Conseqüentemente, os gen ótipos aa__, __bb e aabb produzem flores brancas, resultando no total 7/16. Portanto, a descend ência é de 9 coloridas : 7 brancas. 16. Herança quantitativa, ou polig ênica, é aquela em que participam dois ou mais pares de alelos, com ou sem segrega ção independente, sendo que cada alelo “dominante” exerce um efeito cumulativo, contribuindo com uma parcela no fen ótipo. Por exemplo, pessoas em que h á maior número de alelos “dominantes” para altura tendem a ser mais altas que pessoas que apresentam menor n úmero desses alelos.
20. Os cientistas identificaram dois genes envolvidos na determinação da cor dos olhos na esp écie humana: o gene EYCL1, mais conhecido por GEY, no cromossomo 19, e o EYCL3, mais conhecido por BEY, cromossomo 15. O gene GEY (EYCL1) apresenta dois alelosno caracterizados (admite-se que posáj bem sam existir outros); um dominante G ( V), que condiciona cor verde à íris, e outro recessivo ( GA), que condiciona cor azul. A denomina ção GEY deriva do ingl ês green eye color gene . O gene BEY também apresenta dois alelos: um dominanteB(M), que condiciona cor castanha (marrom), e outro recessivo ( BA), que condiciona cor azul. A denomina ção BEY deriva do ingl ês brown eye color gene . Com base na identifica ção desses genes e no estudo de certos padr ões de heran ça da cor dos olhos em algumas famílias, os pesquisadores conclu íram que esses dois genes apresentam intera ção, sendo que o alelo para marrom do BEY ( BM) atua como epist ático dominante sobre o gene G EY. De acordo com esse modelo, a pessoa portadora de pelo menos um alelo BM ter á olhos castanhos. Para ter olhos azuis, a pessoa precisa ser homozigótica recessiva quanto aos dois genes BABA/GAGA. As pessoas ter ão olhos verdes se forem homozigóticas recessivas quanto ao gene BEY e tiverem um alelo para verde do gene GEY ( BABA/GVGA).
17. Nilsson-Ehlen classificou o fen ótipo relativo à cor das sementes de trigo em cinco categorias: vermelho-escuras, vermelhomédias, vermelhas, vermelho-claras e brancas. As propor ções em que cada fenótipo ocorre, no cruzamento entre linhagens duplo-heterozig óticas, é de, respectivamente, 1 : 4 : 6 : 4 : 1. Esses resultados foram explicados admitindo-se que o car áter “cor da semente ” é condicionado por dois genes, cada um com dois alelos ( R1/r1 e R2/r2), que se segregam independentemente. Cada alelo representado pela letra mai úscula contribui para a produção de pigmento vermelho, e seus efeitos se somam. Os alelos representados por letras min úsculas n ão contribuem para a colora ção da semente. Assim, uma semente portadora de quatro alelos para vermelho no gen ó tipo (R1R1R2R2) tem colora ção vermelho-escura, enquanto uma semente sem alelos para vermelho ( r1r1r2r2) não tem pigmento, sendo branca. Sementes portadoras de um, dois e tr ês alelos para pigmentação t êm cores, respectivamente, vermelho-clara, vermelha e vermelho-m édia. 18. O modelo mais simples para explicar a heran ça da cor da pele na espécie humana classifica as pessoas em cinco fen ótipos b ásicos: negro, mulato-escuro, mulato-médio, mulato-claro e branco. Essas cinco classes fenot ípicas seriam controladas por dois genes, cada um com dois alelos ( A/a e B/b). Um dos alelos de cada par seria mais ativo na produ ção de melanina, sendo por isso representado pelas letras mai úsculas A e B ; o outro alelo, menos ativo na produ ção de melanina, é representado pelas letras min úsculas a e b . Negro: AABB; mulato-escuro: AaBB e AABb; mulato-médio: AaBb, AAbb e aaBB; mulato-claro: Aabb e aaBb; branco: aabb. 19. A cor da íris do olho humano varia do cinza e azul-claro ao quase negro, passando pelo verde e por algumas tonalidades de castanho. N ão há pigmentos azuis ou verdes na íris, e as diversas cores de olhos s ão produzidas pela presen ça de diferentes quantidades de melanina, um pigmento marrom-amarelado, e por efeitos ópticos. O olho escuro, por exemplo, resulta do acúmulo de células pigmentadas (ricas em melanina) na camada de tecido da por ção anterior da íris. Essas c élulas absorvem a maior parte da luz incidente, refletindo uma certa quantidade de luz marrom-amarelada. O resultado é a cor castanho-escura da íris. Nos olhos claros, a quantidade de c élulas pigmentadas (melanócitos), na camada anterior da íris, é muito reduzida, e apenas uma parte da luz incidente é refletida como luz marromamarelada pelo pigmento residual. A maior parte da luz incidente atravessa a camada despigmentada da íris, que é um meio túrbido devido à presença de células, partículas e fibras. Quando a luz atravessa um meio t úrbido, com partículas de tamanho comparável ao comprimento de onda dos raios incidentes, os comprimentos de onda mais curtos (luz azul) s ão seletivamente refletidos, fen ômeno conhecido como “dispersão Rayleigh”.
QUESTÕES PARA PENSAR E DISCUTIR QUESTÕES OBJETIVAS
21 . d
2 2 c.
2 3. b
2 4. b
2 5. b
26. d
QUESTÕES DISCURSIVAS
27 . a) 2 tipos; b) 2 tipos; c) 4 tipos; d) Porque os alelos segregam-se independentemente e ao acaso na forma çã o dos gametas (veja abaixo o desenho que mostra os dois caminhos poss í veis da meiose).
Célula
Célula
AaBb
AaBb
Divisão I
Células e ab
Células e Ab
AB
aB
Divisão II
RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
45
28 . a) Diagrama do cruzamento (a seguir).
b) Sim. A proporção obtida entre os descendentes 1 : 1 : 1 : 1 indica que a planta híbrida formou 4 tipos de gametas em iguais proporções, do que se conclui que houve segrega ção independente. c) Serão formados gametas nas seguintes propor ções: BbAa: 25% AB : 25% Ab: 25% aB : 25% ab; bbAa: 50% Ab : 50% ab; BbAa: 50% aB : 50% ab; bbaa: 100% ab. 29 . a) 9 X 16 = 144. b) A fração esperada de indivíduos iguais aos pais, isto é, duplo-heterozigotos ( PpFf) é 1/4 do total. Assim, 1/4 X 144 = 36. 30 . a )Podem ser determinados com certeza os genótipos de 1 (CcVv), de 2 (Ccvv) e de 5 ( ccVv). Os outros s ão: 3 (C_Vv); 4 (C_vv); 6 (C_vv) e 7 (C_Vv). b) O indivíduo 1 é CcVc e o indivíduo 5 é ccVv. Do cruzamento resultam 3/8 com crista e penas pretas ( CcVV, CcVv, CcVv), 3/8 sem crista e penas pretas c( cVV, ccVv, ccVv), 1/8 com crista e penas vermelhas ( Ccvv) e 1/8 sem crista e penas vermelhas (ccvv). 31. a) Cru zame ntoRrEe X RrEe: descendência: 9/16 crista noz (1/16 RREE + 2/16 RrEE + 2/16 RREe + 4/16 RrEe) : 3/16 crista rosa (1/16 RRee + 2/16 Rree) : 3/16 crista ervilha (1/16 rrEE + 2/16 rrEe) : 1/16 crista simples (1/16 rree). CruzamentoRREe X rrEe: descendência: 3/4 crista noz (1/4 RrEE + 2/4 RrEe) : 1/4 crista rosa (1/4 Rree). CruzamentorrEE X RrEe: descend ência: 1/2 crista noz (1/4 RrEE + RrEe) : 1/2 crista ervilha (1/4rrEE + 1/4 rrEe). b) O fato de terem sido produzidos indiv íduos de crista simples (genótipo rree) indica que ambos os pais s ão portadores dos alelos r e e. O tipo parental com crista rosa tem, portanto, genótipo Rree, e aquele com crista ervilha tem gen ótipo rrEe. c) O indivíduo de crista simples é homozigótico recessivo quanto a ambos os pares de alelos: rree. Como entre os descendentes h á indivíduos de crista simples, pode-se concluir que o pai de crista noz é portador dos alelos recessivos r e e, sendo seu gen ótipo, portanto, RrEe. d) O fato de haver entre os descendentes indiv íduos de crista rosa, sabidamente homozig óticos ee, indica que ambos os pais s ão portadores do alelo e. O genótipo do tipo parental de crista ervilha é, portanto, rrEe. O tipo parental de crista rosa pode ser Rree ou RRee, mais provavelmente deste último tipo, pois, entre seus onze descendentes, n ão apareceu nenhum com crista tipo ervilha. Isso seria esperado caso o genótipo do tipo parental de crista rosa fosse Rree. e) O fato de ter sido produzido um indiv íduo de crista tipo simples na prole, portanto de gen ótipo rree, indica que ambos os pais s ão portadores dos alelos r e e, portanto com gen ótipos RrEe. 32 . a ) Todos os descendentes homozigóticos aa serão brancos, pois essa condi ção impede a s íntese de qualquer tipo de pigmento. Os indiv íduos que apresentam pelo menos um alelo dominante A (A_) têm cor creme juntamente com o gen ótipo cc, ou cor vermelha, juntamente com o gen tipo ou . A propor o Cc vermelhos CC ó á: 3/8 çã genotípica entre os descendentes ser (1/8 AACc + 2/8 AaCc) : 3/8 creme (1/8AAcc + 2/8 Aacc) : 2/8 brancos (1/8 aaCc + 1/8 aacc). b) O fato de terem sido produzidas plantas de flores brancas indica que ambos os pais eram heterozig óticos Aa. Um dos pais apresentava flores creme, sendo, portanto, cc; o outro apresentava flores vermelhas, podendo ser Cc ou CC. Caso essa última planta fosse heterozig ótica Cc, deveriam ter sido produzidas na descendência plantas de flores cremecc; como isso não ocorreu, deduz-se que o tipo parental de flores vermelhas era homozig ótico CC.
46
RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
33. A diferença entre as alturas das plantas de gen ótipos extremos é de 160 cm (260 cm – 100 cm). Os quatro pares de fatores t êm efeitos iguais e cumulativos; portanto, cada um dos oito fatores representados por letras mai úsculas adiciona 20 cm à alturabase de 100 cm. O gen ótipo das plantas F 1, resultantes do cruzamento entre as duas linhagens puras, ser á AaBbCcDd, portanto, 180 cm. 3 4. a)Cruzamento AaBBccdd (160 cm) X AabbCcdd (140 cm); descend ê ncia: mais alto ( AABbCcdd ) = 180 cm; mais baixo (aaBbccdd ) = 120 cm. b) Cruzamento aaBBccdd (140 cm) X aaBBccdd (140 cm); descendência: todos aaBBccdd (140 cm). c) Cruzamento AaBbCcDd (180 cm) X AabbCcDd (160 cm); descendência: mais alto AABbCCDD ( ), altura = 240 cm (100 + 7 20); mais baixo (aabbccdd) = 100 cm.d) Cruzamento AABBCcDD (240 cm) X aaBBccDd (160 cm); descend ê ncia: mais alto (AaBBCcDD) = 220 cm; mais baixo ( AaBBccDd) = 180 cm.
CAPÍTULO
5
mAPEAMENTO DOS GENES NOS CROMOSSOMOS GUIA DE ESTUDO 1. Segundo a teoria cromoss ômica da herança, os cromossomos são a base física da hereditariedade; em outras palavras, os genes localizam-se nos cromossomos. 2. As provas cient íficas de que os genes realmente se localizam nos cromossomos foram obtidas durante a d écada de 1910 pelo pesquisador norte-americano Thomas Hunt Morgan e por tr ês de seus estudantes, Alfred H. Sturtevant, Calvin B. Bridges e Herman J. Muller. Em uma s érie de experimentos com a moscado-vinagre Drosophila melanogaster , Morgan e seus colaboradores estabeleceram bases da teoria cromoss micaque da herança, iniciando assim o as desenvolvimento da Gen éôtica, se tornou um importante ramo da Biologia moderna. 3. O termo liga çã o g ênica (tradu çã o do ingl ês linkage ) designa o fato de genes localizados em um mesmo par de cromossomos hom ólogos n ão se segregarem independentemente durante a meiose. 4. A evidência é que os quatro tipos de gameta produzidos por indivíduos duplo-heterozigóticos n ão se encontram na mesma proporção (25% de cada tipo), como esperado pela segunda lei de Mendel. Por exemplo, quando fêmeas selvagens de corpo cinzento-amarelado e asas normais ( PPVV) são cruzadas com machos pretos de asas vestigiais ( ppvv), a geração F1 é inteiramente constitu ída por machos e f êmeas com fen ótipo selvagem (corpo cinzento-amarelado e asas normais). As f êmeas da geração F1, no cruzamento-teste com machos pretos de asas vestigiais (ppvv), produzem quatro tipos de descendente, nas seguintes porcentagens: 41,5% cinzento-amarelados de asas normais; 41,5% pretos de asas vestigiais; 8,5% cinzento-amarelados de asas vestigiais; 8,5% pretos de asas normais. Isso indica que as fêmeas duplo-heterozigóticas produzem quatro tipos de gameta, embora não na mesma propor ção: 41,5% são PV, 41,5% pv, 8,5% Pv e 8,5% pV. O fenótipo dos descendentes é determinado pela constitui ção genética do óvulo, uma vez que o macho, sendo duplo-recessivo, fornece apenas alelos recessivos para os descendentes. Gametas portadores dos alelos P/V e dos alelos p/v ocorrem em porcentagens bem maiores do que gametas portadores dos alelos P/v e p/V. 5. A ligação entre genes localizados em um mesmo cromossomo não é completa porque, durante a meiose, ocorrem quebras e trocas de pedaços entre cromátides de cromossomos homólogos.
Esse fenômeno, conhecido como permuta ção, ou crossing-over, em inglês, leva à formação de um certo n úmero de gametas com novas combinações entre os alelos (gametasrecombinantes), diferentes daquelas existentes nos cromossomos herdados dos pais (gametas parentais). 6. O termo loco g ênico designa o local do cromossomo onde fica um determinado gene. 7. Considerando-se dois genes ligados, como, por exemplo, A/a e B/b, os alelos podem estar arranjados de duas maneiras nos cromossomos: a) cis, se os alelos dominantes A e B situam-se em um cromossomo, e os alelos recessivos a e b situam-se no homólogo correspondente; b) trans, se o alelo dominante A e o alelo recessivo b situam-se em um cromossomo, e o alelo recessivo a e o alelo dominante B situam-se no hom ólogo correspondente. 8. Os geneticistas costumam representar os genes ligados em uma linha horizontal simples ou dupla, como é mostrado a seguir para um arranjo do tipo trans: A
b
A
b
B
14. A unidade usada como medida de dist ância entre genes no cromossomo é a unidade de recombina ção (UR), ou centimorgan (esta última denominação em homenagem a Morgan). Uma unidade de recombinação, ou centimorgan, corresponde à taxa de 1% de recombinantes. Assim, quando se diz que a dist ância entre dois genes (ou entre dois locosêgnicos) é de 17 UR, ou 17 centimorgans, significa que a taxa de recombinantes entre eles é de 17%.
QUESTÕES PARA PENSAR E DISCUTIR QUESTÕES OBJETIVAS
15 . b
16 . d
1 7. e
1 8. c
19 . a
20 . c
2 1. b
2 2. c
QUESTÕES DISCURSIVAS
ou
a
13. Uma vez estimada a dist ância entre genes ligados, a partir da taxa de recombina ção entre eles, pode-se construir um mapa genético do cromossomo, que mostra a distribui ção dos genes e as dist âncias relativas entre eles, estimadas por meio das taxas de recombinação.
a
B
Os arranjos de genes ligados podem ser representados de uma maneira mais simples, separando os alelos por uma barra inclinada: AB/ab para o arrranjo cis e Ab/aB para o arranjo trans. 9. O arranjo dos alelos de dois genes ligados em um indiv íduo duplo-heterozigótico pode ser identificado em um cruzamento-teste. Cruza-se o indivíduo duplo-heterozigótico com um indivíduo duplo-recessivo e analisa-se a descendência. As classes que aparecem em maior quantidade portam as combina ções parentais dos alelos; as que aparecem em menor freq üê ncia s ão as recombinantes. As combina ções parentais correspondem a arranjos dos alelos similaresàs presentes no indivíduo duplo-heterozig ótico. 10. A taxa de permuta ção entre dois locos g ênicos é a soma das porcentagens dos descendentes recombinantes em um cruzamento-teste. Por exemplo, em Drosophila melanogaster , a taxa de permutação entre o gene para corpo cinzento-amarelado/ corpo preto (loco black) e o gene para asa longa/asa vestigial (loco vestigial) é igual a 8,5% + 8,5%, ou seja, 17%. 11. Morgan propôs a seguinte explica ção: se a recombinação entre genes ligadosé realmente conseqüência da permutação entre eles, é de supor que, quanto menor for a dist ância entre dois genes, menor será a probabilidade de ocorrer permutação entre eles e, portanto, menor a taxa de recombinantes. 12. Supondo-se, por exemplo, tr ês pares de alelos A/a, B/b e C/c, situados no mesmo cromossomo e dispostos da forma mostrada a seguir:
23.
Número de indivíduos
Comprimento do pêlo
Tipo de coloração
68
Longo
Malhada
431
Longo
Homog ênea
432
Curto
Malhada
69
Curto
Homog ênea
Vamos chamar de A o alelo para pêlos curtos e de a o que condiciona pêlos longos; de B o alelo condicionante de pelagem malhada e deb o que condiciona pelagem homogênea. Como os coelhos cruzados inicialmente pertenciam a linhagens de fen ótipos definidos, pode-se concluir que eles eram homozig óticos e o cruzamento pode ser esquematizado da seguinte maneira: AABB X aabb
Os F1 eram, portanto, duplo-heterozig óticos AaBb e foram cruzados com duplo-recessivosaabb. Nesse cruzamento são esperados 4 tipos de indivíduos (AaBb, Aabb, aaBb e aabb) correspondentes aos quatro tipos de gameta produzidos pelo duplo-heterozig ótico: Número de indivíduos
Tipos de pelagem Genótipos dos gametas (fenótipos) do duplo-heterozig ótico
68 (aaBb)
Longa – malhada
aB
6,8
431 (aabb)
Longa – homogênea
ab
43,1
432 ( AaBb)
Curta – malhada
AB
43,2
69 ( Aabb)
Curta – homogênea
Ab
6,9
%
A
B
C
a) Apesar de terem sido produzidos quatro tipos de gametas, a proporção não foi de 1 : 1 : 1 : 1, indicando que os dois genes não estão se segregando independentemente, ocorrendo ligação gênica entre eles.
a
b
c
b) A porcentagem de recombina ção é igual à soma das porcentagens das classes recombinantes, ou seja, 6,8 + 6,9 = 13,7%.
Homólogo 1 Homólogo 2
Toda permutação que ocorrer entre os locos A/a e C/c causar á a recombinação dos alelos desses genes. Para haver recombina ção entre os alelosB/b e C/c, a permutação terá de ocorrer exatamente entre esses dois locos. A freq üência de recombina ção entre os genes mais distantes (A/a e C/c) será maior do que entre os genes mais próximos (A/a e B/b ou B/b e C/c), pois toda permuta ção entre os genes pr óximos (A/a e B/b ou B/b e C/c) estará ocorrendo também entre os genes mais distantes ( A/a e C/c), mas o inverso não é verdadeiro. Esse racioc ínio parte do pressuposto de que os genes se distribuem linearmente ao longo dos cromossomos, ocupando posi ções bem definidas. As experi ências confirmaram essa suposi ção em todas as esp écies de seres vivos estudadas, incluindo a esp écie humana.
24 . a ) A fêmea duplo-heterozigótica com configuração trans é Cv/cV produz quatro tipos de gametas, dois parentais ( Cv e cV) e dois recombinantes ( CV e cv). Como a dist â ncia entre os locos corresponde à porcentagem de recombinantes, sabemos que tal fêmea produz 4,75% de gametas CV e 4,75% de gametas cv, sendo as porcentagens dos gametas parentais de 45,25% Cv e 45,25% cV. Assim, em 360 descendentes desse cruzamento espera-se: 17 CV/cv olhos marrom-avermelhados e asas longas 17 cv/cv olhos vermelhos e asas vestigiais 163 Cv/cv olhos marrom-avermelhados e asas vestigiais 163 cV/cv olhos vermelhos e asas longas RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
47
b) As fêmeas selvagens (olhos marrom-avermelhados e asas longas) s ão as de gen ótipo CV/cv e formarão quatro tipos de gameta: dois tipos recombinantes (4,75% Cv e 4,75% cV) e dois tipos parentais (45,25% CV e 45,25% cv). Assim, ao serem cruzadas com machos duplo-recessivos, elas produzir ão: 4,75% Cv/cv olhos marrom-avermelhados e asas vestigiais; cerca de 14 indivíduos em 1.200 (1.200 x 0,0475 = 57) 4,75% cV /cv olhos vermelhos e asas longas; cerca de 14 indivíduos em 1.200 (1.200 x 0,0475 = 57) 45,25% CV/cv olhos marrom-avermelhados e asas longas; cerca de 142 indiv íduos em 1.200 (1.200 x 0,4525 = 543 ) 45,25% cv /cv olhos vermelhos e asas vestigiais; cerca de 142 indivíduos em 1.200 (1.200 x 0,4525 = 543) 25. A proporção diferente de 1 : 1 : 1 : 1 em um cruzamento-teste indica que a segrega ção não está sendo independente, portanto os genes A/a e B/b estão em ligação. No primeiro caso, a fêmea duplo-heterozigótica formou os seguintes gametas na proporção de 9 AB : 9 ab : 1 Aa : 1 aB. Os recombinantes (em menor quantidade) Aa e Bb indicam que os alelos estavam em configuração cis na f êmea: AB/ab. No segundo caso, a f êmea duplo-heterozigótica formou os seguintes gametas na proporção de 1 AB : 1 ab : 9 Aa : 9 aB. Os recombinantes (em menor quantidade) AB e ab indicam que os alelos estavam em configuração trans na fêmea: Ab/aB. Portanto, os resultados nos dois cruzamentos foram diferentes pelo fato de no primeiro os alelos estarem em configura ção cis na f êmea parental e, no segundo, em configura ção trans.
CAPÍTULO
6
HERANÇA E SEXO GUIA DE ESTUDO 1. Em crocodilos e jacar és, em muitas tartarugas e em alguns lagartos, o sexo é determinado pela temperatura em que os ovos são incubados. Nos crocodilos, por exemplo, embri ões que se desenvolvem em temperaturas relativamente baixas s ão sempre do sexo feminino; machos s ó são produzidos se a incuba ção ocorre acima de 30 C. Nas tartarugas marinhas ocorre o inverso, ou seja, s ão as temperaturas mais elevadas que induzem o desenvolvimento de fêmeas. °
2. Na maioria das esp écies animais, o ambiente externo n ão influi na determina çã o do sexo, que é definido pela constitui ção cromossômica dos indivíduos. Nesses casos, a diferen ça entre machos e fêmeas reside, geralmente, em um parde cromossomos, chamados de cromossomos sexuais, ou heterossomos. Os outros cromossomos, que n ão variam entre machos e f êmeas, são chamados de autossomos. 3. Nas esp écies com sistema XY de determina ção do sexo, as f êmeas t êm um par de cromossomos sexuais hom ólogos, enquanto os machos t êm um cromossomo sexual correspondente aos da f êmea e outro tipicamente masculino, sem correspondente no sexo feminino. O cromossomo sexual presente tanto em f ê meas quanto em machos é chamado de cromossomo X. O cromossomo sexual que s ó existe em machos é denominado cromossomo Y. Assim, nesse sistema, as fêmeas portam dois cromossomos X (XX), e machos portam um cromossomo X e um Y (XY). 4. Nos mamíferos, a determina ção do sexo masculino depende de um gene localizado no cromossomo Y, denominado SRY, sigla de sex-determining region Y. A proteína codificada por esse gene induz no embrião a formação dos testículos, aparentemente por ativar outros genes em diversos cromossomos. Em seguida, a testosterona e outras substâncias produzidas nos test ículos passam
48
RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
a atuar, fazendo com que o embri ão desenvolva as características típicas do sexo masculino. Na ausência de cromossomo Y e, portanto, do gene SRY, os embriões se desenvolvem em fêmeas. 5. A determinação do sexo na dros ófila depende da rela ção entre as quantidades de conjuntos autossômicos e de cromossomos X nas células. Se existirem tantos lotes de autossomos quanto de cromossomos X, o fenótipo será feminino; as fêmeas possuem, normalmente, dois conjuntos de autossomos e dois cromossomos X. Se a quantidade de lotes de autossomos for o dobro da quantidade de cromossomos X, o fen ótipo será masculino. O cromossomo Y da dros ó fila porta genes relacionados com a produ çã o dos espermatozóides, mas que não determinam o sexo do indivíduo. Assim, moscas com apenas um cromossomo sexual X, ou seja, sem cromossomo Y, apresentam fen ótipo masculino, mas são estéreis. 6. O sistema XO é essencialmente semelhante ao XY, mas n ão há o cromossomo Y: as fêmeas têm um par de cromossomos hom ólogos XX, enquanto os machos possuem um único cromossomo X. Esses machos t êm, portanto, n úmero ímpar de cromossomos no cariótipo, um a menos que as f êmeas. 7. No sistema ZW de determinação do sexo, machos e fêmeas também diferem entre si quanto a um par de cromossomos, mas são as f êmeas que possuem o par heterom órfico, ou seja, apresentam dois cromossomos sexuais diferentes. O cromossomo sexual presente tanto em f êmeas quanto em machos é chamado de cromossomo Z. O cromossomo sexual que s ó existe nas fêmeas é denominado cromossomo W. Assim, no sistema ZW, os machos s ão ZZ e as fêmeas, ZW. 8. Sexo homogamético é aquele em que se forma apenas um tipo de gameta quanto aos cromossomos sexuais; sexo heterogamético é o que forma dois tipos de gametas quanto ao cromossomo sexual. Nos sistemas XY e XO, o sexo homogam ético é o feminino, pois as f êmeas formam óvulos portadores apenas de um cromossomo X. Os machos XY constituem o sexo heterogamético, formando espermatoz óides com cromossomo X e espermatozóides com cromossomo Y. Da mesma forma, no sistema XO o sexo heterogamético tamb ém é o masculino, pois os machos XO formam espermatoz óides com cromossomo X e espermatozóides sem cromossomo sexual. Nos sistemas ZW, o sexo masculino é o homogamético, pois os machos s ó formam gametas com o cromossomo Z; nesse caso, as f êmeas é que formam dois tipos de gameta, metade com cromossomo Z e metade com cromossomo W. 9. O sistema de determinação do sexo nos insetos himenópteros, como abelhas e formigas,é conhecido como haplóide/diplóide, ou haplodiplóide, pois nesses organismos os machos ãso haplóides (n) e as fêmeas, diplóides (2n). Em abelhas, os machos, chamados de zangões, srcinam-se normalmente de óvulos não-fecundados, fenômeno conhecido como partenogênese. Conseqüentemente, eles são haplóides (n), portadores de apenas um lote de cromossomos, sempre de srcem materna. Os ovos fecundados diplóides (2n) srcinam normalmente f êmeas que poderão se desenvolver em rainhas férteis ou operárias estéreis, dependendo do tipo de alimentação que receberem durante a fase larval. 10. O fato de os cromossomos sexuais n ão apresentarem homologia na maior parte de seu comprimento tem implica ções na maneira pela qual s ão herdados os genes rela ao sexo dos çãodois víduos. Suponha, por exemplo, um em gene com alelos ( Aindie a) localizado no cromossomo X, na regi ão não-homóloga ao Y. A A As fêmeas podem apresentar tr ês tipos de gen ótipo: X X , XAXa e XaXa, mas os machos s ó apresentar ão uma versão desse gene, podendo ser X AY ou XaY. Por isso, em relação aos genes localizados no cromossomo X, na regi ão n ão-homóloga ao Y, os machos s ão chamados de hemizigóticos, pois t êm apenas uma versão de cada um deles, metade do que possuem as f êmeas. As mesmas conclus ões são válidas para os sistemas de determinação do sexo tipo XX/XO e ZZ/ZW.
11. Genes localizados no cromossomo X (ou Z) que n ão t êm alelo correspondente no cromossomo Y (ou W) seguem o que se denomina herança ligada ao cromossomo sexual (X ou Z). Os genes localizados nos autossomos seguem o padr ão de herança denominado herança autoss ômica. O padrão de herança ligada ao cromossomo sexual X caracteriza-se pelo fato de os filhos do sexo masculino herdarem seus genes do cromossomo X apenas de sua m ãe, enquanto as filhas herdam metade deles da m ãe e metade do pai. Este, por sua vez, s ó transmite seus genes localizados no cromossomo X às suas filhas. 12.
M u l h e re s
rística muito mais comum em homens do que em mulheres. O padrão de herança da calvície pode ser explicado por um alelo autossômico, que se comporta como dominante no homem — basta ter um deles para ser calvo — e recessivo na mulher, pois somente mulheres homozig óticas para o gene s ão calvas. Essa diferença de comportamento do gene é determinada pelo ambiente hormonal do corpo da pessoa: o alelo C s ó atua como dominante na presen ça de hormônios masculinos.
QUESTÕES PARA PENSAR E DISCUTIR
Ho m e n s G e nót i p o s
F e nótipos
QUESTÕES OBJETIVAS
Genót i p o s
F e nót i p o s
XD XD
Normal
XYD
Normal
20d .
21 . a
22 . b
2 3. a
2 4. c
25 . d
XD Xd
Normal
XYd
Dalt ônico
26d .
27 . d
28 . a
2 9. c
3 0. d
31 . c
Xd Xd
Daltônica
13. A hemofilia A é uma doença hereditária ligada ao cromossomo X, em que há uma falha no sistema de coagula ção do sangue por deficiência do fator VIII de coagula ção; a pessoa hemof ílica pode ter hemorragias abundantes mesmo em pequenos ferimentos. O alelo normal do gene ( H) produz fator VIII funcional e atua como dominante, condicionando fen ótipo n ãohemofílico; o alelo mutante ( h), recessivo, condiciona aus ência do fator VIII, sendo respons ável pela hemofilia. Homens de genótipo XhY e mulheres de gen ótipo XhXh são hemofílicos; homens de genótipo XHY e mulheres de genótipos X HXH e XHXh são, em geral, normais quanto a essa caracter ística. A transmissão hereditária da hemofilia segue o padrão t ípico de herança ligada ao cromossomo X. 14. No decorrer do desenvolvimento embrion ário das f êmeas de mamíferos, um de seus cromossomos X é inativado, em cada uma das células do organismo. O cromossomo X inativo tornase extremamente condensado e assume o aspecto de um pequeno grânulo no núcleo das c élulas em interfase. Esse gr ânulo, facilmente observado em prepara ções de células tratadas com corantes para n úcleo, recebe o nome de cromatina sexual. 15. Os cientistas admitem que a condensa ção de um dos cromossomos X das f êmeas seja uma estrat égia para inativar os genes nele contidos, igualando assim a quantidade de genes ativos em fêmeas e em machos. Esse mecanismo, conhecido por compensa ção de dose, compensaria a dose dupla de genes do cromossomo X das f êmeas em relação à dose simples desses genes nos machos. Essa id éia foi proposta srcinalmente pela pesquisadora inglesa Mary Lyon em 1961, sendo tamb ém conhecida como hip ótese de Lyon.
QUESTÕES DISCURSIVAS
32. Em F 2 apenas os machos apresentaram o fen ótipo recessivo, o que indica o alelo recessivo em hemizigose (dose simples). O sexo heterogam ético é o masculino. 33. Uma criança do sexo masculino tem o cromossomo Y vindo de seu pai, que, por sua vez, herdou-o de seu pai (av ô paterno da criança). A probabilidade de que seu cromossomo Y ve nha de seu avô paterno é 1 (100%). O cromossomo X veio da m ãe da criança, que recebeu um dos cromossomos X de sua m ãe (avó materna) e outro de seu pai (avô materno). A chance de transmitir o X da avó materna é, portanto, 1/2. Combinando as probabilidades, temos 1/2 (probabilidade de o X vir da av ó materna) X 1 (probabilidade de o Y vir do avô paterno) = 1/2. 34 . a ) Geração P: macho hemof ílico (XhY) X fêmea normal (XHXH); descendência: 1/2 f êmeas normais ( XHXh) : 1/2 machos normais (XHY). b) Geração P: macho normal (XHY) X fêmea normal portadora (XHXh); descendência: 1/4 fêmeas normais ( XHXH) : 1/4 fêmeas normais ( XHXh) : 1/4 machos normais ( XHY) : 1/4 machos hemofílicos ( XhY). 35 . nos a) Aum mãalelo e da X mulher tinha vis ãoànormal, pelo meD , que transmitiu filha; seupois genportava ótipo poderia ser XDXD ou X DXd. A m ãe do homem portava pelo menos um X d, D d d d que transmitiu ao filho; seu gen ótipo poderia ser X X ou X X . b) A probabilidade de que qualquer filho homem do casal, inclusive o primeiro, seja dalt ônico é de 1/2 ou 50%. c) Das filhas do casal, 50% X DXd (normais) e 50% XdXd (daltônicas). d) Dos filhos (homens e mulheres) do casal, 50% ser ão normais (25% homens e 25% mulheres). 36. Genótipos da mulher e de seu marido (a seguir). X
d
H
d
H
X Homem 16. Em gatos, a pelagem preta e a pelagem amarelaãso condicionaMulher X X Y D h das por alelos de um gene localizado no cromossomo X. Como os a) Admitindo-se 20% de permuta ção, a mulher formará quatro machos têm somente um cromossomo X, eles nunca êtm essas duas cores simultaneamente, pois apresentam apenas um ou outro tipos de gametas com as seguintes freq üências: 0,40 dH, 0,40 Dh; alelo. As fêmeas heterozigóticas são geralmente malhadas, com 0,10 dh e 0,10 DH. O homem formar á dois tipos de gametas: partes do corpo pretas e partes amarelas. A explica ção para esse 0,50 dH e 0,50 Y. Portanto, 10% dos homens ( DH ) e 50% das fato é que, nas regiões pretas, o cromossomo X inativadoé o mulheres (Dh/dh e DH/dH) ser ão normais para ambas as caracportador do alelo para amarelo, enquanto, nas regi terísticas, ou seja, 30% da prole. b) 0,10, ou 10%/(dh). ões amarelas, o cromossomo X inativadoé o portador do alelo para cor preta. 37 . a ) 100% de asas curtas. b) 100% das f êmeas com asas longas 17. Genes localizados no cromossomo Y s ão denominados genes e 100% dos machos com asas curtas. c) 100% com asas lon-
holândricos porque s ó ocorrem no sexo masculino. Um exemplo é o gene SRY, responsável pela determina ção do sexo masculino em mamíferos. 18. Genes com express ão limitada ao sexo s ão aqueles que, apesar de estarem presentes em ambos os sexos, s ó se expressam em um deles. Um exemplo é o dos genes envolvidos na produ ção de leite dos mam íferos, que s ó se expressam nas f êmeas. 19. São genes que se expressam de modos diversos em indiv íduos de sexos diferentes. Um exemplo desse tipo de gene na esp écie humana é o que condiciona a calv ície hereditária, uma caracte-
gas. d) 100% das f êmeas com asas longas; 50% dos machos com asas longas e 50% com asas curtas. e) 50% de fêmeas com asas longas e 50% com asas curtas; 50% de machos com asas longas e 50% com asas curtas. 38. Entre os machos, todos ter ão penas barradas e crista rosa. Entre as fêmeas, todas ter ão penas uniformes e crista rosa. 39. a) Será 25% ou 1/4 (1/2 de probabilidade de a mulher ser portadora X 1/2 de probabilidade de um filho ser afetado).b) Será 25% ou 1/4 (1/2 de probabilidade de a mãe da mulher ser portadora X 1/2 de probabilidade de a mulher ter recebido o gene da m ãe). RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
49
CAPÍTULO
7
DO GENÓTIPO AO FENÓTIPO: COMO SE EXPRESSAM OS GENES GUIA DE ESTUDO 1. Nas últimas cinco d écadas, os progressos no estudo do DNA foram enormes: determinou-se sua estrutura molecular; o c ódigo genético foi desvendado; descobriu-se como as informa ções codificadas no DNA s ão traduzidas em mensagens que controlam o funcionamento celular. Além disso, t écnicas sofisticadas de análise e de manipulação de moléculas de DNA foram desenvolvidas, levando à criação de novos campos de pesquisa e de novas tecnologias. O estopim dessa revolu ção nos conhecimentos genéticos foi a publica ção, em 1953, do modelo de duplahélice do DNA, pelos pesquisadores James Watson e Francis Crick. 2. O DNA foi descoberto por Friedrich Miescher, no final da édcada de 1860. Em um de seus experimentos, Miescher obteve, a partir de células do pus, um precipitado que diferia quimicamente de todas as subst âncias prot éicas conhecidas. Ele descobriu que a nova subst ância se concentrava no n úcleo celular, na época considerado uma estrutura de pouca import ância para o funcionamento da c élula. A análise química mostrou que as quantidades relativas dos elementos hidrog ênio (H), carbono (C), oxigênio (O) e nitrogênio (N) presentes na nova subst ância diferiam das encontradas nas prote ínas; além disso, ela continha o elemento fósforo (P), ausente nas prote ínas. Convencido de que havia realmente descoberto uma nova subst ância, Miescher denominou-a nucle ína, pelo fato de estar concentrada no n úcleo das células. 3. A interpreta ção das figuras obtidas pela t écnica de difra ção de raios X, realizada pela pesquisadora Rosalind Franklin no laboratório de H. F. Wilkins, permitiu concluir que a mol écula de DNA tem estrutura helicoidal (semelhan te a uma mola espiral com 2 nm, 0,000002 mm, ou 2 milion ésimos de mm) de espessura. 4. No DNA, a quantidade de timinaé igual à de adenina, e a quantidade de citosina é igual à de guanina porque as duas cadeias polinucleotídicas são rigorosamente complementares: se houver um nucleotídio com adenina em uma das cadeias, haver á na outra cadeia, na mesma posição, um nucleotídio com timina. Da mesma forma, se houver um nucleotídio com citosina em uma das cadeias, haverá um com guanina na cadeia complementar. 5. O modelo da dupla-hélice de Watson e Crick foi prontamente aceito pela comunidade cient ífica porque explicava pelo menos três caracter ísticas fundamentais do material gen ético: a capacidade de duplica ção; a capacidade de conter informações para a produção de prote ínas; a capacidade de sofrer muta ção. 6. Os pneumococos podem apresentar-se em forma capsulada, em que as células são envoltas por uma camada de muco (c ápsula), ou desprovidos de c ápsula, em que as c élulas não apresentam o envoltório mucoso. Bact érias capsuladas s ão patogênicas, isto é, causam pneumonia em animais; as bact érias sem cápsula não causam a doen ça. A presença de cápsula é hereditária; bactérias capsuladas, quando se reproduzem, srcinam bact érias-filhas capsuladas, enquanto bact érias sem cápsula, ao se reproduzirem, srcinam bact érias-filhas idênticas a si, sem c ápsula. Com o objetivo de verificar se era a c ápsula o fator desencadeante da pneumonia, o pesquisador Griffith injetou em camundongos bactérias capsuladas previamente mortas pelo calor. Os animais continuaram saud áveis, o que o levou a concluir que as bact érias capsuladas tinham de estar vivas para causar a doen ça. Ele,
50
RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
ent ão, injetou em camundongos uma mistura de bact érias capsuladas mortas pelo calor e bact érias sem c ápsula vivas. Os animais que haviam recebido inje ção da mistura morreram de pneumonia e em seu sangue havia bact érias capsuladas vivas. Griffith concluiu que bactérias vivas sem c ápsula haviam se transformado em bactérias encapsuladas devido a algum tipo de influência das bact érias capsuladas mortas e chamou o fen ômeno de transforma ção bacteriana. 7. Avery e seus colaboradores isolaram um extrato de bact éria com cápsula com alto poder transformante e o trataram com amilase (enzima que degrada polissacar ídios), com proteases (enzimas que degradam prote ínas) e com ribonucleases (enzimas que degradam RNA); constataram que esses tratamentos n ão afetavam o poder do extrato de transformar bact érias sem c ápsula em bact érias capsuladas. No entanto, quando o extrato foi tratado com desoxirribonuclease, enzima que degrada DNA, ele perdeu completamente o poder de transformar bact érias sem c ápsula em bact érias capsuladas. Assim, os pesquisadores chegaram à conclus ã o de que a subst â ncia transformante era o DNA. 8. Eles marcaram o DNA de alguns fagos com f ósforo radioativo e o de outros com enxofre radioativo e, em seguida, infectaram bactérias com cada um dos fagos marcados radioativamente. Foi possível verificar, então, que o fósforo radioativo incorporado nos fagos era transferido para as bact érias infectadas e que a radioatividade aparecia posteriormente na prog ênie de fagos produzida pela lise bacteriana. A radioatividade devida ao enxofre tinha um destino diferente, ela n ão penetrava na bact éria infectada e n ão aparecia na progênie produzida. Esses resultados permitiram concluir que apenas o DNA do fago penetra na bactéria por ocasião de infecção e que, a partir dele, é produzida toda uma geração de fagos com DNA e proteínas típicos da espécie de fago utilizada. Portanto, a fonte das informa ções hereditárias é o DNA, pois a partir dele pode ser formado tanto DNA quanto proteínas virais. 9. O primeiro pesquisador a sugerir que os genes atuavam por meio de enzimas foi o médico inglês Archibald E. Garrod, que propôs essa hip ótese para explicar a enfermidade conhecida como alcaptonúria no começo do século XX, quando ainda se sabia muito pouco sobre genes e enzimas. Garrod havia examinado uma criança portadora de alcapton úria e o fato de os pais de seu paciente serem primos em primeiro grau levou-o a pensar que a enfermidade podia ser heredit ária. Em 1902, após estudar, juntamente com Bateson, a genealogia de outros alcaptonúricos, Garrod concluiu que a doen ça devia ser condicionada por um alelo recessivo. 10. A fenilcetonúria é uma doença hereditária causada por um alelo recessivo de um gene localizado no cromossomo 12 humano. O alelo normal desse gene codifica uma enzima que catalisa a reação qu ímica de transforma ção da fenilalanina em tirosina. No caso de essa enzima estar ausente, ou seja, se a pessoa for homozigótica para o alelo alterado do gene, as c élulas não conseguem transformar fenilalanina em tirosina. Nessas pessoas, denominadas fenilceton úricas, a fenilalanina n ão utilizada na s íntese das prote ínas acumula-se no sangue e é convertida em outras subst âncias, como ácido fenil-pirúvico, ácido fenil-l ático e fenil-acetil-glutamina. Algumas dessas subst âncias s ão tóxicas e causam les ões cerebrais; por isso, os fenilceton úricos n ão tratados adequadamente tornam-se deficientes mentais. Isso pode ser evitado se a defici ência for detectada precocemente. Por essa raz ão, em muitos pa íses, entre eles o Brasil, é obrigat ório submeter os rec é m-nascidos a exame laboratorial (o chamado “teste do pezinho ”) para identificar os afetados. Uma vez diagnosticada a doen ça, a pessoa deve ter uma dieta que contenha apenas o m ínimo de fenilalanina requerido pelo organismo.
11. O termo albinismo refere-se a um conjunto de condi ções hereditárias que leva certas pessoas a ter pouca ou nenhuma pigmentação nas estruturas de srcem epid érmicas. O albinismo tipo 1 é condicionado por um alelo recessivo de um gene localizado no cromossomo 11 humano, que codifica a enzima tirosinase, a qual atua na transformação de tirosina em melanina. Os homozig óticos recessivos para o alelo mutante desse gene apresentam aus ência completa do pigmento melanina na pele, nos olhos, pêlos e cabelos. 12. Beadle e Tatum imaginaram que, para produzir todos os seus componentes, as c élulas do fungo deveriam realizar milhares de reações químicas, cada uma delas catalisada por uma enzima específica. Se a hip ótese de que cada enzima é codificada por um gene específico estivesse correta, para cada rea ção metabólica deveria haver um gene correspondente, respons ável pela produção da enzima catalisadora específica. Sendo a neuróspora um organismo haplóide, o mutante para um gene essencial n ão sobreviveria, a menos que a subst ância cuja s íntese era controlada por ele fosse fornecida ao organismo como alimento. 13. Em uma primeira etapa, Beadle e Tatum irradiaram esporos com raios X para aumentar a freq üência de muta ção dos genes. Os esporos irradiados eram colocados separadamente em tubos de ensaio que continham diferentes meios de cultura. Para selecionar um mutante incapaz de produzir o amino ácido arginina, por exemplo, bastava suplementar o meio m ínimo com arginina: os fungos mutantes absorviam essa substância do meio e sobreviviam à sua deficiência genética. Para diferenciar um fungo selvagem, em que o gene para sintetizar argininaé funcional (arg+), de um fungo mutante, portador de um alelo defeituosoarg ( –), eles retiravam uma pequena amostra de cada fungo cultivado no meio suplementado e transferiam-na para meio m ínimo. Os fungos que se desenvolviam tamb ém em meio m ínimo eram, com certeza, selvagens ( arg+); os que não sobreviviam no meio m ínimo eram mutantes, no caso, incapazes de produzir arginina ( arg–).
nitrogenadas, denominada seqüência de término de transcrição, que determina o desligamento da polimerase do RNA da mol écula-molde de DNA, completando o processo. 18. A transcri ção de um RNA tem in ício quando uma polimerase do RNA se encaixa na regi ão promotora e separa, nesse local, as duas cadeias da mol écula de DNA. A enzima passa, ent ão, a orientar o encaixe de ribonucleot ídios (nucleotídios do RNA, cuja pentose é a ribose) às bases de uma das cadeias do DNA, unindo-os entre si à medida que os ordena na cadeia de modeloDNA. Ao atingir a seq üência sinalizadora de t érmino de transcrição, a polimerase solta-se do DNA e a transcri ção termina. Dessa forma, a polimerase do RNA percorre o segmento de DNA e copia uma de suas cadeias em uma mol écula de RNA, cuja seqüência de bases nitrogenadas é rigorosamente complementar à da cadeia de DNA que serviu de molde. 19. Em bactérias, a molécula de RNAm transcrita cont ém, em geral, instrução para a síntese de mais de uma cadeia polipept ídica; corresponde, portanto, a mais de um gene. Por exemplo, em Escherichia coli , os genes que codificam as enzimas betagalactosidase, galactosídio-permease e acetilase são transcritos em uma única molécula de RNA mensageiro. Os ribossomos traduzem as regiões desse RNA mensageiro, correspondentes a cada um dos genes, de modo independente e geramêtr s polipeptídios diferentes, que constituem as três enzimas. Nos organismos eucarióticos, a regra é cada RNA mensageiro conter instru ção para um único tipo de polipeptídio, correspondendo, portanto, a um único gene.
20. Em bactérias, a seq üência de amino ácidos de um polipept ídio corresponde exatamente à seqüência de bases do segmento de DNA que foi transcrito para o RNAm. Os cientistas costumam dizer, por isso, que em bactérias há colinearidade entre as cadeias polipeptídicas e os segmentos de DNA que as codificam. Nos organismos eucari óticos a situa ção é diferente; a maioria das cadeias polipept ídicas n ão é perfeitamente colinear à seqüência de bases do DNA que as codifica. A raz ão disso é que a 14. Segundo essa teoria, os genes atuam por meio do controle da ín- s instrução para a síntese de prote ínas nos genes eucari óticos n ão tese dos polipeptídios; uma vez que uma prote ína pode ser formaé contínua como nos genes bacterianos; a instru ção genética da por dois ou mais deles, ela pode ser codificada por mais de um eucariótica é geralmente interrompida por trechos da mol écula gene. A hemoglobina humana, por exemplo, é uma proteína forque não codificam aminoácidos. mada por quatro cadeias de dois tipos de polipept ídios, alfa e beta. 21. Em uma unidade de transcrição de organismos eucarióticos há Os dois locos g ê nicos respons á veis pela produ çã o desses segmentos da molécula de DNA que serão traduzidos em seqüênpolipeptídios localizam-se em cromossomos humanos diferentes. cias de amino cidos e segmentos intercalares, que n o ser o tra-
á
15. O DNA constituinte dos genes n ão atua diretamente na s íntese das proteínas, mas por meio de mol éculas mensageiras de RNA. As instru ções codificadas nas seq üências de bases nitrogenadas do DNA constituinte dos genes s ão transcritas em mol éculas de RNA e, destas, traduzidas nas seq üências de amino ácidos dos polipeptídios que constituem as prote ínas. 16. Três tipos básicos de RNA participam diretamente da ísntese das proteínas nas células de todos os seres vivos: RNA ribossômico (RNAr), RNA transportador (RNAt) e RNA mensageiro (RNAm). Os RNAr constituem, juntamente com certasproteínas, minúsculos grânulos denominados ribossomos, capazes de unir os aminoácidos e formar as cadeias polipeptídicas que constituem as proteínas. Os RNAt têm por função capturar aminoácidos livres na célula, levando-os até os ribossomos, onde eles se unem para formar a molécula polipeptídica. Os RNAm são cópias dos genes codificadores de proteínas e contêm em sua seqüência de bases nitrogenadas as instruções sobre a ordem em que os aminoácidos devem unir-se para produzir determinado polipeptídio. 17. Unidade de transcrição pode ser definida como um segmento de DNA que é transcrito de forma cont ínua para uma mol écula de RNA. Esse segmento de DNA caracteriza-se por apresentar uma seqüência especial de bases nitrogenadas, a regi ão promotora (ou apenas promotor), na qual se encaixa a enzima polimerase do RNA, responsável pela transcrição. O término da unidade de transcrição é definido por uma outra seq üência especial de bases
ã
ã
duzidos. Em 1978, o geneticistaWalter Gilbert propôs os termos:
exon para designar as regiões de um gene que são traduzidas em seqüências de aminoácidos, e intron para designar as regiões de um gene não traduzidas, localizadas entre os exons. 22. A polimerase do RNA ao percorrer uma unidade de transcri ção eucariótica, transcreve tanto regiões dos exons quanto dosintrons, gerando uma molécula de RNA chamada de RNA pré-mensageiro (ou RNA heterogêneo, devido ao seu grande tamanho). Ainda dentro do núcleo, a molécula de RNA recém-sintetizada passa por uma série de modificações químicas até ser transformada no RNA mensageiro que irá para o citoplasma reger a síntese da proteína. Entre as modificações pelas quais passa o RNA pré-mensageiro, a mais notável é a retirada dos introns, ou seja, das porções que não codificarão aminoácidos na proteína a ser produzida. O processo de remoção dos introns de uma molécula de RNA prémensageiro recebeu a denominação, em inglês, de splicing, termo que poderia ser traduzido por“corte e emenda”. 23. Os cientistas descobriram que uma mesma mol écula de pré-RNA mensageiro pode sofrer tipos diferentes de splicing em tipos celulares diferentes. Em outras palavras, em diferentes tipos de células pode haver elimina ção de diferentes tipos de segmentos de um mesmo pré-RNA mensageiro, de modo que o RNAm originado por uma mesma unidade de transcri ção pode ser montado de diferentes maneiras, dependendo do tipo de c élula. Esse fenômeno é chamado de splicing alternativo. RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
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QUESTÕES PARA PENSAR E DISCUTIR QUESTÕES OBJETIVAS
24. c
25 . d
2 6. b
2 7. a
28. c
29 . c
30. b
31 . c
3 2. c
3 3. c
34. a
35 . a
36. d
37 . a
3 8. c
3 9. c
QUESTÕES DISCURSIVAS
40. Basta um alelo normal para que ocorra a produ ção correta da enzima tirosinase, que transforma tirosina em melanina; assim, apenas os homozigóticos recessivos s ão incapazes de realizar a reação e não conseguem produzir o pigmento. 41. Todos os mutantes necessitam de arginina para sobreviver, pois esse é um aminoácido que entra na composição de praticamente todas as proteínas. Se o mutante I é capaz de sobreviver em um meio mínimo suplementado apenas com citrulina,é porque ele consegue transformar essa substância em arginina, do que se conclui que ele possui a versão normal do gene C, que catalisa a reação 3. Como ele não consegue viver em meio suplementado apenas com ornitinaé porque ele não consegue transformar essa substância em citrulina, podendo-se concluir que eleé portador da mutação b. O mesmo raciocínio permite concluir que o mutante II é capaz de realizar as reações 2 e 3; logo, ele possui as versões normais dos genesB e C; mas como não consegue realizar a reação 1, é portador da mutação a. O mutante III só consegue sobreviver em meio que seja suplementado com arginina; portanto, seu defeito genético deve afetar a reação 3 de síntese desse composto; por isso, conclui-se que eleé portador da mutação c.
3. Uma maneira de propagar assexuadamente variedades deplantas de interesse é a enxertia (de enxertar, do latiminsertare, inserir, introduzir), que consiste em implantar parte de uma planta viva em outra. Essa técnica tem sido muito empregada na disseminação de plantas frutíferas, como laranjas, uvas, abacates, maçãs etc. Outra maneira de fazer essapropagação é por meio da cultura de tecidos vegetais, que consiste em retirar uma pequena porção de tecido vivo de uma planta e cultivá-la em um meio nutritivo, suplementado com hormônios e fatores de crescimento. Nessas condições, células vegetais retomam a capacidade dese dividir e podem srcinar uma plantacompleta, geneticamente id êntica à planta-mãe. Essa técnica tem sido empregada com sucesso naprodução em larga escala de plantas como orquídeas e violetas. A vantagem é que se podem produzir milhares de plantas id ênticas a partir da cultura de células de uma única planta. 4. Nos animais e nas plantas di óicas, os descendentes de uns poucos indivíduos escolhidos s ão cruzados entre si por v árias gerações, o que se denomina endogamia. A descend ência que resulta da endogamia é mais homogênea do que aquela proveniente de cruzamentos livres. Os filhos dos cruzamentos endog âmicos tendem a ser mais semelhantes aos pais e a apresentar maior número de genes na condi ção homozigótica. Dessa forma, um determinado genótipo de interesse pode ser propagado por reprodução sexuada com pouca modifica ção ao longo das gerações. As ra ças puras, das quais muito se ouve falar, s ão linhagens altamente homozig óticas que produzem indiv íduos com as mesmas caracter ísticas fenot ípicas gera ção após gera ção. Os indivíduos dessas ra ças são semelhantes entre si porque possuem genótipos semelhantes, homozigóticos para diversos genes.
42. Não, pois os genes eucari óticos apresentam introns que devem ser eliminados do RNA transcrito antes de ele ser traduzido pela célula, e as bactérias não possuem o sistema para realizar o splicing. Assim, os RNA transcritos do DNA humano implantado seriam traduzidos com seus introns (dois, no caso da hemoglobina) e gerariam prote í nas diferentes. Para que genes eucarióticos possam funcionar corretamente em éclulas bacteria-
5. Um dos problemas decorrentes da endogamia é a diminuição da variabilidade genética, isto é, os indiv íduos passam a apresentar pouca diferen ça genética entre si, o que reduz a capacidade da população em se adaptar eficientemente a altera ções ambientais. Os antigos agricultores, mesmo antes do desenvolvimento da Genética, j á lidavam com esse problema. Em campos de trigo, era comum plantar diversas variedades, o que au-
nas, produzindo prote ínas tipicamente eucari óticas, é necess ário que os introns sejam eliminados do DNA antes da transferência gênica para o microrganismo.
mentava a chance de se preservar ao menos parte da lavoura em caso de seca, enchente ou pragas. Essa t écnica milenar foi amplamente abandonada, e hoje predominam as lavouras de monocultura, em que grandes áreas são ocupadas com uma única variedade de planta. Apesar de as monoculturas produzirem maiores lucros em curto prazo, os resultados poder ão ser desastrosos. Monoculturas s ão mais vulneráveis a doenças, pois, como todas as plantas s ão geneticamente muito parecidas, uma praga pode dizimar completamente uma planta ção inteira, sem encontrar indivíduos geneticamente resistentes.
CAPÍTULO
8
APLICAÇÕES DO CONHECIMENTO GENÉTICO GUIA DE ESTUDO 1. O melhoramento consiste em selecionar e aprimorar as qualidades das esp écies, tendo em vista sua utiliza ção pelos humanos. Antes do advento da Gen ética, era feito de forma puramente intuitiva; quando um agricultor desejava aumentar o n úmero de grãos nas espigas de milho, por exemplo, ele selecionava sementes entre os gr ãos das espigas maiores para plantar. Se desejava aumentar o peso m édio das galinhas, selecionava os indivíduos maiores e mais pesados como reprodutores. Com o desenvolvimento de novos conceitos t cnicas éticas tornouse poss ível racionalizar e aperfei çoar ae ésele ção.gen O melhoramento das esp écies em fun ção de sua utilidade tornou-se cient ífico. 2. Os produtos do cruzamento entre linhagens diferentes de uma mesma espécie, como entre linhagens de milho, apresentam em diversos casos qualidades superiores às das linhagens parentais (por exemplo, são mais vigorosos, resistentes a doen ças etc.). Os cientistas conclu íram que os híbridos são mais vigorosos que as linhagens puras, altamente homozig óticas, por possu írem muitos genes em condi ção heterozigótica. Esse fen ômeno ficou conhecido como vigor h íbrido, ou heterose.
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RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
6. Aconselhamento gen ético é a orienta ção que especialistas no campo da Genética Humana d ão a um casal sobre os riscos de eventuais filhos apresentarem alguma doen ça genética, principalmente no caso das existentes no hist órico familiar. 7. Um casal s ó deve se preocupar em procurar aconselhamento genético se j á teve alguma crian ça com problemas ou se souber de parentes afetados por doen ças genéticas. Mulheres com mais de 35 anos que desejam engravidar devem procurar um servi ço de aconselhamento gen ético, para serem orientadas sobre o risco de gerar filhos com n úmero anormal de cromossomos, que aumenta significativamente depois dessa idade. 8. Alelos deletérios são aqueles que causam doen ças ou diminuem a taxa de sobrevivência ou de reprodução de um organismo. Muitos alelos delet érios presentes nas popula ções humanas surgem por muta ções de alelos normais e s ão recessivos. Para calcular o risco de uma doen ça genética recessiva se manifestar, tenta-se descobrir se os pais s ão ou não portadores do alelo para a doença. A maioria das crian ças com problemas causados por alelos recessivos tem pais normais. Todas as pessoas t êm pelo menos alguns alelos delet érios e só não os manifestam porque eles est ão em condi ção heterozigótica.
9. A probabilidade de alelos deletérios recessivos se encontrarem, srcinando uma pessoa homozig ótica doente, aumenta nos casamentos consangüíneos, ou seja, em que as pessoas que se casam são parentes próximos, tais como primos em primeiro grau. Pessoas aparentadas, por terem herdado seus genes de ancestrais comuns, têm maior chance de possuir um mesmo tipo de alelo “familiar” que pessoas não-aparentadas. Diversas culturas êt m leis que proíbem ou desaconselham o casamento entre parentes próximos. Essas leis surgiram, provavelmente, da observa ção empírica de que defeitos presentes ao nascer ãso mais comuns nos casamentos entre parentes. Problemas causados por casamentos consangüíneos também podem ser observados nos animais domésticos e de zoológicos, onde o número pequeno de animais leva parentes próximos a serem cruzados entre si. 10. Diagnóstico pré-natal refere-seà investigação de doenças genéticas graves ainda durante a vida intra-uterina. Em diversos pa íses, uma vez identificada uma doença grave no embrião ou feto, o casal pode optar pelo aborto terap êutico ou preparar-se para criar um filho portador da anomalia. Há dois métodos básicos para diagnosticar possíveis defeitos genéticos de um embrião em desenvolvimento: a amniocentese e a amostragem vilo-cori ônica. 11. A amniocentese é uma técnica r ápida, precisa e de pouco risco para a mãe e para o feto, sendo empregada para an álise de fetos entre a 14 a e a 16a semanas de gravidez. Uma agulha longa é introduzida na barriga at é atingir a bolsa amni ótica, operação monitorada por um aparelho de ultra-sonografia. Bastam alguns mililitros de l íquido amniótico para realizar diversos tipos de exame. Certas doen ças podem ser detectadas pela presen ça, no líquido amniótico, de subst âncias qu ímicas indicativas da doença. Podem-se, tamb ém, cultivar c élulas fetais presentes no líquido amniótico, fazendo com que elas se multipliquem, o que permite estudar seus cromossomos e construir idiogramas, assim como realizar exame do DNA fetal. 12. A amostragem vilo-cori ônica permite diagnosticar doen ças hereditárias entre a 8a e a 10a semanas de gravidez, antes, portanto, que a amniocentese. Com o aux ílio de um longo instrumento de punção introduzido pela vagina até o interior do útero, retira-se uma pequena por ção do envoltório embrionário, o chamado cório. As c élulas embrionárias podem, então, ser cultivadas em meio nutritivo ou ser analisadas imediatamente, dependendo do tipo de estudo que se quer realizar. A opera ção de retirada de amostras de vilosidades cori ônicas causa aborto do embrião em cerca de 1% dos casos. Por isso, esse tipo de diagnóstico é empregado apenas quando h á alto risco de doen ça genética, o que pode justificar sua identifica ção precoce, para um eventual aborto terap êutico. 13. As endonucleases de restrição são enzimas bacterianas que atuam como “tesouras moleculares”, reconhecendo seqüências de pares de bases espec íficas em mol éculas de DNA e cortando-as nesses pontos. Elas s ão altamente espec íficas, cada tipo reconhece e corta uma única seqüência de nucleot ídeos, em geral constitu ída por 4 ou 6 pares de bases nitrogenadas. 14. Acredita-se que as bactérias desenvolveram essas enzimas, ao longo da evolução, como proteção ao ataque de bacteriófagos. Uma molécula de DNA viral que contenha ístios para uma endonuclease bacteriana, ao ser injetada na bactéria, é prontamente cortada nesses pontos e deixa de funcionar. Hoje ãso conhecidas centenas de endonucleases de restri çã o, que s ã o purificadas e comercializadas por diversos laboratórios no mundo. 15. Como uma determinada endonuclease de restri ção reconhece sítios espec íficos no DNA, se mol éculas idênticas forem tratadas com a mesma enzima, elas ser ão cortadas nos mesmos pontos, srcinando fragmentos de tamanhos id ênticos. Por exemplo, no primeiro estudo envolvendo endonuclease de restri ção, os pesquisadores trataram DNA do v írus SV40 com a enzima Hind II e
obtiveram 11 tipos de fragmentos que diferiam quanto ao tamanho. Como o DNA desse vírus é uma molécula circular, concluiuse que ela foi cortada em 11 locais, sendo que o tama nho de cada fragmento correspondia à dist â ncia entre os dois s ítios de corte que o produziram. 16. Os fragmentos de diferentes tamanhos, gerados pela digest ão de um DNA com determinada endonuclease de restri ção, podem ser separados uns dos outros por meio de uma t écnica denominada eletroforese (do grego phoresis, ação de transportar, migração). Nesse processo, os fragmentos s ão separados por tamanho, ficando dispostos como faixas transversais ao longo de uma placa de gelatina, constituindo o que se convencionou chamar de padrão de restri ção. 17. Os pesquisadores comparam amostras de DNA por meio de seus padrões de restrição: moléculas que produzem padrão de fragmentos distintos com uma mesma endonuclease ãso certamente diferentes, pois foram cortadas em pontos não coincidentes; já moléculas de DNA que apresentam exatamente o mesmo padr ão de fragmentos têm uma grande chance de serem idênticas. 18. A clonagem molecular consiste em unir um segmento de DNA de interesse que sequer multiplicar a umDNA vetor, um plasmídio ou um DNA viral, e multiplicar a constru ção obtida em células hospedeiras, em geral bact érias. O conjunto dessas mol éculas de DNA, geradas pela multiplica ção da célula bacteriana transformada, constitui um clone da constru çã o srcinal, da í a metodologia ter ficado conhecida como clonagem molecular. 19. A região mediana do cromossomo do v írus, onde se localizam os genes n ão-essenciais, pode ser retirada e substitu ída por um peda ço de DNA de qualquer outro organismo. Quando o cromossomo viral se multiplica, o DNA estranho incorporado a ele também é multiplicado. Assim, a partir de uma única partícula viral podem-se obter bilh ões de partículas id ênticas, cada uma delas contendo uma c ópia do fragmento de DNA que foi introduzido no cromossomo do vírus. 20. YAC, ou cromossomos artificiais de levedura, s ão vetores de clonagem molecular constituídos por DNA plasmidial capaz de se multiplicar em células da levedura e que contém uma seqüência correspondente ao centrômero do fungo e seqüências teloméricas nas extremidades. O DNA a ser clonadoé introduzido nesse vetor e a construção recombinante é usada para transformar células de levedura. Nelas a constru ção comporta-se como um de seus cromossomos, duplicando-se a cada divisão celular e sendo transmitida a ambas as células-filhas. Assim, todas as células de um clone de levedura gerado por umaúnica célula onde a construção foi srcinalmente introduzida conter á o cromossomo artificial constituído pelo DNA de interesse unido ao vetor. 21. Um segmento de DNA de uma esp écie é transferido para indivíduos de uma outra esp écie. Pode-se, por exemplo, introduzir um gene humano clonado em um camundongo ou um gene de inseto em uma planta. Os organismos que recebem e incorporam genes de outra esp écie são chamados transg ênicos. 22. O Projeto Genoma Humano teve in ício oficialmente em outubro de 1990, com a publica ção de um plano de pesquisa para se determinar a seq üê ncia de todos os nucleot í deos dos 24 cromossomos constituintes do genoma humano (os 22 autossomos e os cromossomos sexuais X e Y). Al ém disso, outro objetivo do projeto era identificar todos os genes de nossa esp écie. No plano inicial estava previsto o desenvolvimento de t écnicas para an álise dos dados e de normas para os problemas éticos, legais e sociais que certamente iriam surgir com o aumento de conhecimento naárea. Previa-se, também, o seqüenciamento do genoma de organismos usados como modelo na investigaçã o biol ógica, como a bact éria Escherichia coli , o verme nemat ó deo Caenorhabditis elegans , a mosca Drosophila melanogaster e o camundongo Mus musculus, entre outros. RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
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23. O genoma humanoé constituído por cerca de 3 bilh ões de pares inquestionáveis. A visão científica parte do princípio de que não de nucleotídios. Apenas 3% desses pares de bases correspondem há verdades inquestion áveis e que sempre existe possibilidade de a a genes; 97% são seqüências não-codificantes, istoé, que não são explicação para um fenômeno estar errada. A teoria da evolu ção transcritas para moléculas de RNA. O número de genes humanosé biológica vem resistindo a todos os testes a que tem sido submebem menor do que antes se imaginava, havendo entre 27 mil e tida, apresentando uma explicação coerente para o conjunto de 40 mil genes. Isso nos coloca em pé de igualdade com os camunfatos sobre a diversificação dos seres vivos. dongos e apenas um patamar acima das moscas, cujo genoma 3. Partindo da observa ção de que certos órgãos corporais se depossui apenas 13 mil genes. O seqüenciamento do DNA humano senvolvem quando são muito utilizados, atrofiando-se quando revelou que cerca de 40% de nossos genes ãos semelhantes aos pouco solicitados, Lamarck imaginou que caracter ísticas adquidos vermes nematódeos, 60% são semelhantes aos das moscas e ridas pelo uso intenso ou pela falta de uso dos órgãos (lei do uso nada menos do que 90% de nossos genes ãs o semelhantes aos e do desuso) poderiam ser transmitidas à descendência (lei da dos camundongos. Diferimos de nosso parente maisópr ximo, o transmiss ão de caracteres adquiridos). chimpanzé, em apenas 1% das seqüências de DNA, ou seja, em 4. Hoje sabe-se que as altera ções causadas pelo uso ou pelo desuapenas um par de bases nitrogenadas a cada 100 pares. so dos órgãos corporais n ão se transmitem à descendência, o que invalida a explica ção de Lamarck para a evolu ção biológica. O grande m érito do lamarckismo foi ter chamado a aten ção QUESTÕES PARA PENSAR E DISCUTIR para o fenômeno da adapta ção, ao sugerir que ela era decorrente de modifica ções lentas e graduais dos seres vivos ao longo QUESTÕES OBJETIVAS de inúmeras gerações. 24. c 25 . b 2 6. d 2 7. a 28. a 29 . c 5. A cada geração morre grande número de indivíduos, muitos de30. d 31 . a 3 2. a 3 3. d 34. a 35 . d les sem deixar descendentes. Os que sobrevivem e se reprodu3 6 .b 37 . d 3 8. a 3 9. a zem, a cada geração, são preferencialmente os que apresentam determinadas características, relacionadas com a adaptação às QUESTÕES DISCURSIVAS condições ambientais. Uma vez que, a cada geração, os mais ap40. Os estudantes dever ão ser orientados a pesquisar, em diversas tos têm maior chance de sobreviver e de se reproduzir, a geração fontes (jornais, revistas, livros, Internet etc.) aspectos da pol êmiseguinte tende a apresentar as características relacionadas a essa ca que envolvem a produ ção de organismos transg ênicos. Em maior aptidão para sobreviver. Em outras palavras, a sele ção nalinhas gerais, a produ ção de transg ênicos visa obter vantagens tural favorece, ao longo das gerações sucessivas, a permanência econômicas, mas ainda n ão se sabe se a tecnologia é segura. e o aprimoramento de características relacionadas à adaptação. Por exemplo, têm sido produzidas plantas transg ênicas com 6. Darwin concluiu que a flora e a fauna de ilhas pr óximas são semelhangenes que produzem subst âncias t óxicas a insetos que as cotes porque se srcinaram de ancestrais comuns, provenientes dos mem; a dúvida é se esse gene n ão poderia passar a outras plancontinentes próximos. Em cada uma das ilhas, as popula ções colotas e matar indiscriminadamente insetos úteis. nizadoras sofreram adaptações específicas, srcinando diferentes 41. A criança 2, pois é a única que não possui nenhuma banda coinvariedades ou espécies. Por exemplo, as diversas espécies de pássacidente com a do homem, indicando que n ão herdou DNA dele. ros fringilídeos de Galápagos provavelmente se srcinaram de uma 42. Os resultados u como esperma presente na vagina da vexcluem ítima, poiso ar ébanda de fonte maiordo peso molecular, mais acima no gel, da quarta raia, da direita para a esquerda, n ão está presente na amostra de sangue do r éu, o que o exclui como fonte desse DNA. 43. A primeira raia da esquerda para a direita é a única que compartilha uma banda com todas as outras raias, o que indica ser a que contém o perfil do pai. Assim, o pai possui os alelos B e C; a mãe deve ter contribu ído com os alelos A e D para as crian ças.
CAPÍTULO
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Breve história das idéias evolucionistas GUIA DE ESTUDO 1. Evolução biológica é a transforma ção e a adapta ção dos seres vivos ao longo do tempo. Esses processos de transforma ção e adaptação são inerentes à própria vida. 2. Criacionismo é a teoria segundo a qual todas as espécies viventes foram criadas por ato divino, tal e qual se apresentam hoje. De acordo com a teoria criacionista, o número de espécies foi determinado no momento da criação. Evolucionismoé a teoria segundo a qual os seres vivos se modificam ao longo do tempo, com novas espécies surgindo a partir de espécies ancestrais que se extinguiram. Apesar de ambas as teorias buscarem explicar os fatos, o criacionismo não é uma teoria científica, pois se baseia em um conjunto de dogmas, isto é, “verdades” consideradas
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RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
espécie do continente sul-americano. ú Anica diversifica da espécieoriunda srcinal, que teria srcinado as diferençãoancestral, tes espécies atuais, deu-se como resultado da adapta ção às condições particulares em cada ilha do arquip élago de Galápagos. 7. Malthus sugeriu que uma população, se não encontra obstáculos, cresce de acordo com uma progressão geométrica, enquanto os meios de subsistência aumentam de acordo com uma progressão aritmética. Malthus não se referiu apenasàs populações humanas, mas tentou imaginar a humanidade submetidaàs mesmas leis gerais que regem populações de outras espécies de seres vivos. Esse foi o aspecto quechamou a atenção de Darwin para as idéias de “luta pela vida” e “sobrevivência dos mais aptos”. 8. Darwin sugeriu que a sele ção artificial podia ser comparada à sele ção que a natureza exerce sobre as esp écies selvagens. Da mesma forma que os seres humanos selecionam reprodutores de uma determinada variedade ou ra ça, permitindo que se reproduzam apenas os que t êm as caracter ísticas desejadas, a natureza seleciona, nas esp écies selvagens, os indiv íduos mais adaptados às condições reinantes. Estes deixam um número proporcionalmente maior de descendentes, contribuindo significativamente para a forma ção da geração seguinte. 9. Fósseis s ão vestígios deixados por seres que viveram no passado. Esses vest ígios podem ser ossos, dentes, pegadas impressas em rochas, fezes petrificadas, animais conservados no gelo etc. O estudo dos f ósseis permite aos cientistas deduzir o tamanho e a forma dos organismos que os deixaram, possibilitando a reconstituição de uma imagem mental, possivelmente bem realista, dos animais quando vivos. Os f ósseis constituem a mais forte evidência de que nosso planeta j á foi habitado por seres diferentes dos que existem atualmente, sendo uma das principais evidências da evolu ção biológica.
10. Os f ósseis s ão relativamente raros porque, a n ão ser em condições especiais, logo que um organismo morre entram em a ção agentes decompositores, que destroem completamente seu cadáver. Para que ocorra a fossilização, ou seja, a forma ção de um fóssil, s ão necess árias condi ções extremamente favor áveis à preservação do cadáver ou do vest ígio deixado por um organismo. Essas condi ções podem ocorrer, por exemplo, quando restos de um organismo s ão cobertos por sedimentos, como areia, argila etc., em geral, em ambientes alagados. Os sedimentos depositados sobre os restos do organismo podem se compactar com o decorrer do tempo, srcinando o que os ge ólogos denominam rocha sedimentar. No interior da rocha, os vest ígios do organismo podem ser preservados de diversas maneiras, vindo a constituir os diferentes tipos de f óssil. 11. Um tipo de fóssil conhecido como molde forma-se quando os restos soterrados do organismo, depois de deixarem sua forma gravada na rocha, desaparecem completamente. Em alguns casos, o vazio deixado pelos restos orgânicos é preenchido por minerais, que se solidificam formando uma ó c pia, em rocha, do organismo srcinal: trata-se do contramolde. Em certos casos, as substâncias orgânicas do cadáver sepultado na rocha sedimentar ãs o gradualmente substituídas por minerais trazidos pelaágua. Lentamente, os minerais ocupam o lugar das substâncias orgânicas, em uma substituição tão exata que todos os detalhesdo corpo do organismo ficam preservados na rocha, embora n ão reste mais nada do material orgânico srcinal. Esse processo de fossiliza ção é chamado de permineralização, ou petrificação. Outros tipos de fóssil são as marcas ou pegadas queum organismo deixou sobre um terreno mole, que posteriormente se transformou emrocha. Esse tipo de fóssil, denominado impressão, pode fornecer informações importantes sobre o organismo que o produziu. 12. Decaimento radioativo é a transforma ção do isótopo radioativo em isótopos do mesmo elemento ou em outros elementos qu ímicos. Por exemplo, o decaimento do 14C leva à formação do 14 N. Meia-vida de um elemento é o período de tempo que leva para metade dos átomos de um elemento radioativo contido
plo, é totalmente branca no inverno, quando o ambiente em que vive está coberto pela neve, mas se torna acinzentada nas outras é pocas do ano, dificultando assim sua localiza çã o. Mimetismo refere-se ao fato de duas esp écies diferentes compartilharem alguma semelhan ça que é reconhecida por outras espécies, de modo que a semelhan ça compartilhada confere vantagens para uma ou para ambas as esp écies mim éticas. As cobras-corais constituem um exemplo de mimetismo. Uma espécie não-peçonhenta, conhecida como falsa-coral, mimetiza o padr ã o de colora çã o da coral-verdadeira, altamente peçonhenta, e desse modo afasta os eventuais atacantes. 17. De acordo com o evolucionismo, as semelhan ças anatômicas entre determinados seres devem-se ao fato de eles descenderem de uma mesma espécie ancestral que viveu em um passado remoto, da qual herdaram o padrão de estrutura óssea. Durante a evolução de cada grupo de vertebrado, a forma de muitos ossos modificou-se em fun ção da adaptação das esp écies a modos de vida diferentes, mas conservou o projeto b ásico do ancestral. Assim, a semelhan ça anatômica entre os membros anteriores dos vertebrados testemunha seu parentesco evolutivo. 18 . a) Órgãos homólogos são os que se desenvolvem de modo semelhante em embri ões de diferentes esp écies, como os membros anteriores de grande parte dos animais vertebrados. Apesar de terem srcem embrion ária semelhante,órgãos homólogos podem desempenhar funções diferentes, comoé o caso das asas dos morcegos, adaptadas ao v ôo, e das nadadeiras peitorais dos golfinhos, adaptadas à natação. b) Órgãos análogos são os que desempenham a mesma função em espécies diferentes, mas têm srcens embrion árias completamente diversas. É o caso das asas de aves e de insetos que, apesar de estarem adaptadasà função de voar, têm srcens embrion árias totalmente distintas. c) Órgãos vestigiais s ão estruturas atrofiadas e sem fun ção evidente, como é o caso do ap êndice vermiforme humano, pequena estrutura em forma de dedo de luva presente na jun ção entre o intestino delgado e o intestino grosso. A presen ça do apêndice em nossa espécie é explicada pelo fato de esse órgão ter sido importante
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em uma amostra sofrer decaimento radioativo. No caso do C, a meia-vida é de 5.730 anos. A meia-vida do is ótopo 235U do urânio é de 700 milhões de anos. A do is ótopo 40K do potássio (potássio-40) é 1,3 bilhão de anos. 13. A descoberta de que o decaimento dos elementos radioativos ocorre em tempos bem definidos levou os cientistas a utiliz á-los como “relógios radiométricos”, que permitem calcular há quanto tempo certos eventos ocorreram. Por exemplo, se soubermos quanto de carbono-14 tem um animal ao morrer e formar um fóssil, poderemos calcular quanto tempo transcorreu desde sua morte pela medição do carbono-14 que restou no f óssil. Por exemplo, se um fóssil apresenta 1/16 do carbono radioativo estimado para o organismo vivo, isso significa que sua morte ocorreu há, aproximadamente, 23 mil anos. 14. Adaptação é o ajustamento que todo organismo apresenta em relação ao ambiente em que vive. Basta observar qualquer ser vivo com aten ção para constatar que muitos detalhes de sua anatomia, de sua fisiologia e de seu comportamento est ão altamente ajustados ao seu modo de vida. 15. O evolucionismo explica a adapta ção como resultado do fato de os indivíduos portadores de características adaptativas terem mais chance de sobreviver e deixar descendentes, aos quais transmitem suas caracter ísticas. Dessa forma, as caracter ísticas v ão se modificando ao longo das gera ções e gradativamente se tornam mais adequadas e eficientes, dando ao final do processo a falsa impress ão de que foram intencionalmente projetadas com um fim específico. 16. Camuflagemé o fenômeno de uma espécie desenvolver, ao longo de sua evolução, uma ou mais caracter ísticas que se assemelham ao ambiente, dificultando sua localiza ção por espécies com as quais convive. A pelagem das raposas-do- ártico, por exem-
em nossos ancestrais remotos que tinham dieta predominantemente herbívora, em que o ceco (por ção inicial do intestino grosso, onde se abre o intestino delgado) e o ap êndice abrigavam microrganismos auxiliares da digest ão de celulose. Com o desenvolvimento de outros tipos de dieta, na linhagem que srcinou nossa esp écie, o ceco e o ap êndice vermiforme deixaram de ser vantajosos e regrediram no decorrer da evolu ção, restando apenas como vest ígios de sua exist ência passada. 19. Convergência evolutiva designa a adapta ção que leva grupos de organismos pouco aparentados a desenvolver estruturas e formas corporais semelhantes ao adotar modos de vida semelhantes. As asas, por exemplo, s ão estruturas adaptadas para voar e, por isso, apresentam superf ície ampla, o que permite obter sustenta ção no ar. Esse princípio estrutural est á presente tanto nas asas de insetos como nas asas dos morcegos, que t êm srcens embrion árias totalmente distintas.
QUESTÕES PARA PENSAR E DISCUTIR QUESTÕES OBJETIVAS
20 . a 26 . b
21 . a 27 . b
2 2. c 2 8. a
2 3. a 2 9. b
24. c 30. a
32 . d
33 . b
3 4. a
3 5. c
36. b
25 . a 31 . d
QUESTÕES DISCURSIVAS
37. No processo de domestica ção, a espécie humana exerce sele ção artificial sobre plantas e animais, pois escolhe os esp écimes que apresentam caracter ísticas de interesse econ ômico e promove seu cruzamento, o que leva à diferenciação entre as esp écies domesticadas e seus ancestrais selvagens. RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
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38. As populações srcinais de cactos provavelmente eram plantas rasteiras, com flores próximas ao solo. Plantas arborescentes com flores elevadas do ch ão surgiam eventualmente, ao acaso. Nas ilhas em que existiam iguanas, as flores rasteiras eram comidas por esses animais, enquanto as plantas com flores altas não eram afetadas, o que lhes conferia uma vantagem reprodutiva. Com o tempo, nessas ilhas restaram apenas os cactos altos, com flores distantes do solo. Nas ilhas em que n ão existiam iguanas, não houve esse tipo de sele ção e preservou-se a popula ção original, com predominância de indivíduos rasteiros.
CAPÍTULO
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teoria moderna DA evoluÇÃO GUIA DE ESTUDO 1. Síntese evolucion ária refere-se à incorporação dos conhecimentos gen éticos às idéias darwinianas, que ocorre nas d écadas de 1930 e 1940. Segundo Mayr, a expressão síntese evolucion ária foi introduzida por Julian Huxley para designar a aceita ção de duas conclus ões: a) que a evolução pode ser explicada pelas mutações e pela recombinação, orientadas pela sele ção natural; b) que o fenômeno evolutivo pode ser explicado de maneira consistente com base nos mecanismos gen éticos conhecidos. A incorpora çã o do conhecimento gen é tico aos princ í pios darwinianos resultou em uma teoria evolucionista mais abrangente e consistente, que ficou conhecida como teoria moderna da evolução ou teoria sintética. 2. Os conceitos de variação e seleção natural enunciados por Darwin não foram afetados de maneira alguma pela revolu ção que ocorreu no conhecimento gen ético, ao longo do s éculo XX. Pelo contrário, a compreens ão mais clara da natureza das varia ções fortaleceu o darwinismo e confirmou que a heran ça de caracteres adquiridos não é possível. 3. Variabilidade gênica, ou diversidade gen ética, é a ocorr ência de diferenças genéticas entre os indiv íduos de uma população. A variabilidade gênica é a matéria-prima sobre a qual a sele ção natural atua. 4. As diferenças genéticas entre os indiv íduos de uma população (variabilidade gênica) decorrem da muta ção, que introduz novas versões de genes (alelos) na popula ção, e da recombinação, por meio da qual se formam novas combina ções g ênicas, garantindo que os indiv íduos de uma esp écie sejam geneticamente variados a cada gera ção. 5. Mutações gênicas são alterações do código de bases nitrogenadas do DNA, que srcinam novas vers ões de genes (alelos), as quais podem produzir novas características nos portadores da mutação. Eventualmente, um gene mutante pode conferir alguma vantagem ao seu possuidor e, nesse caso, tende a ser preservado pela seleção natural. O conjunto de genes t ípico de cada espécie atual é resultado do acúmulo de mutações vantajosas que vêm ocorrendo e perpetuando-se pela a ção da seleção natural, durante bilh ões de anos de evolu ção biológica. Muitas das muta ções vantajosas poss íveis j á foram selecionadas; a maioria das muta ções s ão deletéris, e tendem a ser eliminadas por seleção natural. 6. Uma das causas de muta ções espont âneas é a transforma ção temporária de uma base nitrogenada em outra, fenômeno chamado de tautomeria, que pode causar erros na duplica ção do gene. Por exemplo, sabe-se que a citosina de uma cadeia de DNA pode sofrer perda espont ânea de seu grupo amina, transformando-se em uracila. Se isso ocorrer exatamenteno momento da duplicação do DNA, a citosina alterada, que agora se com-
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RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
porta como uracila, orientar á o emparelhamento de um nucleotídeo com adenina, e n ão com guanina, como deveria ser. Conseqüentemente, uma das mol éculas que se srcinam da duplicação fica com a seq üência de bases alterada. Quando a molécula mutante se reproduz, srcina c ópias idênticas a si e a mutação se perpetua. 7. A substitui ção de um par de bases nitrogenadas do DNA por outro nem sempre altera a prote ína codificada, pois o c ódigo genético é degenerado, isto é, alguns aminoácidos s ão codificados por mais de um tipo de trinca de bases nitrogenadas. Por exemplo, na cadeia de DNA que atua como molde para transcrição do RNA mensageiro, as trincas AAA e AAG codificam ambas o aminoácido fenilalanina, de modo que, se uma muta ção substituir o último par A/T de uma trinca AAA/TTT por um par G/C, não haverá alteração na proteína, pois o aminoácido codificado pelo DNA mutante continuar á a ser fenilalanina. 8. A perda ou adição de um par de nucleot ídios na mol écula de DNA leva a muta ções muito mais dr ásticas do que a substitui ção de um único par de bases nitrogenadas, pois, enquanto esta afeta apenas um amino ácido, a perda ou adição de um par de nucleotídios altera todos os amino ácidos da prote ína a partir do ponto da muta ção. 9. Os mecanismos de reparo de erros no DNA envolvem um conjunto de enzimas que reconhece o DNA alterado, liga-se a ele e, em seguida, corta e elimina a cadeia onde se localiza o defeito. Na seqüência, outras enzimas sintetizam um novo segmento de DNA, tendo por molde a cadeia complementar à que foi eliminada e que não contém erros. 10. Agentes mutagênicos são agentes físicos e químicos que aumentam as taxas de mutação dos genes nos seres vivos. Os principais agentes mutagênicos são as radiações ionizantes (que causam a formação de íons dentro das células) como raios X, raios gama e radiação ultravioleta, além de diversas substâncias. 11. Recombinação g ênica refere-se à mistura de genes provenientes de indivíduos diferentes, que ocorre na reprodução sexuada. Nesse tipo de reprodu ção, os genes provenientes de cada um dos pais s ão misturados antes de serem transmitidos à descendência. Assim, embora a muta ção seja a única maneira de surgir uma nova forma gênica (novo alelo) na população, é por meio da recombinação que os genes se organizam em novos arranjos nos indivíduos, sobre os quais a sele ção natural atua. 12. Na meiose, cromossomos hom ólogos srcinalmente provenientes dos pais combinam-se livremente, de tal maneira que os gametas formados podem conter apenas cromossomos do tipo materno, apenas cromossomos do tipo paterno ou, o que é mais provável, misturas de cromossomos maternos e paternos. O n úmero de combinações poss íveis entre cromossomos maternos e paternos pode ser calculado pela express ão 2n, onde n é o n úmero de pares de cromossomos do indiv íduo. Na espécie humana, por exemplo, em que n = 23, uma pessoa pode produzir 223 (8.388.608) tipos de gametas, com diferentes combina ções entre os cromossomos da m ãe e do pai. A probabilidade de um gameta humano conter, por exemplo, apenas cromossomos de srcem paterna é, portanto, igual a 1/8.388.608. Al ém da segregação independente dos cromossomos, a diversidade de tipos de gametas é em muito aumentada pela permuta ção ou crossing over , fenômeno em que cromossomos hom ólogos maternos e paternos trocam peda ços durante a meiose. 13. Mutação cromossômica, ou aberração cromossômica, é qualquer alteração que afeta o número ou a estrutura dos cromossomos de uma célula. As mutações cromossômicas, em geral, não srcinam novas versões de genes, mas contribuem para o aparecimento de novas combinações gênicas. Embora menos importantes para a evolução do que a mutação gênica e a recombinação, as mutações cromossômicas têm papel acessório na manutenção da variabilidade gênica de certas populações naturais.
14. As mutações cromossômicas podem ser classificadas em dois tipos: numéricas e estruturais. Mutações numéricas são aquelas em que há alteração no número de cromossomos da célula. Mutações estruturais são aquelas em que há alteração na forma ou no tamanho de um ou mais cromossomos da célula. 15. Aneuploidias são alterações em que há perda ou acréscimo de um ou alguns cromossomos da célula. Euploidias são alterações em que há perda ou acréscimo de lotes cromossômicos (genomas) completos. Aneuploidias surgem devido a erros na distribuição dos cromossomos durante as divisões celulares, tanto na mitose quanto na meiose. As células resultantes da divisão anormal ficam com excesso ou falta de cromossomos. Euploidias surgem quando os cromossomos se duplicam, mas a célula não se divide. 16. Mutações cromossômicas estruturais resultam de quebras cromossômicas seguidas de perda de pedaços ou de ressoldaduras dos pedaços em posições diferentes da srcinal. As mutações estruturais podem ser classificadas em: a) deficiência, ou deleção, quando falta um pedaço ao cromossomo; b) duplicação, quando o cromossomo tem um pedaço repetido; c) inversão, quando o cromossomo tem um pedaço invertido; d) translocação, quando o cromossomo tem um pedaçoproveniente de um outro cromossomo. 17. Inversões e translocações podem ocorrer nas condições homozigóticas ou heterozigóticas. Uma inversão ou translocação cromossômicas estão em homozigose se os dois membros de um par de cromossomos homólogos apresentam a mutação. Elas estão em heterozigose se apenas um dos cromossomos do par de homólogos apresenta a mutação. As inversões e translocações em heterozigose podem ser percebidas durante o emparelhamento dos homólogos na meiose. Como os genes dos cromossomos homólogos emparelham-se rigorosamente, loco por loco, se um deles apresentar uma inversão ou uma translocação envolvendo um segmento cromossômico de tamanho relativamente grande, forma-se uma figura típica quando o emparelhamento meiótico ocorre. Na inversão cromossômica em heterozigose, a figura tem forma de alça, enquanto na translocação em heterozigose, tem forma de cruz. 18. Segundo Darwin, todo organismo, desde uma planta até uma bactéria, “luta” para sobreviver a cada minuto de sua vida. Apenas os mais capacitados a enfrentar os desafios, em cada contexto particular, sobrevivem. Aluta pela sobrevivência , metáfora utilizada por Darwin para a seleção natural, é bastante evidente entre os animais, em que alguns desempenham o papel de presas e têm de evitar ser devorados, e outros desempenham o papel de predadores e têm de capturar animais que lhes sirvam de alimento, ou morrerão de fome. Entretanto, há formas mais sutis de lutar pela vida: plantas competem umas com as outras pela umidade do solo, pelos nutrientes e até mesmo pela luz solar. Machos disputam a atenção das fêmeas e o direito de cruzar com elas e, assim, perpetuar suas características. 19. A seleção natural significa reprodução diferencial dos indivíduos de uma população, porque os mais bem adaptados têm maior chance de deixar descendentes. A seleção decorre das restrições que o meio impõe à sobrevivência dos organismos, tais como a disponibilidade de alimento, competição, predadores, parasitas, doenças etc. Nessas condições, os mais aptos são aqueles que herdam combinações gênicas favoráveis à sobrevivência e reprodução em um ambiente particular. 20. Para Darwin e a maioria dos naturalistas que o sucederam, a seleção natural atua sobre os indivíduos. São estes que lutam pela sobrevivência, sobrevivem e reproduzem-se, transmitindo suas características favoráveis à prole. O dese nvolvi mento da Genética e o reconhecimento da importância dos genes na evolução levaram alguns geneticistasmais radicais a reivindicar, como alvos da seleção, os genes e não os indivíduos: estes seriam nada mais do que veículos genéticos. A maioria dos biólogos, porém,
reconhece que são os indivíduos, atuando em seu contexto populacional, os principais alvos da seleção natural. Genes são apenas componentes do genótipo, enquanto o alvo da seleção natural é o organismo como um todo. Os genes atuam em conjunto e, na maioria dos casos, é impossível destacar a participação de um gene individual na cadeia de processos que resulta no fenótipo, sobre o qual a seleção atua. 21. Quanto aos efeitos que exercem nas populações, a seleção natural costuma ser classificada em três tipos: estabilizadora, direcional e disruptiva. Admitindo-se a variação fenotípica entre os indivíduos de uma população, a seleção estabilizadora confere vantagem aos indivíduos com fenótipos médios; a seleção direcional favorece os indivíduos de um ou outro fenótipo; a seleção disruptiva, por sua vez, favorece os indivíduos com fenótipos extremos da curva normal, em detrimento dos indivíduos médios. 22. Um exemplo de seleção estabilizadora na espécie humana é o favorecimento das pessoas heterozigóticas para o alelo da siclemia, ou anemia falciforme, em regiões onde a malária é endêmica. Como as pessoas homozigóticas para o alelo condicionante da siclemia (ss) são fortemente anêmicas e, em geral, morrem antes de se reproduzir, a tendência seria esse alelo praticamente desaparecer da população. É isso realmente que acontece na maior parte do mundo. Entretanto, estudos genéticos mostraram que, em locais onde a malária é endêmica, a freqüência do alelo mutante é surpreendentemente elevada. Descobriu-se que isso ocorre porque as pessoas heterozigóticas (Ss) são mais resistentes à malária que as pessoas homozigóticas normais (SS). Como estas tendem a morrer de malária, e as homozigóticas siclêmicas (ss) a morrer de anemia, quem tem maior chance de sobreviver e se reproduzir são as pessoas heterozigóticas (Ss), que assim transmitem o alelo s à geração seguinte. É por isso que o alelo para a siclemia mantém-se em freqüências relativamente altas nessas populações. 23. Pode-se supor que, se a malária fosse erradicada dessas regiões, a atual “inferioridade” das pessoas normais homozigóticas (SS) em relação às heterozigóticas (Ss) desapareceria, pois a malária deixaria de atuar como agente seletivo. Na ausência da doença, o alelo s seria progressivamente eliminado da população, pois as pessoas homozigóticas para a siclemia continuariam a morrer de anemia. Foi isso o que aconteceu com populações negras que viviam em áreas de malária endêmica, na África, e que foram levadas como escravas para a América do Norte, onde a doença é praticamente inexistente. Nos afro-americanos descendentes dessas populações, a freqüência do alelo s vem diminuindo progressivamente ao longo das gerações. 24. Quando ocorrem mudanças ambientais e um fenótipo antes desfavorável passa a ser favorecido, fala-se em seleção direcional. O aparecimento de linhagens de bactérias resistentes a antibióticos e de moscas resistentes a inseticidas são dois bons exemplos. A explicação para o desenvolvimento de linhagens de bactérias resistentes a antibióticos é que, nas populações bacterianas, estão sempre surgindo indivíduos resistentes, mesmo na ausência de antibióticos. As bactérias mutantes são, na maioria dos casos, menos eficientes que as selvagens srcinais, sendo rapidamente eliminadas na competição com estas últimas. Quando um antibiótico é aplicado, mata as bactérias selvagens e deixa à disposição das bactérias resistentes todos os recursos do ambiente. Estas se reproduzem srcinando populações de indivíduos resistentes, contra os quais aquele antibiótico terá pequeno efeito. Desde que essas substâncias antibacterianas começaram a ser empregadas, após a Segunda Guerra Mundial, já foram selecionadas inúmeras linhagens bacterianas altamente resistentes aos mais diversos tipos de antibiótico. O desenvolvimento de resistência a inseticidas por certos insetos ocorre de modo semelhante. Nas populações de insetos surgem indivíduos mutantes resistentes à droga, que em condições normais são geralmente RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
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menos bem-sucedidos que os insetos selvagens. Com a aplicação do inseticida, os indiv íduos selvagens s ão eliminados, deixando espaço para a proliferação dos resistentes; estes logo passam a constituir a quase totalidade da popula ção. Tanto no caso da aquisição de resistência a antibióticos como na resist ência a inseticidas, é a própria droga que atua como agente seletivo, eliminando os portadores de gen ótipos sens íveis e favorecendo a proliferação dos portadores de gen ótipos resistentes.
25. Seleção disruptiva é aquela que favorece os indiv íduos portadores de caracter ísticas extremas em uma curva normal, enquanto os indivíduos médios levam desvantagem. Esse tipo de sele ção leva à diversifica ção da população, favorecendo os extremos e eliminando a média. Em um exemplo hipotético, se uma esp écie de p ássaro tivesse apenas dois tipos de alimento — sementes duras e larvas escondidas na madeira —, seriam favorecidos aqueles dotados de bico fino e delicado, que apresentam mais facilidade em capturar as larvas, e os de bico maior e mais forte, capaz de quebrar sementes. P ássaros de bico intermedi ário levariam desvantagem, por n ão serem muito h ábeis na obten ção de nenhum dos dois tipos de alimento. Acredita-se que, por ser capaz de promover a diversifica ção de uma popula ção, a seleção disruptiva represente um primeiro passo para a forma ção de novas esp écies.
26. Um caso particular de seleção natural, que resulta da preferência de indivíduos de certas espécies (em geral as fêmeas) por se acasalar com parceiros portadores de determinadas caracter ísticas, é a seleção sexual. Esta não depende da luta pela existência, mas sim da luta travada pelos machos visandoà posse das fêmeas. Para o derrotado a conseqüência não é a morte, e sim a redução parcial ou total de sua descendência. Por conseguinte, a seleção sexual é menos rigorosa do que a seleção natural. Em muitas espécies de animais, os machos exibem seus atributos masculinos com o intuito de conquistar as fêmeas e fecundá-las, garantindo assim a perpetuação de suas características. Esses atributos podem ser o canto ou a plumagem colorida, no caso de muitos ápssaros, e a agressividade e a força física, no caso de certos mamíferos. Darwin observou que as características sexuais secundárias dos machos estavam relacionadas com a atração e a conquista das fêmeas. Os machos mais bem-dotados, de acordo com o crit ério de cada espécie, têm maiores chances de se reproduzir e, assim, de perpetuar suas características.
27. O termo adaptação significa a capacidade que todo ser vivo tem de se ajustar ao ambiente, isto é, de mudar em resposta a uma alteração ambiental. A adapta ção pode ser entendida em n ível de indivíduo e de espécie. No primeiro caso, constitui um processo de ajustamento individual conhecido como homeostase (do grego homoios, da mesma natureza, igual, e stasis, estabilidade), em que um organismo percebe as condi ções ambientais e se ajusta a elas. No segundo, é a adaptação evolutiva, em que uma população se ajusta ao ambiente ao longo de sucessivas gerações. Em ambos os casos, a adapta ção é, em última análise, resultado da sele ção natural.
28. Norma de reação de um genótipo é sua capacidade de produzir diferentes fenótipos em resposta ao ambiente. Grande parte dos genes é capaz de modificar sua express ão conforme as condições ambientais. Geralmente, o gen ótipo comanda n ão um único fenótipo, mas uma faixa de possibilidades fenot ípicas que se manifestam de acordo com a influ ência ambiental.
29. Camuflagem é a propriedade de os membros de uma esp écie apresentarem uma ou mais caracter ísticas que os assemelham ao ambiente, dificultando sua localiza ção por espécies com as quais interage, sejam eles predadores ou presas.
30. Coloração de aviso, ou de advertência, é um padrão de coloração vistosa e destacada, que alerta poss íveis predadores de que o animal portador tem sabor desagrad ável, é tóxico ou perigoso, sendo melhor evit á-lo. Exemplos de organismos que osten-
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RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
tam colora ção de aviso são borboletas de cores vivas (geralmente de sabor desagrad ável e tóxicas aos seus predadores), r ãs e sapos coloridos, em cuja pele h á venenos poderos íssimos, e r épteis pe çonhentos como as cobras-corais e certos lagartos, cujo padrão e cores vivas da pele alertam sobre o perigo que representam. Um predador inexperiente ataca presas dotadas da coloração de aviso, mas logo aprende a associar a sensa ção ruim à cor vistosa. Mesmo que ensinar a “lição” ao predador possa custar a vida de alguns indiv íduos da popula ção, esta ser á beneficiada no futuro.
31. Mimetismo é um exemplo de adapta ção em que duas esp écies diferentes assemelham-se em certas caracter ísticas, o que constitui vantagem para uma ou para ambas, em rela ção a um terceiro componente que pode ser uma esp écie ou algumas esp écies. A imita ção evolutiva, em que um modelo tóxico ou perigoso é imitado evolutivamente por esp écies “saborosas” ou inofensivas, é denominada mimetismo batesiano. Entre os muitos exemplos, podem-se citar as semelhan ças entre as serpentes conhecidas como corais-verdadeiras, altamente pe çonhentas, e as falsas-corais, bem menos perigosas que as primeiras. As falsas-corais imitadoras, por ostentar a colora ção de aviso das corais-verdadeiras, beneficiam-se de sua “fama” e são evitadas por outros animais, eventualmente predadores. Mimetismo mülleriano é a imita ção evolutiva em que um modelo tóxico ou perigoso é imitado evolutivamente por esp écies igualmente t óxicas ou perigosas. Se todas s ão parecidas, todas levam vantagem. Entre as serpentes corais-verdadeiras, todas elas peçonhentas, ocorre esse tipo de mimetismo. O fato de v árias espécies de corais-verdadeiras serem parecidas refor ça o aviso de que é melhor evitá-las.
32. Do ponto de vista gen ético, popula ção é um conjunto de indiv íduos que se reproduzem sexuadamente, compartilhando um patrimônio gênico comum. Essa defini ção, proposta em 1950 por Theodosius Dobzhansky, caracteriza o que se convencionou chamar população mendeliana, por aludir ao seu aspecto gen ético. Em uma popula ção mendeliana, com exce ção dos gêmeos univitelinos, os indiv íduos diferem uns dos outros em uma s érie de caracter ísticas. Cada indiv íduo possui seu conjunto g ênico particular, diferente do conjunto g ênico de todos os demais membros da popula ção.
33. Número de alelos A: 7.200 (2 3.600 AA) + 6.000 (1 6.000 Aa) = 13.200. Total de alelos do loco: 24.000. Portanto, a freqüência de A (f(A)) é 13.200 / 24.000 = 55% ou 0,55. A freqüência de a (f(a)) é 1 – (f(A)), ou seja, 1 – 0,55 = 0,45 ou 45%.
34. Uma população mendeliana estar á em equilíbrio gênico se as freqüências de seus alelos permanecerem inalteradas ao longo das gerações. As condi ções necess árias para que uma populaçã o se mantenha em equil í brio g ênico, segundo Hardy e Weinberg, são as seguintes: a) a população deve ser muito grande, de modo que possam ocorrer todos os tipos de cruzamento possíveis, de acordo com as leis das probabilidades; b) a população deve ser panm ítica (do grego pan, todos, e do latim miscere, misturar), isto é, os cruzamentos entre os indiv íduos de diferentes gen ótipos devem ocorrer ao acaso, sem qualquer prefer ência. Uma popula ção que reúna essas caracter ísticas e na qual não esteja ocorrendo nenhum fator evolutivo, tal como muta-
ção, seleção ou migração, permanecerá indefinidamente em equilíbrio gênico, ou seja, as freq üências de seus alelos n ão sofrerão alteração ao longo das gerações. 35. O princípio de Hardy-Weinberg estabelece que, para um determinado par de alelos com freq üências p e q, em uma popula ção mendeliana em equilíbrio, a freqüência dos diferentes gen ótipos em cada geração estará de acordo com a express ão p2 + 2pq + q2 = 1. No caso da população perguntada, se ela estiver em equilíbrio gênico, esperaremos encontrar 49% (0,6) de indiv íduos AA, 42% (0,32) de indivíduos Aa e 9% (0,08) de indivíduos aa.
36. O princípio de Hardy-Weinberg estabelece um padr ão te órico para o comportamento g ênico ao longo das gera ções. Na pr ática, ele nos ajuda a perceber se uma popula ção se encontra ou não em equilíbrio, chamando a aten ção para os poss íveis fatores evolutivos que est ão atuando. Segundo o princípio de HardyWeinberg, na ausência de fatores evolutivos as freq üências gênicas mantêm-se constantes, em uma população teórica. Sempre há fatores evolutivos em a ção nas populações reais, no entanto a lei de Hardy-Weinberg é importante porque permite determinar quanto e como o equil íbrio de uma popula ção está sendo afetado pelos fatores evolutivos.
37. A mutação, processo pelo qual um alelo se transforma em outro, pode alterar a freq üência gênica de uma popula ção. Por exemplo, se a taxa de muta ção de um gene A para seu alelo a for maior que a taxa de muta ção inversa (de a para A), ocorrerá aumento naçãfreq alelo a efator diminui ncia üênciaédo ção na üêaltede A. A sele o natural o principal respons pela ávelfreq ração das freq üências g ênicas de uma popula ção. Ao atuar na eliminação ou preservação de determinados genótipos, a seleção altera a composi ção gênica das popula ções.
38. Migração é a saída ou entrada de indiv íduos em uma população. Como diferentes popula ções de uma mesma esp écie nem sempre são isoladas, indiv íduos podem migrar; ao se incorporar a uma população, denominam-se imigrantes e, ao sair dela, chamam-se emigrantes. Se um grupo de migrantes, constitu ído predominantemente por pessoas com determinada caracter ística genética, migrar para uma regi ão onde a maioria das pessoas não apresenta esta caracter ística, haver á aumento da freq üência do alelo que condiciona a caracter ística em quest ão e diminuição correspondente na freq üência do alelo alternativo. 39. Deriva gênica é a altera ção súbita das freqüências g ênicas de uma população pelo efeito do acaso e n ão por critérios de adaptação. Isso pode ocorrer devido a desastres ecol ógicos como incêndios florestais, inunda ções, desmatamentos etc. que podem reduzir tão drasticamente o tamanho de uma popula ção que os poucos sobreviventes n ão constituem uma amostra representativa da população srcinal, do ponto de vista gen ético. 40. Princípio do fundador é um caso extremo de deriva g ênica em que uma nova população é “fundada” por um ou por poucos indivíduos, seja porque a popula ção ancestral sofreu uma diminuição drástica, seja porque um pequeno n úmero de indivíduos de uma população migrou para outra região, onde deu srcem a uma nova popula ção. Nessas condi ções, os indiv íduos que iniciaram a nova popula ção, por serem poucos, n ão constituem uma amostra representativa da popula ção srcinal. H á casos em que uma única fêmea grávida funda uma nova popula ção. Essa fêmea obviamente não possuirá uma amostra significativa dos diferentes tipos de alelos presentes na popula ção srcinal. A deriva gênica parece ter sido um fen ômeno comum na colonização de ilhas distantes dos continentes, às quais conseguem chegar poucos indivíduos provenientes das popula ções continentais. Nas ilhas, os “fundadores” iniciam populações cujas freqüências gênicas s ão geralmente bem diferentes das populações continentais srcinais.
QUESTÕES PARA PENSAR E DISCUTIR 42. b
43. d
44. b
45. e
QUESTÕESDISCURSIVAS
46. A partir da freqüência dos indivíduos homozigóticos recessivos na população pode-se estimar a freq üência do alelo recessivo i. A freqüência de homozigóticos recessivos ii é obtida dividindo-se seu número (72) pelo total da população (800): 72 ÷ 800 = 0,09 ou 9%.
q = √q2 = √0,09 = 0,3 Uma vez que p + q = 1, a freqüência do alelo dominante (f(I) ou p) pode ser assim calculada, com base na express ão p = 1 – q:
p = 1 – 0,3 = 0,7 Uma vez calculadas as freq üências dos alelos I e i, podem-se estimar as freq üências de cada um dos gen ótipos, admitindo-se que a população esteja em equil íbrio quanto a esse par de alelos: f(II) = p2 = (0,7)2 = 0,49 ou 49% f(Ii) = 2pq = 2 x (0,7) x (0,3) = 0,42 ou 42% f(ii) = q2 = (0,3)2 = 0,09 ou 9% Basta multiplicar a freq üência com que ocorre cada uma dessas classes de fen ótipos pelo n úmero total de indiv íduos da população para obtermos uma estimativa num érica para os gen ótipos sensíveis ao PTC: Número de pessoas com gen ótipo II = 0,49 x 800 = 392 Número de pessoas com gen ótipo Ii = 0,42 x 800 = 336
CAPÍTULO11
Origem das espécies e dos grandes grupos de seres vivos GUIA DE ESTUDO 1. Anagênese refere-se às mudanças evolutivas que ocorrem dentro de uma população, isto é, que podem ser compartilhadas por todos os seus componentes. Os processos anagenéticos s ão responsáveis pela lenta e contínua adaptação de uma população ao seu ambiente, e costumam ser denominados microevolu ção. 2. Cladogênese refere-se aos processos em que duas popula ções de uma mesma esp écie se diversificam em duas novas esp écies. 3. Os processos que levam à diversifica ção das categorias superiores à espécie na hierarquia taxon ômica — gêneros, famílias, ordens etc. — e que continuam a ser motivo de controvérsia entre os cientistas constituem a macroevolu ção. 4. Gradualismo filético, ou simplesmente gradualismo, é a idéia de que as mudanças evolutivas processam-se lenta e continuamente, com os seres vivos adaptando-se gradualmente aos ambientes. Dois fatos levaram os cientistas a questionar o gradualismo. Primeiro: o document ário fóssil n ão mostra a sucess ão gradual de mudanças dos f ósseis mais antigos para os mais recentes, como seria esperado; novas variedades parecem surgir de repente, ao longo do tempo evolutivo. Um segundo argumento contra o gradualismo é a existência de tantas esp écies diferentes atualmente. Se tivesse ocorrido apenas evolu ção gradual e constante, n ã o dever íamos esperar mais semelhan ças e intergradações entre os seres vivos?
5. A teoria do equil íbrio pontuado, proposta em 1972 pelos
QUESTÕESOBJETIVAS
41.a
A freqüência do alelo recessivo i (f(i) ou q) é obtida extraindo-se a raiz quadrada da freq üência dos homozig óticos, que é igual a q2. Assim, a freq üência do alelo recessivo é:
paleontologistas Niles Eldredge e Stephen Jay Gould, admite que as populações de seres vivos passam longos per íodos evoluindo lentamente, sem altera ções expressivas em suas caracter ísticas, seguidos por períodos rápidos de grandes mudan ças. Nas fases evolutivas de poucas mudan ças, denominadas estases (do latim stasis, estabilidade), que poderiam durar milhões de anos, estaria em atividade a sele ção estabilizadora, que tende a conservar as caracter ísticas de popula ções bem adaptadas ao ambiente. De tempos em tempos, popula ções dessas esp écies srcinariam RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
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linhagens novas (clados), que se diferenciariam “rapidamente” em novas espécies. Essa “rapidez” seria da ordem de algumas dezenas de milhares de anos, ou mais, um per íodo muito curto na escala de tempo geol ógico.
6. Rélicos são “fósseis vivos ”, isto é, organismos atuais que se assemelham muito a f ósseis datados de milh ões de anos atr ás. Exemplos são os celacantos ( Latimeria), os caranguejos-ferradura (Limulus), as cicas ( Cycas) e a gincobiloba ( Ginkgo biloba ), entre outros. De acordo com o equil íbrio pontuado, esp écies como essas est ão bem adaptadas aos seus ambientes h á muito tempo, encontrando-se em um longo per íodo de estase. 7. De acordo com o conceito de Lineu, o termo esp écie designa um conjunto de seres vivos em que os indiv íduos têm grandes semelhanças f ísicas, apresentando um padr ão morfológico comum e típico da esp écie. 8. Para Mayr, espécie é um grupo de populações cujos indiv íduos são capazes de se cruzar e produzir descendentes f érteis, em condições naturais, estando reprodutivamente isolados de indivíduos de outras esp écies. O crit ério fundamental dessa definição não é a morfologia, mas a capacidade de cruzamento entre seres de mesma esp écie e a incapacidade de cruzamento entre seres de esp écies diferentes. A limita çã o desta defini çã o é que ela n ão se aplica a esp écies que se reproduzem assexuadamente, como bact érias, vírus e certas esp écies de outros grupos. Embora esses seres possam apresentar processos de mistura de material gen ético, n ão há reprodução sexuada como nos organismos eucari óticos. Nesses casos, a classifica ção deve usar crit érios morfol ógicos, fisiol ógicos, bioqu ímicos e gen éticos, na tentativa de estabelecer as diferen ças entre os grupos e os poss íveis graus de parentesco entre eles. 9. A espécie biológica é uma unidade reprodutiva porque seus membros não se cruzam com membros de outras esp écies. É uma unidade ecológica porque tem caracter ísticas pr óprias e mantém relações bem definidas com o ambiente e com outras espécies. É uma unidade genética, porque tem um patrim ônio gênico caracter ístico, que n ão se mistura com o de outras esp écies. A esp é cie é uma unidade evolutiva porque est á reprodutivamente isolada de outras esp écies, seguindo um caminho evolutivo próprio e diferenciando-se de outras esp écies. 10. Subespécies, ou raças, são populações de mesma espécie que diferem em determinadas características, estando adaptadas a ambientes diferentes. A formação de subespécies ocorre geralmente pelo isolamento de populações de uma espécie que, por deixarem de trocar genes entre si, ã v o se tornando geneticamente diferentes, devido ao acúmulo de mutações novas e à seleção de diferentes combinações gênicas, imposta pelos ambientes distintos. Pelo fato de estarem relativamente isoladas, adaptadas a ambientes particulares, as subespécies tendem a manter e a acentuar sua identidade. A formação de subespécies pode representar uma etapa de transição na formação de novas espécies. 11. Especiação alopátrica (do grego allós, outro, diferente) considera que o primeiro passo para a forma ção de duas novas esp écies é a separa ção geográfica entre popula ções de uma espécie ancestral. Uma vez isoladas geograficamente, os cruzamentos entre os membros de duas popula ções deixam de ocorrer. Assim, mutações que ocorram em uma delas e que sejam adaptativas, não serão compartilhadas com a outra. A sele ção natural atua diferenciadamente sobre os membros de cada popula ção, conduzindo cada uma delas a uma adapta ção particular. À medida que o tempo passa, a tend ência é a progressiva diversifica ção do conjunto gênico de populações isoladas. 12. Especiação dicopátrica é uma forma de especia ção alopátrica em que os indivíduos de uma espécie ancestral se separam inicialmente em duas grandes popula ções. O isolamento geogr áfico entre as duas popula ções pode ocorrer de diversas maneiras: o aparecimento de um rio cortando uma plan ície, o deslizamento de uma geleira, um derramamento de lava etc. O isolamento
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RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
geográfico também poderia ocorrer, por exemplo, se uma parcela significativa de uma popula ção migrasse para outra regi ão e deixasse de ter contato com a popula ção srcinal. À medida que o tempo passa, a tend ência é a progressiva diversifica ção do conjunto gênico das duas popula ções isoladas, que terminam por perder a capacidade de se cruzar, tornando-se reprodutivamente isoladas. A partir da í, as popula ções são consideradas esp écies distintas.
13. O conceito de isolamento reprodutivo, que distingue duas esp écies, é mais abrangente do que a simples incapacidade de elas se cruzarem. Mesmo que os membros de duas popula ções se cruzem e produzam descendentes, elas ser ão consideradas isoladas reprodutivamente se a descend ência nas gera ções seguintes não for fértil. Assim, o isolamento reprodutivo refere-se à capacidade de os conjuntos g ênicos de duas popula ções se manterem isolados no decorrer do tempo. 14. No modelo da especia ção peripátrica, grupos de indiv íduos que vivem em áreas territoriais marginais da ocupada pelo grosso da população podem acumular diferenças em relação aos demais indivíduos. Isso porque, nessas áreas limítrofes, as condi ções ambientais diferem das condi çõ es da á rea geral, havendo microambientes aos quais as popula ções marginais se adaptam. Esses grupos perif éricos podem, eventualmente, se isolar da população srcinal, como se “brotassem” a partir dela. Segundo Mayr, esses grupos que se isolam da popula ção srcinal j á apresentam caracter ísticas ligeiramente diferenciadas, em função da adaptação prévia às regiões periféricas da área de distribuição da população central. Nessas condi ções, um breve período de isolamento pode desencadear mudan ças muito rápidas nos isolados periféricos, levando seus componentes a perder ou reduzir drasticamente a capacidade de se cruzar com os componentes da popula ção srcinal. Surgiriam, assim, novas esp écies.
15. Especiação simpátrica é a formação de novas esp écies sem que haja qualquer isolamento geogr áfico prévio. Uma das explicações para a especiação simpátrica seria a seleção disruptiva. Nesse caso, o favorecimento dos indiv íduos com fen ótipos extremos para uma caracter poderia levar ística à sele ção deggenes dos. Assim, ocorreria a diferencia ção de conjuntos ênicosligadistintos dentro da mesma popula ção, o que poderia, eventualmente, levar ao isolamento reprodutivo de seus portadores.
16. Em decorrência de erros ocorridos na meiose, alguns indiv íduos podem formar gametas dipl óides, em vez de hapl óides. O encontro de gametas dipl óides forma zigotos tetrapl óides, que podem se desenvolver e srcinar indiv íduos com n úmero de cromossomos duplicado, em rela ção à espécie ancestral. Dois indivíduos tetrapl óides podem se cruzar e produzir descendência fértil, enquanto o cruzamento entre um tetrapl óide e um diplóide gera indivíduos tripl óides, que são estéreis. A esterilidade dos indivíduos triplóides decorre do fato de seus cromossomos não poderem se emparelhar corretamente na meiose, o que produz gametas invi áveis. Assim, os indiv íduos tetrapl óides se tornam reprodutivamente isolados dos dipl óides e passam a constituir uma nova esp écie. A especia ção por poliploidiaé bem mais comum em plantas do que em animais. H á evidências de que diversas esp écies de plantas cultivadas surgiram a partir de h íbridos entre duas esp écies diferentes. Por exemplo, o trigo comum (Triticum sativum), que possui 42 cromossomos, surgiu h á aproximadamente 8 mil anos por hibridiza ção de uma esp écie de trigo de 28 cromossomos ( Triticum turgidum) com um trigo selvagem de 14 cromossomos ( Triticum tauchii). Além do trigo, o algodão, a batata e o tabaco, entre outras plantas, s ão espécies poliplóides srcinadas, provavelmente, por hibridiza ção entre espécies diferentes. 17. Os processos de isolamento reprodutivo impedem queindivíduos de espécies diferentes troquem genes por cruzamento. Alguns desses processos impedem a formação do zigoto, sendo por isso chamados de pré-zigóticos, enquanto outros atuam depois de o zigoto ter-se formado, sendo por isso chamados de óps-zigóticos.
18 . a) No isolamento reprodutivo de hábitat duas espécies não se cruzam principalmente pelo fato de viverem em áhbitats diferentes. b) No isolamento sazonal, ou estacional, os membros de duas espécies não se cruzam porque seus períodos de reprodução não coincidem. c) No isolamento etológico, ou comportamental, os membros de duas espécies não se cruzam porque seus comportamentos de corte, antes do acasalamento, ãs o diferentes e incompatíveis. d) No isolamento mecânico, os membros de duas espécies não se cruzam por incompatibilidade entre seus órgãos reprodutores. Isso pode ocorrer tanto em animais, em que a diferença de tamanho ou forma dosórgãos genitais impede a cópula, como em plantas, em que o tubo pol ínico não consegue germinar no estigma de uma flor de outra espécie. 1 9 . a )A inviabilidade do híbrido é um tipo de isolamento reprodutivo pós-zigótico em que os membros de duas esp écies copulam e o zigoto se forma, mas o embri ão morre prematuramente, devido à incompatibilidade entre os genes maternos e paternos. b) No caso da esterilidade do h íbrido, as esp écies cruzam-se e formase um h íbrido entre elas, que pode ser at é mais vigoroso que os membros das esp écies parentais, por ém é estéril. A esterilidade geralmente ocorre porque as g ônadas se desenvolvem anormalmente ou porque a meiose é anormal. c) No caso conhecido como deteriora ção de F2, as esp écies cruzam-se, a primeira geração de híbridos (F1) é normal e fértil, mas seus filhos, a geraçã o F 2, sã o indiv í duos fracos ou est é reis. Isso se deve à recombina ção gênica incompat ível durante a forma ção dos gametas que srcinam a gera ção F2.
20. Tempo geológico é o intervalo de tempo desde a srcem da Terra até hoje. O tempo geol ógico costuma ser dividido em quatro grandes intervalos de tempo, as eras geol ógicas (Pr écambriana, Paleozóica, Mesozóica e Cenoz óica), cada uma caracterizada por ocorr ências marcantes. As eras s ão subdivididas em unidades menores, os per íodos geológicos. Até recentemente, a era Pr é-cambriana era a única não subdividida em períodos, mas, em maio de 2004, a Comiss ão Internacional de Estratigrafia passou a incorporar novo per Préíodo à era pela cambriana, denominado per íodo um Ediacara, caracterizado grande diversifica çã o de animais invertebrados. Na era Cenozóica, os per íodos s ão ainda subdivididos em unidades menores, as épocas geol ógicas.
21. O limite entre as eras Pr é-cambriana e Paleoz óica é marcado por um aumento significativo no n úmero de fósseis, a partir de 570 milhões de anos atr ás. As rochas pr é-cambrianas cont êm pouco fósseis, enquanto as rochas paleoz óicas s ão relativamente ricas em vestígios de organismos que viveram na época de sua formação. A análise das rochas formadas no limite entre as duas primeiras eras revela profundas mudan ças clim áticas, com o t érmino de um período de 200 milh ões de anos de frio intenso, em que o planeta permaneceu totalmente coberto de gelo, e o in ício de um período com temperaturas mais amenas. Os cientistas acreditam que o aumento de temperatura tornou o ambiente mais favor ável à vida, o que permitiu o surgimento de diversas esp écies novas, fen ômeno que ficou conhecido por “explosão cambriana”. O registro fóssil sugere que os ancestrais da maioria dos filos animais atuais surgiram em menos de 10 milhões de anos, durante a fase de transi ção entre a era Pr écambriana e a era Paleozóica. 22. O fim da era Paleozóica e início da era Mesozóica é marcado pela extinção de grande quantidade de espécies de seres vivos. Muitos fósseis presentes em rochas do fim do paleoz óico não são mais encontrados nas rochas formadas em seguida, no in ício do mesozóico. Acredita-se que ocorreu uma grande cat ástrofe há cerca de 250 milhões de anos, que levou ao desaparecimento de cerca de 90% das espécies de seres vivos. Foi nessa época que emergiu dos mares um grande continente, a Pangea, que mais tarde viria a se fragmentar e srcinar os continentes atuais.
23. O limite entre as eras Mesozóica e Cenozóica também é marcado pela extinção de mais de metade das espécies de animais e de plantas, tanto marinhas como de terra firme. As mais conhecidas espécies extintas nessa transição foram as de dinossauros. Há evidências de que, na transição entre as eras Mesozóica e Cenozóica, a Terra novamente esfriou. Essa não seria, porém, a verdadeira causa das extinções, e sim a colisão de um grande asteróide com a Terra, que teria ocorrido há cerca de 65 milhões de anos. 24. Um passo importante na hist ória da vida foi o aparecimento dos seres eucari óticos multicelulares, isto é, constitu ídos por muitas células. Nessa “estratégia”, células resultantes da multiplica ção de uma célula inicial (o zigoto) passaram a viver juntas e a dividir as tarefas de sobreviv ência. Com o tempo, surgiram organismos com células cada vez mais especializadas no desempenho de funções específicas, o que permitiu o aparecimento dos tecidos e dos órgãos dos organismos multicelulares. F ósseis de seres multicelulares aparecem pela primeira vez em rochas com cerca de 670 milhões de anos, pertencendo a algas filamentosas e animais invertebrados de corpo mole, semelhantes a águas-vivas e a certos vermes marinhos atuais.
25. Até cerca de 438 milh ões de anos atr ás, quando teve in ício o período Siluriano, a vida estava restrita aos mares. Nesse per íodo, provavelmente a partir de um grupo de algas verdes, começaram a surgir as primeiras plantas dotadas de adapta ções que lhes permitiam viver fora d ’água. A quantidade de f ósseis de plantas aumenta nas camadas de rocha seguintes, revelando que os continentes se tornaram habitados por uma vegeta ção primitiva, constitu ída por plantas de pequeno porte. A presen ça de plantas em terra firme criou condi ções para que animais também pudessem sair da água para o ambiente seco, pois agora tinham onde se abrigar e o que comer. Os f ósseis revelam que os primeiros animais a conquistar o ambiente de terra firme foram os insetos e os aracn ídeos. Em seguida, uma linhagem de peixes primitivos tamb ém conseguiu adaptar-se ao ambiente de terra firme, srcinando os anf íbios. 26. Os peixes com nadadeiras lobadas, os crossopter ígios, cujos representantes atuais s ão os celacantos, teriam srcinado os animais de quatro pernas, os tetr ápodes, grupo ao qual pertencem os anfíbios, os r épteis, as aves e os mam íferos atuais. Os peixes crossopterígios apresentavam, na base de suas nadadeiras peitorais e pélvicas, uma parte carnosa suportada por um esqueleto ósseo interno. Acredita-se que esses peixes podiam apoiar-se no solo com as nadadeiras e “caminhar” pelo fundo de rios e lagos. Esse modo peculiar de movimenta ção teria permitido aos crossopterígios realizar incurs ões em terra firme, à procura de alimento. Gradativamente, eles teriam se adaptado às condições do meio a éreo e suas nadadeiras evolu íram, transformando-se em pernas. Essa foi a prov ável srcem dos anf íbios, que teria ocorrido entre 408 e 360 milh ões de anos atr ás. 27. Os anfíbios expandiram-se durante o per íodo Carbonífero, entre 360 milhões e 286 milhões de anos atrás, tendo sido o grupo de animais de grande porte dominante em terra firme por cerca de 75 milhões de anos. Eles declinaram no período Permiano, entre 286 milhões e 245 milhões de anos atrás, simultaneamente à expansão dos répteis, com os quais devem ter competido em desvantagem. 28. O desenvolvimento de vasos condutores de seiva permitiu que as plantas atingissem grande tamanho, formando matasnas margens de regiões alagadas. As primeiras plantas vasculares reproduziam-se de modo semelhante ao das pterid ófitas atuais, com gametófitos que dependiam de ambientes úmidos para se desenvolver. No decorrer do período Devoniano, entre 408 e 360 milhões de anos atr ás, surgiram esp écies cujos gamet ófitos se desenvolviam sobre o corpo da planta-m ãe, formando um tipo primitivo de semente. O aparecimento dessa inova ção evolutiva foi um grande passo para a conquista definitiva do ambiente de terra firme pelas plantas. Tornando-se independentes da água RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
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líquida para a reprodução, as plantas puderam se expandir para locais distantes das regi õ es alagadas. Durante o per í odo Carbonífero, entre 360 milhões e 286 milhões de anos atrás, grandes florestas passaram a cobrir os continentes, criando ambie ntes úmidos e protegidos, favoráveis à vida de insetos e de anfíbios.
29. Os r épteis surgiram no per íodo Carbonífero, entre 360 e 286 milhões de anos atr ás, diversificando-se muito e tornando-se o grupo dominante no período seguinte, o Permiano. Uma aquisição evolutiva importante, que contribuiu definitivamente para o grande sucesso dos r épteis, foi o aparecimento de ovos dotados de casca imperme ável e que podiam armazenar grande quantidade de nutrientes. Com isso, os r épteis deixaram de depender de ambientes aqu áticos para se reproduzir e espalharam-se nos ambientes até ent ão dominados por anfíbios de grande porte, competindo com eles e, provavelmente, causando sua extin ção. 30. A partir do período Jurássico, entre 208 milhões e 144 milhões de anos atrás, um grupo de répteis conhecidos como dinossauros diversificou-se muito, passando a ser o grupo dominante nosma bientes de terra firme. Havia desde dinossauros pequenos, de tamanho comparável ao de uma galinha, até formas gigantescas, com mais de 10 metros de altura e dezenas de toneladas de massa. A maioria dos dinossauros era herb ívora, mas também havia diversas espécies carnívoras, que se alimentavam de insetos, de anfíbios e de outros dinossauros. Alguns cientistas admitem que pelo menos alguns dinossauros tinham“sangue quente”, isto é, eram endotérmicos, como ocorre com as aves e mamíferos atuais. Há 65 milhões de anos, fim da era Mesozóica, ocorreu extin ção em massa de diversas espécies de plantas e de animais, entre elas a maioria dos dinossauros. Acredita-se que essas extin ções tenham sido causadas por uma mudança climática desencadeada pela queda de um cometa ou asteróide na superfície da Terra. 31. Acredita-se que as aves tenham surgido entre 245 milh ões e 208 milhões de anos atrás, a partir de um grupo primitivo deépr teis. Alguns zoólogos consideram que aves eépteis r atuais, apesar das aparentes diferen ças, são essencialmente semelhantes e deveriam ser inclu ídos na mesma classe. As novas descobertas paleontológicas revelaram que muitosérpteis primitivos tinham o corpo coberto de penas, como o famoso Archaeopteryx, que viveu no fim do período Jurássico, há cerca de 150 milh ões de anos. Em 1986 foram descobertosófsseis de um animal extinto classificado como Protoavis, que parece ser mais diretamente relacionado às aves atuais que o Archaeopteryx. No fim do período Cretáceo, há pouco mais de 65 milhões de anos, as aves áj apresentavam muitas de suas características atuais, mas ainda conservavam dentes no bico. Atualmente, a classe das avesé muito diversificada, explorando com sucesso os ambientes aéreo, de terra firme e aqu ático.
32. Os mam íferos surgiram no per íodo Triássico, h á cerca de 230 milhões de anos, mas tiveram pouca express ão até por volta de 65 milhões de anos atr ás, provavelmente devido à supremacia dos dinossauros. Com o desaparecimento destes, os primitivos mamíferos, então pouco maiores que um camundongo e com hábitos noturnos, diversificaram-se e expandiram-se. Segundo os cientistas, praticamente todos os mam íferos atuais surgiram a partir de dois grupos de mam íferos primitivos, que sobreviveram à catástrofe do final do mesoz óico. Na Austr ália, os marsupiais tiveram grande diversifica ção, srcinando diversas esp écies, adaptadas aos mais diferentes h ábitats. Na Am érica do Sul, os mamíferos placent ários foram os que mais se diversificaram e se expandiram, embora também tenha ocorrido certa diversificação de marsupiais. Na Europa e na América do Norte, n ão houve aparecimento de marsupiais, os mamíferos que evoluíram com grande sucesso nessas regi ões foram os placent ários, que se adaptaram aos mais diversos h á bitats. Alguns grupos de placentários retornaram ao ambiente aqu ático, onde srcinaram os ancestrais de baleias, golfinhos, focas etc., enquanto outros, como roedores, carn ívoros, ungulados e primatas, tornaram-se predominantes em terra firme. No final do per íodo Terciário, há 2 milhões de anos, a Am érica do Norte e a Am érica
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RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
do Sul tornaram-se ligadas novamente pelo istmo do Panam á, após terem permanecido isoladas por cerca de 40 milh ões de anos. Graças a essa liga ção, diversas esp écies de mam íferos migraram entre os dois continentes. Placent ários invadiram a Am érica do Sul, competindo com os placent ários e com os marsupiais locais, causando a extin ção da maioria das esp écies. Apenas algumas esp écies de marsupial sobreviventes, entre elas o gambá, conseguiram se estabelecer com sucesso no continente norte-americano. Durante o per íodo Quatern ário, iniciado há 2 milhões de anos, evolu íram as esp écies modernas de mam íferos placentários, entre eles os ancestrais dos cavalos, dos elefantes, dos ursos e da esp écie humana, que rapidamente se expandiram pelos diversos continentes, com exce ção do australiano.
QUESTÕES PARA PENSAR E DISCUTIR QUESTÕES OBJETIVAS
33. d
34 . a
35 . c
3 6. b
3 7. d
39. c
40 . b
41 . b
4 2. a
4 3. e
38. a
QUESTÕES DISCURSIVAS
44. Dois aspectos podem ser considerados: a) o desenvolvimento cultural e tecnol ógico da humanidade atenuou muito o papel da seleção natural, o que dificulta a especia ção; b) graças aos cruzamentos inter-raciais, o fluxo g ênico é mantido e impede a acentuação das eventuais diferen ças. 45. Duas situa ções podem ocorrer: 1) os membros das duas populações não serão mais capazes de se cruzar e/ou produzir descendentes f érteis, constituindo duas esp écies distintas; 2) os membros das duas popula ções poderão se cruzar e produzir descendentes f érteis, misturando seus patrim ônios genéticos. Nesse caso, ainda n ão teria havido especia ção e as eventuais diferenças tenderiam a desaparecer com o tempo. 4 6 . a ) São espécies diferentes, pois est ão isoladas reprodutivamente nas condi ções naturais. b) As duas esp écies apresentam isolamento reprodutivo do tipo pr é-zigótico, no caso, isolamento etológico ou comportamental.
CAPÍTULO
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evolução humana GUIA DE ESTUDO 1. Os evolucionistas atualmente consideram que esses antrop óides e a espécie humana tiveram um ancestral em comum h á relativamente pouco tempo, possivelmente entre 8 e 5 milh ões de anos atr ás. 2. Para desvendar o parentesco e a hist ória evolutiva dos organismos, os cientistas utilizam basicamente tr ês tipos de evid ências: a) semelhaças anatômicas e fisiol ógicas — no contexto da evolução humana, todos os estudos t êm mostrado a grande semelhança anatômica entre a espécie humana e os antropóides, principalmente o chimpanz é. b) fósseis — Charles Darwin previu, em 1871, que seriam encontrados f ósseis de ancestrais humanos na África. Ele baseou-se no fato de gorilas e chimpanz és, nossos prováveis parentes, serem encontrados apenas nesse continente, em que devia ter residido nossa ance stralidade. Em 1924, Raymond Dart (1893-1989), um professor de anatomia australiano, encontrou pela primeira vez, na África, o cr ânio fóssil de um hominídeo, classificado como Australopithecus africanus . c) semelhanças moleculares — um dos grandes avan ços dos estudos de evolu ção veio da constata ção de que a evolução das moléculas orgânicas dos seres vivos seguem os mesmos princ ípios que a das caracter ísticas anat ômicas e fisiol ógicas. Conse-
qüentemente, as semelhanças moleculares, do mesmo modo que as semelhanças anatômicas, ajudam-nos a inferir o grau de parentesco evolutivo entre os organismos. Recentementeêtm sido feitas comparações detalhadas entreácidos nucléicos e proteínas dos mais diversos seres vivos. No caso da esp écie humana, os resultados das análises comparativas mostraram que, de fato,os chimpanzés são mais semelhantes a nós, do ponto de vista molecular, que qualquer outro animal.
3. Filo Chordata– Classe Mammalia – Ordem Primates – Subordem Anthropoidea – Infra-ordem Catarrhini – Superfam í li a Hominoidea – Família Hominidae – Subfamília Homininae – Gênero Homo – Espécie Homo sapiens. 4. Acredita-se que os primatas tenham surgido por volta de 70 milhões de anos atr ás, no fim do per íodo Cretáceo, pouco antes da extinção dos dinossauros. Um f óssil supostamente pertencente ao ancestral de todos os primatas é o Purgatorius unio, um animal pequeno, do tamanho de um esquilo, de h ábitos noturnos e que provavelmente se alimentava de insetos, sendo parecido com os musaranhos atuais da ordem Insetivora. O f óssil do mais antigo primata conhecido é o Plesiadapis, animal de pequeno porte, pesando entre 1kg e 3 kg, que viveu nas florestas da Europa e da Am érica do Norte, e provavelmente também na África, há cerca de 60 milh ões de anos. Nessa época, o clima voltava a esquentar, depois de uma longa glacia ção, e estava ocorrendo grande diversificação das plantas angiospermas (plantas frutíferas). Os primeiros primatas logo se adaptaram à vida nas florestas em expans ão, vivendo na copa das árvores e suplementando sua dieta inset ívora com frutas e folhas.
5. Os macacos ou símios (subordem Anthropoidea) surgiram entre 33 milhões e 24 milhões de anos atrás, provavelmente do mesmo ancestral que srcinou pross ímios e társios. Acredita-se que os primeiros macacos surgiram no sul daÁfrica, vivendo nasárvores e alimentando-se de folhas e frutos. De acordo com alguns estudiosos, grupos desses macacos teriam acidentalmente cruzado o Oceano Atlântico em jangadas naturais e assim invadido a Am érica do Sul. Nessaépoca, a costa oeste daÁfrica e a costa leste da América do Sul situavam-se a pouco mais 1.000 km de dist ância. Aí teriam srcinado os platirrinos (infra-ordem Platyrrhini da subordem Anthropoidea, macacos do Novo Mundo). Os platirrinos apresentam 36 dentes e a maioria tem cauda pre ênsil, isto é, que permite agarrar fortemente as árvores. A infra-ordem dos platirrinosé dividida em duas famílias: Cebidae (sagüis, mico-leãodourado, mico-leão-de-cara-preta etc.) e Atelidae (macaco-aranha, mono-carvoeiro, guariba, uacari etc.).
6. Por volta de 33 milh ões de anos atr ás surgiram no norte da África os ancestrais dos catarrinos (infra-ordem Catarrhini da subordem Anthropoidea), grupo a que pertencemos. Os catarrinos t êm crânio semelhante ao dos platirrinos, mas o nariz é mais estreito e a denti ção é constitu ída por 32 dentes. Um fóssil representativo desse suposto ancestral dos catarrinos é o Aegyptopithecus sp. , que viveu no Egito no fim do per íodo Oligoceno, há cerca de 28 milh ões de anos. Entre 23 milh ões e 14 milhões de anos atr ás, uma linhagem provavelmente derivada do Aegyptopithecus sp. teria srcinado, na África oriental, os ancestrais dos catarrinos atuais. O f óssil representativo dessa ancestralidade é o Proconsul africanus, pertencente a um grupo de f ósseis denominados driopitecos. O mais antigo driopiteco teria surgido por volta de 20omilh anos atr. Sup umaque de ões de ás, eõe-se suas linhagens teria srcinado g ênero Proconsul esses macacos pesassem cerca de 20 kg, assemelhando-se, em tamanho, aos chimpanz és atuais, com enc éfalo relativamente menor. Ocupavam desde hábitats de florestas densas at é matas mais abertas, eventualmente realizando incurs ões ao solo. As principais fam ílias de catarrinos s ão Cercopithecidae (babu ínos, mandris, bonobos, colobos etc.), tamb ém chamados de macacos do Velho Mundo, Hylobatidae (gib ões) e Hominidae (orangotangos, gorilas, chimpanz és e espécie humana). Os macacos destas duas últimas famílias são chamados de antrop óides.
7. A vida nas árvores influenciou fortemente a evolu ção dos primatas. A adaptação à vida arborícola exigiu que estes mudassem suaalimentação, que se tornou essencialmente herbívora, constituída de folhas, frutos e sementes, e desenvolvessem a capacidade de se agarrar e se locomover com segurança na copa dasárvores. Acredita-se que o sucesso dos primatas no ambiente arbor ícola permitiu-lhes aumentar sua sobreviv ência, prolongando assim a duração de seu ciclo de vida. Com isso, elestiveram mais tempo para cuidar da prole e estabelecer os princ ípios da vida social, caracter ística importante nos antrop óides em geral e na espécie humana em particular.a) Primeiro dedo opon ível: os primatas desenvolveram, entre outros atributos, membros superiores extremamente ágeis e habilidosos. Além da cintura escapular, que permite ampla rota ção e liberdade de movimentos dos ombros e dos bra ços, as mãos dos primatas (e em certas espécies também os pés) s ão dotadas de grande mobilidade e flexibilidade, sendo capazes de agarrar objetos com força e precisão, graças à presença do primeiro dedo oponível, isto é, em posição que permite aproximar-se frontalmente de qualquer outro dedo, funcionando como çpin a para agarrar. Essas características permitiram a nossos ancestrais saltar degalho em galho e explorar ativamente o ambiente à procura de alimento. b) Visão binocular ou estereosc ópica: a proximidade entre os olhos, situados na região frontal do crânio, permite mirar o mesmo objeto com pequena diferen ça de ângulo visual; desse modo o écrebro pode calcular, por triangulação, a que distância se encontra o objeto. Essa capacidade, denominada vis ão binocular ou estereoscópica, foi de fundamental importância para a sobrevivência de nossos ancestrais no ambiente arborícola, onde um salto mal calculado podia ser fatal.c) Vida familiar e cuidado com a prole: os primatas são dedicadosà prole. A maioria tem um único filhote por parto e cuida dele durante longo tempo. Na esp écie humana, a maturidade é atrasada em rela ção à de todos os outros primatas. Com isso, os jovens seres humanos dependem dos pais por muito tempo, durante o qual aprendem valores culturaisásicos. b Essa característica, aliada a um sistema nervoso bem desenvolvido, foi fundamental para a evolu ção cultural da humanidade. 8. Os mais recentes estudos atribuem muitas das caracter ísticas tipicamente humanas à adaptação de nossos ancestrais a ambientes arborícolas, em um estágio inicial de sua evolu ção. Ao estágio arborícola sucedeu-se a adapta ção da linhagem primata ao ambiente de savana, primeiro na orla das florestas e depois nas savanas abertas. Evidências geológicas sugerem que, por volta de 8 milh ões de anos atrás, ocorreram naÁfrica movimentos de placas tect ônicas, que elevaram as terras planas e fizeram surgir cadeias de montanhas. Com isso, houve modifica ção drástica do clima no leste do continente africano, que se tornou mais quente e seco que no lado oeste. Enquanto no lado oeste perduraram florestas exuberantes, onde viveram os ancestrais dos gorilas e chimpanz és, o lado leste (oriental) tornava-se progressivamente mais árido, com o aparecimento e a expans ão de amplasáreas de savana, um tipo de campo com vegeta ção árborea, semelhante aos encontrados na África atual. Tudo indica que, nesses ambientes de transição entre florestas e savanas — as savanas arbóreas —, surgiram os ancestrais dos seres humanos. 9. O documentário fóssil mostra que, por volta de 4 milh ões de anos atrás, surgiu na África o primeiro grupo de primatas considerados inequivocamente hominídeos, possivelmente ancestrais diretos do gênero humano: os australopitecos (gênero Australopithecus). Esses primatas adaptaram-se muito bem a um novo ambiente então em expansão no continente africano: as savanas arbóreas, campos que se desenvolviam na orla das florestas tropicais, as quais estavam em retração devido a mudanças climáticas. 10. Os australopitecos mediam entre 1 m e 1,5 m de altura (os machos eram maiores que as êfmeas), tinham testa relativamente curta e oblíqua e maxilares proeminentes. Seu volume craniano, que reflete o tamanho do enc éfalo, situava-se em torno de 400 cm 3 e 500 cm3, pouco maior que o de um chimpanzé atual (cerca de 400 cm3) e três vezes menor que a m édia dos seres humanos atuais (cerca de 1.350 cm 3) RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
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11. Os cientistas acreditam que os australopitecos constitu íram um grupo de espécies muito bem-sucedido e diversificado, possivelmente distribuindo-se por grande parte da África, entre 4 milhões e 1 milh ão de anos atr ás, vivendo nas savanas arb óreas que se formavam junto à orla das florestas em retra ção. Na savana, as árvores eram menores que as da floresta e a dist ância entre elas era maior, impossibilitando a movimenta ção pela copa vegetal, como faziam os ancestrais dos australopitecos na mata tropical. Atualmente acredita-se que diversas esp écies de australopitecos eram capazes de andar eretas ou semi-eretas sobre os membros inferiores, o que se denomina bipedalismo. Apesar disso, esses primatas provavelmente ainda dependiam muito de suas adapta ções ao ambiente arbor ícola para se proteger e se alimentar. O grande desafio dos australopitecos era encontrar alimento na savana, bem mais árida que as florestas tropicais. Isso exigiu adapta ções na denti ção que permitissem mastigar alimentos vegetais duros, como sementes e ra ízes. 12. A história da evolução humana foi profundamente marcada pelas mudanças ambientais ocorridas naÁfrica, por volta de 2,5 milhões de anos atr ás. O clima tornava-se progressivamente mais seco, semi- árido, o que coincidia com o in ício de um per íodo glacial no Hemisf ério Norte. As florestas reduziam-se e grande parte das savanas arb ó reas transformava-se em savanas arbustivas, ou savanas abertas, constitu ídas por árvores e arbustos menores, e grandes áreas cobertas por gram íneas. Nas savanas abertas, os australopitecos ficavam em desvantagem em relação à savana arbórea, pois seu abrigo diminu íra. As savanas abertas, tendo vastas áreas de pastagens, possibilitaram a evolução de muitos tipos de mam íferos herbívoros (gnus, búfalos, girafas, ant ílopes etc.), e conseq üentemente de seus predadores (leões, leopardos, hienas, c ães selvagens etc.), que também incluíram primatas em sua dieta. Nesse ambiente adverso, a maioria dos australopitecos extinguiu-se, mas algumas linhagens conseguiram desenvolver adapta ções e sobreviver. As pressões seletivas sobre os australopitecos, nas savanas abertas, levaram ao aparecimento de novas linhagens de homin ídeos, capazes de andar eretos, fabricar e utilizar ferramentas rudimentares e o fogo. O grande sucesso dessas linhagens deveu-se, certamente, ao desenvolvimento do sistema nervoso e da inteligência; come çavam a surgir esp écies primatas tipicamente humanas, as primeiras do g ênero Homo. 13. Supõe-se que havia várias linhagens deH. erectus (grupo erectus) na África, há cerca de 1,8 milhão de anos. Uma ou algumas delas teria migrado para o leste e o sul daÁsia, há cerca de 1 milhão de anos, srcinando as linhagens asi áticas de H. erectus, que se extinguiram há cerca de 200 mil anos. Outra teria permanecido na África e srcinado o H. ergaster, considerado por alguns uma subespécie de H. erectus. Ancestrais do H. ergaster teriam migrado para a Europa e oeste da Ásia, onde fundaram linhagens ocidentais de H. erectus, uma das quais teria srcinado o H. neanderthalensis (neandertalenses ou“homens de Neandertal”), que se extinguiu há cerca de 27 mil anos. Por volta dos 200 mil anos atr ás, na África, possivelmente a partir de linhagens deH. ergaster, surgiu a espécie humana moderna,Homo sapiens, à qual pertencemos. 14. Embora variado, o grupo de espécies classificado como Homo erectus tinha como representantes hominídeos de postura ereta e maxilares menos proeminentes que seus antecessores australopitecos. Eram mais altos, possivelmente entre 1,50 m e 1,60 m, e pesavam entre 55 kg e 85 kg. A testa era baixa, dotada de grandes protuberâncias ósseas em torno das órbitas oculares (pregas supra-orbitais) características que ainda revelavam claramente o parentesco com os símios. Os fósseis mais antigos de H. erectus indicam que seu volume craniano era da ordem de 850 cm3. Fósseis mais recentes apresentam volume craniano superior a 1.000 cm3, indicando que houve aumento significativo do tamanho do encéfalo do H. erectus, durante o período em que ele existiu. O aumento expressivo do volume craniano est á relaciona-
64
RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
do ao aumento do tamanho doécrebro e da intelig ência. H. erectus era capaz de fabricar ferramentas relativamente avan çadas, dotadas de cabo e com grande variedade de formatos e aplica ções. Para se proteger do frio e dos inimigos, vestia-se com pele de animais, fazia fogueiras e morava em cavernas. Essas habilidades permitiram ao H. erectus explorar diferentes ambientes. Alguns cientistas acreditam queH. erectus era um caçador eficiente, capaz de abater presas de grande porte, o que indicaria coopera ção entre os indivíduos de um grupo que, posteriormente, repartiam o alimento. Outros acham que, embora inteligente, ele talvez fosse um coletor de alimento e comedor de carni ça, aproveitando os restos de caça deixados por outros animais.
15. No período que vai de 200 mil a 27 mil anos atr ás, viveram na Europa e no Oriente M é dio os conhecidos “ homens de Neandertal” ou neandertalenses, atualmente classificados como . Esqueletos f ósseis de neandertalenses Homo indicamneanderthalensis que eles eram fortes e atarracados, tinham entre 1,55 m e 1,65 m de altura e pesavam entre 60 kg e 70 kg. Seu volume craniano — em alguns fósseis at é 1.600 cm3 — é ligeiramente maior que o dos seres humanos modernos, mas sua testa (parte frontal do crânio) era oblíqua, e a maior parte do volume craniano estava concentrada na parte occipital. O rosto dos neandertalenses tinha fei ções r ústicas, com pregas supra-orbitais proeminentes e maxilares salientes. As caracter ísticas f ísicas dos neandertalenses, como o corpo e os membros curtos e compactos, indicam sua adapta ção ao clima frio da Europa, na época em que viveram. Pesquisas recentes sugerem que as linhagens que srcinaram H. neanderthalensis e H. sapiens separaram-se há mais de 500 mil anos, possivelmente a partir de popula ções ancestrais de H. ergaster (do grupo erectus). Na Europa, há fósseis que documentam a sucess ão de formas representadas por H. erectus até H. heidelbergensis , entre 500 mil e 200 anos mil atrás. Esta última esp écie teria srcinado, por sua vez, populações arcaicas de H. neanderthalensis , que se expandiram pela Europa e Oriente M édio.
16. O desaparecimento relativamente s úbito dos neandertalenses na Europa, entre 30 mil e 27 mil anos atr ás, é atribuído à chegada de populações de H. sapiens provenientes da África (via oeste da Ásia), entre 40 mil e 35 mil anos atr ás. Estes, muito mais avan çados culturalmente que os neandertalenses, colonizaram a Europa e o Oriente M édio, competindo com eles e possivelmente levando-os à extinção. 17. O grupo de esp écies do Homo erectus dominou o mundo entre 1,8 milhão e 200 mil anos atr ás, quando se extinguiu. De acordo com a hipótese mais aceita atualmente, a esp écie humana moderna, Homo sapiens, surgiu na África, entre 200 mil e 150 mil anos atr ás, a partir de linhagens de H. ergaster. Daí teria irradiado para fora da África e colonizado os outros continentes (hipótese da “srcem única na África”). Acredita-se que entre 100 mil e 70 mil anos atr ás, a esp écie humana moderna irradiou da África para a Ásia, de onde atingiu o continente australiano, entre 60 mil e 50 mil anos atr ás, e a Europa, h á cerca de 40 mil anos. Entre 14 mil e 11 mil anos atr ás, grupos humanos vindos da Ásia atravessaram o Estreito de Bering e chegaram ao continente americano. Segundo alguns estudiosos, a passagem pelo Estreito de Bering poderia ter ocorrido por volta de 40 mil anos, mas há poucas evidências a respeito.
QUESTÕES PARA PENSAR E DISCUTIR QUESTÕES OBJETIVAS
18. d 24. c
19 . b 25 . a
20 . d 26 . d
2 1. c
2 2. b
23. a
QUESTÕES DISCURSIVAS
Professor, oriente a discuss ão do grupo de modo que as hip óteses apresentadas sejam debatidas considerando as vari áveis: escolaridade, profiss ão, religião e idade dos entrevistados.
CAPÍTULO
13
Fundamentos da Ecologia GUIA DE ESTUDO 1. Ecologia é o ramo da ci ência que estuda as rela ções entre os seres vivos e o ambiente em que vivem. Trata-se de uma ci ência multidisciplinar, que engloba diversos ramos do conhecimento. Além da Biologia, da F ísica e da Qu ímica, também as ci ências econômicas e sociais t êm de ser integradas para que se possa entender a complexidade das rela ções entre a humanidade, os outros seres vivos e o planeta. 2. Felizmente, nas últimas d écadas, a humanidade parece ter despertado para os problemas ambientais causados pela expans ão da população humana. Estamos tomando consci ência de que é preciso fazer algo para evitar a degrada ção do ambiente favorável à vida em nosso planeta. Nesse contexto, os conhecimentos ecológicos são fundamentais para tentarmos reverter alguns dos graves problemas ambientais que n ós mesmos provocamos. A primeira atitude para proteger o ambiente é compreender a intrincada rede que interliga os seres vivos e o meio. 3. Biosfera é a região do ambiente terrestre onde encontramos seres vivos. Ela estende-se desde as profundezas dos oceanos at é o topo das mais altas montanhas. A maioria dos seres vivos habita regiões situadas at é 5 km acima do nível do mar. Nos oceanos, a maioria dos seres vivos vive na faixa que vai da superf ície até 150 m de profundidade, embora diversas esp écies de animais e de bactérias vivam a mais de 9 km de profundidade. 4 . a ) População biológica é um conjunto de seres de mesma esp écie que vive em determinada área geográfica; b) O conjunto de populações de diferentes esp écies que vivem em uma mesma região constitui a comunidade biológica, também chamada biota ou biocenose. A comunidade de umaáfloresta, exemplo, comp õe-se de popula ções de arbustos, rvores, pápor ssaros, formigas, microrganismos etc., que convivem e se inter-relacionam. Além de se inter-relacionar, os seres de uma comunidade biol ógica, denominados componentes bi óticos da comunidade, interagem com fatores n ão-vivos do ambiente, denominados componentes abi óticos, dos quais dependem para viver; c) Os fatores abi ó ticos, representados por aspectos f í sicos e geoquímicos do meio, constituem o bi ótopo, termo que significa “o local em que vive a biocenose”. No exemplo da floresta, o biótopo é a área que contém o solo (com seus minerais e água) e a atmosfera (com seus gases, umidade, temperatura, grau de luminosidade etc.).
5. Hábitat é o ambiente em que vive determinada esp écie ou comunidade, caracterizado por suas propriedadesísicas f e bi óticas. Quando dizemos que certa esp écie vive na praia e que outra vive na copa das árvores, estamos nos referindo aos h ábitats dessas esp écies. 6. Nicho ecol ógico é o conjunto de intera ções adaptativas de uma espécie em seu hábitat. Essa adapta ção envolve um conjunto de relações e de atividades caracter ísticas da esp écie no ambiente, que vai desde os tipos de alimento utilizados at é as condi ções de reprodução, tipo de moradia, hábitos, inimigos naturais, estratégias de sobreviv ência etc. Segundo o zo ólogo inglês C. Elton: “Nicho ecol ógico é o conjunto de rela ções e atividades pr óprias de uma esp écie, ou seja, o ‘modo de vida’ único e particular que cada esp écie explora no hábitat”. 7. Quando duas esp écies de uma biocenose exploram nichos ecológicos semelhantes, estabelece-se entre elas uma competi ção por um ou mais recursos limitados do meio. Por exemplo,éesp cies que comem capim, como os gafanhotos e o gado, competem
por alimento. Plantas cujas ra ízes estão na mesma profundidade do solo competem por água e por nutrientes minerais limitados. Com base nessas observa ções, o cientista russo Gause concluiu que, se duas esp écies ocuparem exatamente o mesmo nicho ecológico, a competi ção entre elas ser á tão severa que não poderão conviver. Essa premissa ficou conhecida como princ ípio de Gause ou princ ípio da exclus ão competitiva.
8. A competição entre duas esp écies que exploram o mesmo nicho ecológico pode levar a tr ês diferentes situa ções: a) a extin ção de uma das esp écies; b) a explulsão de uma das esp écies do territ ório; c) a adaptação de uma ou ambas as esp écies a seus nichos ecológicos, considerando a competi ção. 9. Ecossistema é uma unidade discreta em que seres vivos (biocenose) e componentes n ão-vivos (biótopo) interagem, formando um sistema est á vel. Os princ ípios que definem um ecossistema se aplicam em todas as escalas, desde um pequeno lago até o nível planetário. Assim, um ecossistema pode ser tanto uma floresta, um lago, uma ilha, um recife de corais ou um aquário auto-suficiente, com plantas, peixes, bact érias, algas etc. O maior ecossistema do planeta é a própria biosfera, tomada em sua totalidade. 10. Cadeia alimentar pode ser definida como uma s érie linear de organismos atrav és dos quais flui a energia captada srcinalmente pelos seres autotr óficos (fossintetizantes e quimiossintetizantes) e a mat éria onde essa energia fica armazenada. Cada elo da cadeia, representada por um organismo, alimenta-se do organismo que o precede e serve de alimento para o organismo que o sucede. Na construção de uma cadeia alimentar admitese que cada organismo ou esp écie participante alimenta-se exclusivamente de um outro tipo de organismo. Isso, no entanto, raramente ocorre na natureza, em que o normal é um organismo alimentar-se de diversas outras esp écies. Por exemplo, em um ecossistema de campo, a s érie constitu ída por plantas de capim, que s ão comidas por gafanhotos, que s ão comidos por pássaros inset ívoros, que s ão comidos por serpentes constitui uma cadeia alimentar. 11. Cada um dos elos de uma cadeia alimentar constitui um n ível trófico. Os produtores formam o primeiro n ível trófico de qualquer cadeia alimentar. Os seres que se alimentam diretamente dos produtores, denominados consumidores prim ários, constituem o segundo n ível trófico; os seguintes, que se alimentam dos consumidores primários, denominados consumidores secundários, constituem o terceiro n ível trófico e assim por diante. 12. Decompositores s ão certos fungos e bact érias que, para obter energia, decompõem a matéria orgânica dos cad áveres, além das subst âncias contidas em res íduos e excre ções dos animais. A decomposi ção é importante por permitir a reciclagem de elementos e subst âncias, que podem voltar a fazer parte de outros seres vivos. 13. Cadeias alimentares n ão ocorrem isoladas nos ecossistemas. As relações alimentares entre os organismos de uma comunidade são muito complexas e um mesmo organismo pode participar de diversas cadeias alimentares, at é mesmo em n íveis tróficos diferentes. As rela ções alimentares entre os diversos organismos de um ecossistema costumam ser representadas por meio de diagramas, denominados teias alimentares, ou redes alimentares. Estes comp õem-se de diversas cadeias alimentares interligadas por meio de linhas que unem os diversos componentes da comunidade entre si, evidenciando suas relações alimentares. 14. Onívoros são organismos que apresentam alimenta ção variada. É o caso da esp écie humana, por exemplo. Comemos vegetais, desempenhando o papel de consumidores prim ários, mas também comemos carne de animais, desempenhando o papel de consumidores secund ários ou terci ários.
RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
65
1 5 . a ) Na maioria dos ecossistemas terrestres, os produtores ãso representados por plantas comoárvores, arbustos e plantas herbáceas. Os consumidores primários de uma floresta podem variar desde pequenos invertebrados (minhocas, insetos, carac óis etc.) até vertebrados (pássaros, roedores etc.). Os consumidores secundários e terciários de uma floresta são insetos predadores, anfíbios e aves insetívoras, serpentes, aves de rapina e mamíferos carnívoros, entre outros. b) No mar e nos grandes lagos, os produtores são seres microscópicos, principalmente bactérias e algas microscópicas, que flutuam próximo à superfície, constituindo o fitoplâncton (do grego phyton, planta, e plankton, errante). A maioria dos consumidores de fitoplâncton é de seres minúsculos, que flutuam ao sabor das correntezas e constituem o zoopl âncton (do grego zoon , animal). Os principais componentes do zooplâncton s ão protozoários, pequenos crust áceos, vermes, moluscos e larvas fitoplâncton, além de dosdiversas animaisesp doécies. zooplOutros são certas espéde âncton,consumidores cies de peixe. No mar e nos lagos, os consumidores secund ários e terciários são representados principalmente por peixes.
QUESTÕES PARA PENSAR E DISCUTIR QUESTÕES OBJETIVAS
16. c
17 . d
1 8. 3
19. 1
20. 2
21 . d
2 2. c
23. b
QUESTÕES DISCURSIVAS
24. Teia alimentar BACTÉRIAS
PEIXES CARNÍVOROS
E FUNGOS
PEIXES ZOOPLÂNCTON
HERBÍVOROS
FITOPLÂNCTON
PLANTAS LACUSTRES
25. Teia alimentar BACTÉRIAS E FUNGOS
PIOLHO VÍBORAS CORUJAS
CORRUÍRAS MOSQUITOS
GAFANHOTOS
COELHOS
ALFAFA
26. O aquário A se assemelha mais a um ecossistema, uma vez que nele encontramos representantes de diversos n íveis tróficos; eventualmente, ele poderia se manter sem interfer ência externa. Já no aquário B, pela falta de produtores,é fundamental a colocação de alimento para que seus componentes permane çam vivos.
66
RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
CAPÍTULO
14
ENERGIA E MATÉRIA NOS ECOSSISTEMAS GUIA DE ESTUDO 1. A transferência de energia na cadeia alimentar é unidirecional porque tem início com a capta ção da energia luminosa pelos produtores, que é liberada ao longo das cadeias alimentares na forma de calor; a transfer ência de energia termina com a a ção dos decompositores. 2. Em uma cadeia alimentar, a quantidade de energia de um n ível tr a do n ível seguinte. Isso do ocorre porófico é sempre que todos os seresmaior vivosque consomem parte da energia alimento para a manuten ção de sua própria vida, não a transferindo, portanto, para o nível trófico seguinte. Por exemplo, do total de matéria orgânica produzida por uma planta, cerca de 15% s ão degradados no processo de respira ção celular, que fornece energia para a manuten ção dos processos vitais. Quando comem as plantas, portanto, os herb ívoros têm à sua disposi ção apenas 85% da energia srcinalmente armazenada nas subst âncias orgânicas produzidas pela fotoss íntese. Al ém disso, quando um animal come uma planta ou outro animal, parte da energia contida no alimento n ão é aproveitada, sendo perdida nas fezes. Por exemplo, um herbívoro consegue aproveitar apenas 10% da energia contida no alimento que ingere; o restante, cerca de 90%, é eliminado nas subst âncias que comp õem as fezes do animal. Da energia efetivamente aproveitada, cerca de 15% a 20% são empregados na manuten ção do metabolismo, e o que sobra fica acumulado nas subst âncias que comp õem os tecidos corporais. Quando come um herb ívoro, um carn ívoro aproveita aproximadamente 50% da energia dispon ível no alimento que ingere; o restante é eliminado nas fezes. Da metade aproveitada, 15% a 20% são utilizados na manuten ção do metabolismo. O mesmo ocorre nos n íveis tr óficos seguintes. Assim, a energia obtida srcinalmente do Sol vai se dissipando ao longo dos n íveis tróficos dos ecossistemas. Conseq üentemente, para se manterem, os ecossistemas dependem do fornecimento constante da energia luminosa do Sol.
3. Biomassa é a massa de mat éria orgânica contida em um ser vivo (ou em um conjunto de seres vivos); ela reflete a quantidade de energia contida nos organismos e dispon ível para transfer ência ao nível trófico seguinte. 4. Pirâmides de energia s ão gráficos que apresentam forma de pirâmide e representam as quantidades de energia ou de biomassa em cada n ível tr ófico. Nesse tipo de representa ção, a base corresponde ao n ível trófico dos produtores; na seq üência são representados os n íveis dos consumidores prim ários, dos consumidores secund ários, e assim por diante. A largura de cada n ível representa a quantidade de energia ou de mat éria orgânica disponível para o n ível trófico seguinte. 5. Pirâmide de números é um tipo de representa ção gr áfica que indica a quantidade de indiv íduos que comp õem cada nível trófico de uma cadeia alimentar. Por exemplo, na cadeia alimentar formada por capim, gafanhotos e sapos, uma pir âmide de números mostra a quantidade de plantas, de insetos e de sapos, que comp õem, respectivamente, o n ível dos produtores, o nível dos consumidores prim ários e o n ível dos consumidores secundários. Eventualmente, se h á apenas um produtor de tamanho grande (uma árvore, por exemplo) e muitos consumidores secund ários (lagartas de borboleta, por exemplo), o gr áfico não terá formato de pirâmide, embora receba a denomina ção pirâmide de números.
6. Produtividade primária bruta (PPB) é a quantidade de energia que os seres fotossintetizantes conseguem converter em biomassa, em determinado intervalo de tempo. Produtividade primária líquida (PPL) é a energia que está realmente dispon ível para transfer ência ao nível trófico seguinte, depois de descontadas as perdas energ éticas ocorridas na respira ção celular. Representando respira ção celular por R, temos que: PPL = PPB – R. O estudo da transfer ência de energia entre os seres vivos é de grande importância para a humanidade, pelo fato de a esp écie humana participar de diversas cadeias alimentares, de terra firme e aquáticas. 7. Se uma cadeia alimentar apresentar menos n íveis tróficos, nela ocorrerão perdas energéticas relativamente menores, uma vez que as maiores perdas de energia ocorrem, precisamente, na transferência de um nível trófico para outro. Por exemplo, é preciso usar quase 1 tonelada de vegetais para alimentar um n úmero de coelhos que forne ça apenas 250 kg de carne. Portanto, é menos dispendioso, embora nem sempre adequado ao paladar humano, usar diretamente os vegetais como alimento, evitando a perda energ ética que ocorre na transfer ência para o nível dos herbívoros. 8. A explicação para a maior produtividade do ecossistema marinho é que nas algas do fitoplâncton não há, como nas plantas, tecidos não-produtivos, istoé, que não fazem fotossíntese, como madeira, fibras etc. O ciclo de vida das algas é curto, possibilitando que a quantidade de energia por elas absorvida seja rapidamente liberada pela morte e decomposi ção dos indivíduos, sem acúmulo de biomassa. Por outro lado, em uma floresta grande parte da energia absorvida na fotoss íntese fica armazenada na madeira das árvores, constituindo uma biomassa improdutiva e de longa duração. 9. Produtividade secundária líquida (PSL) é a biomassa elaborada no corpo de um animal herbívoro em determinado intervalo de tempo; ela corresponde à energia que o herbívoro conseguiu absorver dos alimentos que ingeriu, j á subtra ído o que foi gasto para manter seu metabolismo. Por exemplo, com uma tonelada de alfafa pode-se alimentar um bezerro ou trezentos coelhos. Ambos produzirão a mesma quantidade de carne a partir da alfafa, mas os coelhos estar ão prontos para o abate em 30 dias, enquanto o bezerro levar á 120 dias. Portanto a PSL dos coelhos é quatro vezes maior que a dos bezerros.
10. Ciclo biogeoquímico é a passagem de elementos qu ímicos (ou água) da matéria orgânica constituinte dos seres vivos ao ambiente e vice-versa. Uma vez que elementos qu ímicos que faziam parte de seres vivos voltam ao ambiente n ão-vivo, fala-se em ciclo biogeoquímico (do grego bios, vida, e geo, Terra), para ressaltar o fato de que os elementos qu ímicos circulam entre os seres vivos e o planeta. 11. O processo de reciclagem dos elementos qu ímicos na natureza é realizado principalmente por certos fungos e bact érias decompositores. Nutrindo-se dos cad áveres dos mais diversos seres vivos, os decompositores promovem sua degrada ção, transformando as subst âncias orgânicas do cad áver em subst âncias mais simples, que passam para o ambiente n ão-vivo e podem ser reutilizadas por outros seres, como mat éria-prima para a fabrica çã o de suas subst â ncias org â nicas. Se n ã o houvesse reaproveitamento dos componentes da mat éria dos cad áveres, alguns dos elementos fundamentais para constituir novos seres vivos poderiam se esgotar.
12. O pequeno ciclo da água é o ciclo das chuvas, em que a água dos oceanos, lagos, rios, geleiras e mesmo a embebida no solo evapora, passando à forma gasosa. Nas camadas mais altas da atmosfera, o vapor d ’á gua condensa-se e srcina nuvens, retornando à crosta terrestre na forma de chuva. O grande ciclo da água é aquele do qual participam os s eres vivos.
13. CICLO DAÁGUA Formas de obtenção
Funções nos seres vivos
Formas de devolu ção ao ambiente
Plantas obt ê m Solvente; a água As plantas eliminam água por trans-
á gua do solo, pela absorção das ra í zes. Animais bebem ou obtêm água contida nos
constitui os flui-
piração; os animais eliminamágua por
dos celulares e
transpiração e também na urina e nas
alimentos.
micas biológicas. ambiente.
corporais; é rea- fezes. Ao morrerem, plantas e animais gente de inúme- são decompostos e a água que fazia ras rea çõ es qu í- parte de sua constitui ção retorna ao
14. CICLO DO CARBONO Forma química Formas de obten ção disponível no pelos seres vivos ambiente
Formas de devolu ção ao ambiente
Na atmosfera, o As plantas captam CO2 Plantas e animais eliminam CO 2 carbono está dis- e o utilizam na fo-
na respira çã o celular; os ani-
ponível na forma tossíntese para produ- mais eliminam carbono (C) nas de gás carbônico zir substâncias orgâni- subst â ncias das fezes. Ao mor(CO2).
cas. Animais obt ê m rerem, plantas e animais s ão carbono (C) comendo decompostos e os átomos de plantas ou outros ani- C que faziam parte de sua constitui çã o retornam ao ammais. biente na forma de CO 2.
15. No passado, cad áveres de grande quantidade de organismos não foram decompostos, em geral por terem sido rapidamente sepultados no fundo do mar sob dep ósitos de sedimentos que depois se tornaram rochas. Os res íduos org ânicos desses seres soterrados sofreram lentas transforma ções químicas e se transformaram nos chamados combust íveis f ósseis, como o carv ão mineral, o gás natural e o petr óleo. A energia contida nas substâncias que formam esses combust íveis foi, portanto, srcinalmente captada da luz solar pela fotoss íntese, milh ões de anos atr ás. A utiliza ção de combust íveis f ósseis pela humanidade tem restitu ído à atmosfera, na forma de CO 2, os átomos de carbono que ficaram fora de circula ção durante milh ões de anos. Devido à queima desses combust íveis, a concentra ção de gás carbônico no ar aumentou, nos últimos 100 anos, de 0,029% para quase 0,04%. Embora pare ça pequeno, esse aumento representa, em termos proporcionais, quase 40%. De acordo com muitos cientistas, o aumento do teor de CO 2 na atmosfera tem provocado a elevação da temperatura m édia da Terra, em razão do efeito estufa.
16. Fixação do nitrogênio é a incorporação de átomos de nitrogênio do N 2 atmosférico (gás nitrogênio ou nitrogênio molecular) em moléculas orgânicas. A grande maioria dos seres vivos n ão consegue utilizar nitrogênio na forma de N2 e por isso depende de umas poucas espécies de bactéria, conhecidas genericamente como bactérias fixadoras de nitrogênio, capazes de utilizar diretamente o nitrogênio do N2, incorporando-o em suas moléculas. 17. Algumas bact érias de vida livre, entre elas as cianobact érias, fixam o nitrog ênio da atmosfera. Outras bact érias fixadoras de nitrogênio, no entanto, vivem no interior de c élulas de organismos eucari ó ticos. Esse é o caso das bact é rias do g ê nero Rhizobium (rizóbios), que vivem associadas principalmente às plantas leguminosas (feij ão, soja, ervilha etc.). Essas bact érias invadem as raízes de plantas jovens, instalando-se e reproduzindo-se no interior de suas c élulas. As bact érias estimulam a multiplicação das células infectadas, o que leva à formação de tumores, denominados n ódulos. Gra ças à associa çã o com os rizóbios, as plantas leguminosas podem viver em solos pobres RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
67
em compostos nitrogenados, nos quais outras plantas n ão se desenvolvem bem. Os riz óbios, por sua vez, tamb ém se beneficiam com a associa ção, pois utilizam como alimento subst âncias orgânicas produzidas pela planta. Ao morrerem e se decomporem, as plantas leguminosas liberam, em forma de am ônia, o nitrogênio de suas moléculas orgânicas, fertilizando o solo.
18. Nitrifica ção é o processo de forma ção de nitratos no solo que ocorre pela a çã o conjunta de dois grupos de bact é rias quimiossintetizantes, conhecidas genericamente como bact érias nitrificantes. As primeiras bact érias a atuar na nitrifica ção pertencem ao g ênero Nitrosomonas . Elas realizam a oxida ção da am ônia (NH3), processo em que essa subst ância se combina com mol éculas de g ás oxig ênio (O2), produzindo o ânion nitrito (NO 2– ). Essa rea ção libera energia, utilizada pela bact éria em seu metabolismo. O nitritoé tóxico para as plantas, mas raramente se acumula no solo por muito tempo, pois é rapidamente oxidado por bact érias do gênero Nitrobacter , que o transformam em nitratos (NO 3– ). Essa rea ção também libera energia, utilizada pelas bact érias em seu metabolismo. O nitrato é facilmente assimilado pelas plantas. O nitrog ênio (N) que o compõe passa a fazer parte de mol éculas org ânicas vegetais, principalmente prote ínas e ácidos nucl éicos. Quando as plantas são comidas por herb ívoros, as subst âncias org ânicas nitrogenadas s ão utilizadas para a constitui ção das mol éculas animais. O mesmo ocorre nos n íveis tr óficos superiores das cadeias alimentares. 19. Desnitrificação é a degradação de compostos nitrogenados realizada para obten ção de energia, por certas bact érias do solo, denominadas genericamente bact érias desnitrificantes. Essas bactérias liberam gás nitrogênio, que retorna à atmosfera. 20. Adubação verde é o aumento do teor de nitrog ênio disponível no solo por meio do cultivo de plantas leguminosas como soja, alfafa, feijão, ervilha etc., que abrigam em suas ra ízes bact érias fixadoras de nitrog ênio do gênero Rhizobium. As leguminosas podem ser plantadas tanto junto com plantas n ão-leguminosas, formando as chamadas planta ções consorciadas, como em períodos alternados com cultivo de outras plantas, processo que é chamado de rotação de culturas. Em campos experimentais plantados com leguminosas como alfafa e soja, verificou-se aumento de até 100 vezes na quantidade de nitrog ênio fixado, em relação a um ecossistema natural. 21. CICLO DO NITROG ÊNIO Forma química disponível no ambiente
Formas de obten ção pelos seres vivos
Formas de devolu ção ao ambiente
Na atmosfera, na Bactérias fixadoras de nitrogê- Plantas e animais, ao morforma de gás ni- nio como os rizóbios fixam o rer, são decompostos e o trogênio (N2).
nitrogênio atmosférico. Com nitrogênio volta ao ambia decomposição, o nitrogênio ente na forma de amônia. na forma de amônia chega ao Animais excretam comsolo. Bact érias nitrificantes
postos nitrogenados (ur éia
convertem amônia em nitra- etc.). Bact é rias desnitos, a forma que é mais bem trificantes no solo utilizam assimilada pelas plantas. Ani- compostos nitrogenados e mais obtêm nitrogênio ao co- liberam g á s nitrog ê nio mer plantas ou outros animais.para o ambiente.
22. Gás oxigênio, gás carb ônico e água constituem as tr ês principais fontes inorg ânicas de átomos de oxig ênio para os seres vivos e realizam constantes trocas de átomos entre si, durante os processos metab ólicos da biosfera. O ciclo do oxig ênio consiste na passagem de átomos de oxig ênio de compostos inorg ânicos do ambiente para subst âncias org ânicas dos seres vivos, e vice-
68
RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
versa. Trata-se de um ciclo complexo, pois o oxig ênio é utilizado e liberado pelos seres vivos na forma de subst âncias diversas, como gás carbônico, gás oxigênio e água. O principal reservat ório de oxigênio para os seres vivos é a atmosfera, onde esse elemento se encontra nas formas de g ás oxigênio (O2) e gás carbônico (CO2).O O 2 é utilizado na respira ção aeróbia de plantas e animais. Nesse processo, os átomos de oxig ênio combinam-se com átomos de hidrog ênio, formando moléculas de água, que podem ser utilizadas na s íntese de outras subst âncias, de modo que seus átomos de oxig ênio tornam-se componentes delas. O CO 2 atmosf érico é utilizado no processo de fotossíntese e os átomos de oxig ênio dessa mol écula passam a fazer parte da mat éria orgânica das plantas. Pela respira ção celular, e também pela decomposi ção dessa mat éria orgânica, o oxigênio é restitu ído à atmosfera passando a fazer parte de moléculas de água e de gás carbônico. 23. Nas altas camadas da atmosfera, uma das formas de radia ção ultravioleta emitida pelo Sol (ultravioleta curta) causa a ruptura de uma certa quantidade de mol éculas de g ás oxigênio (O2), com liberação de átomos isolados que imediatamente reagem com moléculas de O 2, formando o g ás ozônio (O3). Essa rea ção ocorre a altitudes entre 20 km e 40 km acima do n ível do mar.
24. O oz ônio forma, na alta atmosfera, uma camada que constitui um escudo protetor contra a penetra ção de um tipo de radiação ultravioleta do Sol, a ultravioleta longa, muito prejudicial aos seres vivos. Se essa radia ção atingisse livremente a superf ície do planeta, muitos organismos morreriam. A radia ção ultravioleta longa aumenta significativamente a taxa de muta ção dos genes, sendo um dos principais fatores respons áveis pela ocorr ência de câncer de pele na esp écie humana. 25. A principal causa da destrui ção da camada de ozônio é a liberação, na atmosfera, de gases do grupo dos clorofluorcarbonos, abreviadamente chamados de CFCs. Os CFCs s ão gases sint éticos (isto é, produzidos em laboratórios e indústrias) utilizados em aerossóis, em compressores de geladeiras e liberados durante a fabrica ção de certos tipos de pl ástico utilizados em embalagens. Os CFCs acumulam-se nas altas camadas da atmosfera, onde o cloro presente em suas mol éculas reage com mol éculas de ozônio, quebrando-as. O oz ônio forma um escudo protetor contra a penetra ção de um tipo de radiação ultravioleta do Sol, a ultravioleta longa, muito prejudicial aos seres vivos. Se essa radiação ultravioleta atingisse livremente a superf ície do planeta, muitos organismos morreriam. A radia ção ultravioleta longa aumenta significativamente a taxa de muta ção dos genes, sendo um dos principais fatores respons áveis pela ocorr ência do câncer de pele na esp écie humana.
2 6 . a ) O fósforo faz parte de mol éculas org ânicas importantes, como o material heredit ário e o ATP. O composto de f ósforo importante para os seres vivos é o íon fosfato (PO43–). As plantas obt êm f ósforo do ambiente absorvendo fosfatos dissolvidos na água e no solo. Os animais obt êm fosfatos na água e no alimento. b) Por meio dos processos de decomposi ção da matéria orgânica, o f ósforo é devolvido ao solo ou à água. Parte dele é levada pelas chuvas para lagos e mares, onde acaba se incorporando às rochas. Nesse caso, o f ósforo só retorna aos ecossistemas bem mais tarde, quando essas rochas se elevam em conseq üência de processos geol ógicos e, na superf ície, s ão decompostas e transformadas em solo. Assim, podemse distinguir dois aspectos do ciclo do f ósforo, relacionados a escalas de tempo bem diferentes. Uma parte do elemento é reciclada localmente entre o solo, plantas, consumidores e decompositores, em um tempo relativamente curto, que podemos chamar de ciclo de tempo ecol ógico. Outra parte do fósforo ambiental é sedimentada e incorporada às rochas, e seu ciclo d á-se em um tempo bem mais longo que, por isso, pode ser chamado de ciclo de tempo geol ógico.
QUESTÕES PARA PENSAR E DISCUTIR
Taxa de crescimento = absoluto
Nf – Ni t
QUESTÕES OBJETIVAS
27 . c
28 . b
2 9. c
3 0. c
31 . d
32 . b
Ni = número de indivíduos no início do período considerado;
QUESTÕES DISCURSIVAS
33. Nesse ecossistema não haveria decomposição dos dejetos e dos cadáveres, o que levaria ao ac úmulo de matéria orgânica não-decomposta e, posteriormente, à falta de matéria-prima para a formação de novos indivíduos. É pela decomposição que os nutrientes retornam ao ambiente, participando dos ciclos biogeoqu ímicos. 34. Esquema da pir âmide: Consumidores terciários: 1,5 g/m 2 Consumidores secundários: 11 g/m 2 Consumidores prim ários: 37 g/m2 Produtores: 809 g/m2
35. Orientar os estudantes a calcular o comprimento, em cent ímetros, de cada n ível trófico das pir âmides de biomassa; as dimensões calculadas mostram como ficaria dif ícil fazer a representação em escala, devido à grande diferença de tamanho dos n íveis. Para o ecossistema terrestre, os dados seriam: produtores = 520 cm; consumidores prim ários = 0,07 cm; consumidores secundários = 0,01 cm. Para o ecossistema aqu ático, os dados seriam: produtores = 680 cm; consumidores prim ários = 120 cm; consumidores secund ários = 9 cm 36. Professor, oriente os estudantes a pesquisar e a discutir os resultados de suas pesquisas. Se sua escola estiver conectada à Internet, pode-se pesquisar o assunto nos sites da Petrobras (www.petrobras.com.br)e da Agência Nacional do Petróleo (ANP) (www.anp.gov.br).
CAPÍTULO
15
DINÂMICA DAS POPULAÇÕES BIOLÓGICAS GUIA DE ESTUDO 1. População biológica é um grupo de indivíduos de mesma esp écie que convivem em determinada área geográfica. A população é uma unidade importante no estudo da Ecologia porque evolui e se adapta ao ambiente, comportando-se de forma dinâmica no ecossistema. 2. Densidade populacional é o número de indivíduos de uma mesma espécie que vive em determinada área ou volume: Densidade = populacional
em que
Número de indivíduos Área ou volume
A densidade das popula ções humanas, denominada densidade demográfica, é calculada a partir de recenseamentos peri ódicos, os censos demogr áficos. Por exemplo, o censo realizado no ano 2000 mostrou que a popula ção brasileira estava constitu ída por 169 milhões de pessoas distribu ídas pelos quase 8,5 milhões de quilômetros quadrados de superfície do território nacional. Assim, a densidade demogr áfica do Brasil, naquele ano, era de 19,8 habitantes por quil ômetro quadrado (hab./km2).
3. Taxa de crescimento de uma população é a variação (aumento ou diminuição) no número de indivíduos em determinado intervalo de tempo. Fala-se em taxa de crescimento absoluto quando não se leva em conta o tamanho da popula ção, mas apenas a variação do número de indivíduos no período considerado. Essa rela ção está expressa no esquema a seguir:
Nf = número de indivíduos no final do período considerado; t = duração do período considerado. 4. Taxa de crescimento relativoé a variação do número de indivíduos de uma popula ção em relação ao seu n úmero inicial. Para se determinar a taxa de crescimento relativo toma-se o n úmero de indivíduos da popula ção no tempo final (Nf), subtrai-se dele o n úmero de indivíduos da popula ção no tempo inicial (Ni), e divide-se o resultado obtido pelo n úmero de indivíduos que havia na população no tempo inicial (Ni). Com isso, determina-se a taxa de crescimento em rela ção ao tamanho da popula ção. Taxa de crescimento (Nf – Ni) / Ni = relativo t
Para uma população em que o número inicial de indiv íduos era 10.000 e passou a 40.000, em3 horas, TCR = (40.000– 10.000) / 10.000 / 3 h = 1 indiv íduo / hora. Para outra em que oúnmero inicial de indivíduos era 200.000 e passou a 500.000, em 3 horas, TCR = (500.000– 200.000) / 200.000 / 3 h = 0,5 indiv íduo / hora.
5. O crescimento de uma popula ção é determinado, fundamentalmente, por dois fen ômenos opostos: a natalidade (n úmero de indivíduos que nascem) e a mortalidade (número de indivíduos que morrem). Outros fatores que tamb ém afetam o tamanho de uma população s ão a imigração, que é a entrada de novos indivíduos na popula ção, e a emigração, que é a saída de indivíduos da população. 6. Na espécie humana, costuma-se expressar a taxa de natalidade como o número de crianças nascidas no per íodo de um ano para cada 1.000 habitantes da popula ção. Analogamente, taxa de mortalidade é o número de óbitos (mortes) ocorridos no período de um ano para cada 1.000 habitantes da popula ção. Ao expressarmos esses n úmeros por 1.000 habitantes, estamos “relativizando-os”, ou seja, tornando-os compar áveis aos de outras popula ções. Por exemplo, se ocorreram dois nascimentos no ano em uma popula ção de 1.000 habitantes, a taxa de natalidade é igual a 2 /1.000, o dobro da taxa de natalidade de uma população de 4.000 habitantes na qual tenham nascido 4 pessoas no ano (4/4.000 ou 1/1.000). Taxa de natalidade = Número de nascimentos no ano/1.000 pessoas Taxa de mortalidade = Número de mortes no ano/1.000 pessoas
7. Índice de fertilidade é o número médio de descendentes produzidos por uma fêmea durante seu per íodo reprodutivo. Na espécie humana, se uma popula ção tiver índice de fertilidade igual a 2, isso significa que a m édia de filhos de um casal é 2; nesse caso, os filhos da gera ção seguinte simplesmente substituem seus pais, em termos do n úmero de pessoas da popula ção. Em outras palavras, a popula ção tende a se manter est ável. Por isso, costuma-se dizer que, com um índice de fertilidade igual a 2, a reprodução atua em nível de substitui ção da geração anterior. Se o índice de fertilidade for superior a 2, isso indica uma tendência ao crescimento populacional; se for inferior a 2, indica diminuição do tamanho da popula ção.
8. Potencial biótico é a capacidade de crescimento pleno de uma população biológica. 9. Resist ência do meio é o conjunto de fatores ambientais que limitam o crescimento de uma popula ção. Em condições natuRESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
69
rais, o potencial de crescimento de uma popula ção é limitado pela disponibilidade de alimento, de espa ço e de abrigo, al ém do fato de poderem existir predadores, parasitas e popula ções competidoras. A resistência do meio aumentaproporcionalmente ao aumento da densidade populacional, até se atingir um ponto em que as taxas de natalidade e de mortalidade sejam equivalentes e o número de indivíduos da população permaneça mais ou menos constante ao longo do tempo.
10. Carga biótica máxima do meio é o tamanho m áximo de determinada população que um ambiente pode suportar. 11. Segundo o princípio da exclus ão competitiva, se duas esp écies apresentam nichos ecol ógicos muito semelhantes, elas tendem a competir acirradamente e, provavelmente, uma acabar á eliminando a outra ou a forçará a emigrar.
24. No gráfico 1 est ão representadas as curvas de potencial bi ótico para as espécies A e B. A curva para a esp écie B, no gr áfico 2, representa curva de crescimento log ística. Quando as esp écies A e B estão reunidas, as condi ções para ambas as esp écies pioram depois de algum tempo. É possível, por exemplo, que haja competição entre as esp écies. 25. Pirâmides de idade: Pa A ís 65 ou mais
Pa 3,8%
ís B
17,3%
40-64
16,4%
30,6%
15-39
39,2%
33,3%
0-14
40,6%
18,8%
12. Os principais fatores ambientais que limitam o crescimento de uma população são: densidade populacional, disponibilidade de alimentos, competição entre os indivíduos da própria espécie (competição intra-específica), competição entre indivíduos de espécies diferentes (interespec ífica), predatismo e parasitismo. Uma popula ção em equilíbrio pode sofrer os efeitos do aumento da intensidade de um ou mais fatores limitantes, o que causa diminui ção do tamanho populacional. O abrandamento de um fatorlimitante, por outro lado, pode determinar maior taxa de crescimento. Os fatores limitantes variam constantemente de intensidade, o que acarreta flutua ções no tamanho das popula ções naturais.
13. Pirâmides de idade, ou pirâmides etárias, são representações gráficas que expressam a distribui ção dos indivíduos de uma população por faixas de idade. Popula ções jovens, com alta taxa de crescimento, têm gráficos realmente em forma de pirâmide, com a base mais larga que o ápice, o que indica elevada taxa de natalidade. Em populações que controlam a natalidade, o gr áfico pode perder a forma de pir âmide, sendo a base, em certos casos, mais estreita que o ápice. A análise de pirâmides de idade pode revelar futuras tendências da população. Por exemplo, uma população com muitas pessoas na faixa de idade entre 0-14 anos (pirâmide de base larga) indica que, nos anos seguintes, grande de pessoas entrar idade reprodutiva, o que úmerocrescimento á na çã permitenprever da popula o nos próximos anos.
QUESTÕES PARA PENSAR E DISCUTIR QUESTÕES OBJETIVAS
14. b 18 . a
1 5. c 19 . c
1 6 . bd; 2 0. b
1 7 . ac; 21. d
QUESTÕES DISCURSIVAS
22. A curva de potencial bi ótico (CPB) representa o potencial de crescimento de uma população que encontrasse condições ideais de alimento, de espa ço etc. O meio, entretanto, imp õe restrições ao crescimento potencial, o que se chama resist ência do meio (R), caracterizada pela restri ção de espa ço, de obtenção de alimento, pela competi çã o, preda çã o, parasitismo etc. Da interação do potencial bi ótico com a resist ência do meio surge a curva de crescimento real para dada situa ção ambiental a que se encontra submetida uma esp écie. 23 . a)Número de indivíduos em cada ano: 1) 140; 2) 211; 3) 312; 4) 433; 5) 453; 6) 449. Os estudantes devem ser orientados a construir um gráfico de linhas com esses dados (ordenadas = n úmero de indivíduos; abscissas = tempo em anos). b) Densidade populacional a cada ano (indiv íduos por km2): 1) 140; 2) 211; 3) 312; 4) 433; 5) 453; 6) 449. Os estudantes devem ser orientados a construir um gr áfico de barras com esses dados. c) Aparentemente o tamanho da população se estabilizou. O fator mais provável para isso é a escassez de recursos do meio devido ao aumento populacional. Nos anos seguintes é provável que o número de indivíduos oscile em torno do mesmo valor observado no último ano, considerando-se que j á foi atingido o n úmero de indivíduos que o meio pode suportar.
70
RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
CAPÍTULO
16
Relações ECOLÓGICAS entre seres vivos GUIA DE ESTUDO 1. Relações intra-espec íficas s ão as que se estabelecem entre indivíduos de mesma esp écie, enquanto relações interespecíficas s ão as que se estabelecem entre indiv íduos de esp écies diferentes. Exemplo de relação intra-específica é a sociedade; de rela ção interespecífica é a predação. 2. Competição intra-específica é a disputa, entre indivíduos de mesma espécie, por um ou mais recursos do ambiente. Dependendo da espécie, pode ocorrer competi ção por água, alimento, minerais, luz, locais para construir os ninhos, parceiros para reprodução etc. Al ém da luta f ísica por alimento ou por parceiros de reprodução, a competição também pode se manifestar de outras formas. Por exemplo, se um animal é muito ativo na procura de alimento, ele tende a levar vantagem competitiva sobre outro mais lento, principalmente se o alimento for escasso. Plantas podem competir por água e por nutrientes dispon íveis no solo, e também por locais onde a luminosidade seja mais adequada. Em certas regi ões desérticas, por exemplo, nota-se uma distribuição espaçada dos indiv íduos de certas popula ções de plantas. Isso se deve à competição pelo suprimento de água no solo: como duas plantas n ão podem crescer muito perto uma da outra devido à escassez de água, elas distribuem-se com certa homogeneidade na área ocupada pela popula ção. 3. Colônias são relações de cooperação intra-específica, em que indivíduos de mesma espécie vivem agrupados, interagindo deforma mutuamente vantajosa. Entre os componentes de uma col ônia há sempre divisão de trabalho, cujo grau varia de acordo com a espécie. Quando os indivíduos de uma colônia são semelhantes, a colônia é considerada isomorfa; quando a colônia é formada por indivíduos diferentes, fala-se em colônia heteromorfa. A alga colonial Volvox, que vive em água doce, é um exemplo de colônia heteromorfa. Outro exemplo de colônia heteromorfa é o cnidário Physalia pelagica, conhecido como caravela-portuguesa. Outro cnid ário colonial é a Obelia , em que as col ônias s ão heteromorfas, com indiv íduos alimentadores, chamados de gastrozóides, e indivíduos reprodutores, chamados de gonoz óides. Os são cnid que apresentam colcentenas, com ônias isomorfas, umcorais esqueleto calcáários rio compartilhado por milhares ou milhões de indivíduos muito semelhantes.
4. Sociedades s ão grupos de organismos de mesma esp écie em que os indivíduos apresentam algum grau de coopera ção entre si e relativa independ ência e mobilidade. Estas últimas características distinguem sociedade de col ônia, na qual os indivíduos são fisicamente unidos. Diversas esp écies, inclusive a nossa, vivem em sociedade. Exemplos de sociedades altamente organizadas s ã o encontrados nos insetos sociais das ordens Hymenoptera (abelhas, formigas e vespas) e Isoptera (cupins).
5. Castas sociais s ão os diferentes tipos de indiv íduo, que exercem funções bem definidas em certas esp écies de insetos sociais. Na sociedade das abelhas, por exemplo, h á três castas b ásicas: rainha, zangão e operária. Na sociedade de certas formigas h á a casta dos reis (rainha e rei), dos soldados etc.
12. Simbiose é toda relação ecológica próxima e interdependente de certas espécies de uma comunidade, com conseqüências vantajosas ou desvantajosas para pelo menos uma das partes. Podem-se distinguir quatro tipos de simbiose: inquilinismo, comensalismo, mutualismo e parasitismo.
6. Em Apis mellifera, a rainha pode colocar dois tipos de ovo: n ãofecundado e fecundado. Os ovos n ão-fecundados desenvolvemse normalmente, fenômeno conhecido como partenogênese (do grego partenós, virgem, não-fecundado, e genesis, srcem), e srcinam machos hapl óides com cromossomos exclusivamente maternos. Ovos fecundados srcinam f êmeas diplóides. Estas podem desenvolver-se como oper árias ou como rainhas, dependendo do tipo de alimenta ção que recebem na fase larval. Larvas de oper árias e de zangões s ão alimentadas principalmente com mel, enquanto certas larvas, alimentadas com uma subs-
13. Inquilinismo é a relação em que uma espécie “inquilina” vive sobre ou no interior de uma espécie hospedeira, sem prejudicá-la. O recurso principal buscado pelo inquilino, como o pr óprio nome indica, é abrigo e moradia. Por exemplo, orqu ídeas, bromélias e samambaias que crescem sobre outras plantas ãso exemplos de inquilinismo. Nesses casos, as espécies inquilinas são chamadas de epífitas (do grego epi, sobre, e phytos, planta). A vantagem das epífitas em crescer sobre árvores de grande porte é obter maior suprimento de luz para a fotoss íntese, principalmente no ambiente pouco iluminado do interior das florestas.
tância especial, a gel éia real, transformam-se em rainhas. Ao atingir a maturidade sexual, as jovens rainhas abandonam a colméia, seguidas por um pequeno “séquito ” de oper árias e zangões, e fundam colm éias novas.
7. Quando analisadas sob o ponto de vista de ganho ou perda para os indivíduos envolvidos, as relações ecológicas interespecíficas podem ser classificadas em positivas ou negativas. Rela ções ecológicas positivas são aquelas em que um ou ambos os indivíduos associados beneficiam-se e não h á prejuízo para nenhuma das partes. Relações ecológicas negativas são aquelas em que há prejuízo para um dos participantes da relação, ou para ambos. 8. Protocooperação ou mutualismo facultativo, tamb ém chamado apenas coopera ção, é um tipo de rela ção ecológica em que as espécies associadas trocam benef ícios, mas tamb ém podem viver sozinhas. Um exemplo de protocoopera ção é a relação entre crustáceos do g ênero Pagurus, conhecidos como caranguejoseremita, e algumas esp écies de an êmona-do-mar (filo Cnidaria). Outro exemplo de protocoopera ção é a relação entre grandes mamíferos, como bois, b úfalos e rinocerontes, e aves que comem seus carrapatos. Crocodilos tamb ém convivem cooperativamente com aves que entram em sua boca, removendo detritos e sanguessugas de suas gengivas.
9. Herbivoria é a relação em que animais herb ívoros comem partes vivas de plantas. Do ponto de vista individual, h á prejuízo para as plantas e benef ício para os animais que delas se alimentam. Essa rela ção, entretanto, é uma das mais importantes na natureza: é por meio da herbivoria que a energia captada da luz solar pelos produtores pode passar para os demais n íveis tróficos das cadeias alimentares. 10. Predação é a relação em que uma espécie animal, predadora, mata e come indivíduos de outra esp écie animal, que constituem suas presas. Do ponto de vista individual, as esp écies predadoras beneficiam-se, enquanto as presas s ão prejudicadas. Do ponto de vista ecol ógico, a preda ção é um mecanismo que regula a densidade populacional, tanto para presas como para predadores. A estreita correla ção observada entre as flutua ções no tamanho das populações de predadores e presas é da maior importância para a sobreviv ência de ambas. 11. Quando duas esp écies de uma comunidade disputam os mesmos recursos do ambiente, pode-se dizer que seus nichos ecol ógicos se “sobrep e ocorrecapim, competi õem ”, comem ção interespec ífica. ePor exemplo, espécies que como os gafanhotos o gado, competem por alimento: ocorre sobreposi ção da parte de seus nichos referentes à alimentação. Plantas cujas ra ízes est ão na mesma profundidade do solo competem por água e por nutrientes minerais. Quanto mais os nichos ecol ógicos das esp écies s ão semelhantes, ou seja, quanto mais sobrepostos eles s ão, mais intensa é a competi ção entre as esp écies. A competi ção interespecífica pode resultar tanto na extin ção de uma das espécies como lev á-la a migrar, procurando umaárea disponível e sem espécies competidoras.
14. No comensalismo, assim como no inquilinismo, uma das esp écies é beneficiada pela simbiose, enquanto a outra, aparentemente, não obtém nenhum benefício com a rela ção, embora não sofra prejuízo. O recurso principal buscado pelo comensal, como o próprio nome indica, é alimento. Um exemplo cl ássico de comensalismo é a associa ção entre a rêmora (ou peixe-piloto) e o tubar ão. A rêmora possui uma estrutura dorsal aderente, comparável a uma ventosa, o apreensório, com o qual se prende ao corpo de tubar ões. O tubar ão fornece transporte gratuito para a rêmora e parece n ão se importar com sua presen ça. As rêmoras alimentam-se dos restos das presas ca çadas pelos tubarões, obtendo vantagens com a associa ção. A relação entre hienas e leões também é um caso de comensalismo. As hienas acompanham, a dist ância, bandos de le ões, servindo-se dos restos da caça abandonados por eles. Em certos casos, é difícil estabelecer a diferença entre inquilinismo e comensalismo. Por exemplo, diversas esp écies de peixe-palha ço encontram abrigo e proteção entre os tent áculos de certas an êmonas-do-mar. Falaríamos, portanto, que se trata de uma rela ção de inquilinismo. Entretanto, se os peixes-palha ço aproveitarem restos da alimenta ção da an além de utiliz êmona, á-la como abrigo, a relação seria mais bem classificada como comensalismo.
15. Mutualismo, também chamado de mutualismo obrigatório, é um tipo de simbiose em que ambas as espécies que interagem obtêm benefícios. O mutualismo obrigatório difere da protocooperação pelo fato de ser permanente e indispens ável à sobrevivência dos indivíduos associados; como vimos, na protocoopera ção os indivíduos das espécies participantes da relação podem viver associados ou não. Um exemplo de mutualismoé a interação de certas espécies de cupins de madeira e microrganismos (bact érias e protozoários) que habitam seu intestino. Outro exemplo de mutualismo é encontrado nos liquens, que ãs o organismos formados pela associação de certas espécies de fungos e certas algas ou cianobactérias. Um terceiro exemplo de mutualismoé a associação entre determinados fungos e as raízes de certas plantas, formando as chamadas micorrizas. 16. Parasitismo é o tipo de simbiose em que uma esp écie parasita associa-se a outra — a esp écie hospedeira —, causando-lhe prejuízos por alimentar-se à sua custa. Em geral, esp écies parasitas e hospedeiras est ão bem adaptadas umas às outras, de modo que a rela çã o causa poucos preju ízos ao organismo parasitado. Basta pensar que, se um parasita matar seu hospedeiro, ele tamb ém morrerá; portanto, a tend ência é que a relação parasitária se torne equilibrada ao longo das gera ções, o parasita adaptando-se ao hospedeiro, e vice-versa, fen ômeno denominado coadapta ção. Organismos parasitas podem viver na superfície externa do hospedeiro, sendo ent ão chamados ectoparasitos, ou viver no interior do corpo do hospedeiro, sendo chamados endoparasitos. Exemplos de ectoparasitos s ão piolhos e carrapatos, e de endoparasitos s ão as lombrigas, solitárias, bactérias, vírus e muitos outros. Há animais ectoparasitos RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
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de plantas, como os pulg ões, por exemplo, que sugam seiva elaborada dos caules atrav és de suas longas trombas. H á também plantas parasitas de outras plantas. O cip ó-chumbo, por exemplo, é uma planta parasita de cor amarela, sem folhas nem clorofila, com apar ência de “fios-de-ovos ”, que cresce sobre outras plantas. A erva-de-passarinho é uma planta “hemiparasita ”, pois extrai das plantas hospedeiras apenas subst âncias inorg ânicas.
QUESTÕES PARA PENSAR E DISCUTIR QUESTÕES OBJETIVAS
17. g
18 . g
1 9. f
2 0. c
21. e
23. b
24 . h
2 5. i
2 6. b
27. d
22 . b 28 . c
29. c
30 . d
3 1. e
3 2. d
33. a
34 . e
QUESTÕES DISCURSIVAS
36. Nos dois casos h á benefícios mútuos. Na situa ção em que há alta especificidade entre inseto e planta, fala-se em mutualismo, e quando não há especificidade, fala-se em protocoopera ção. 37. I) Predatismo, pois a esp écie B se desenvolve melhor quando associada à esp écie A, a qual é claramente prejudicada. II) Comensalismo: a esp écie B é claramente beneficiada com a associação, e a espécie A não é afetada. 38. a) Parasitismo, pois a broca (parasita) causa danos às árvores (hospedeiras). b) Predatismo, pois os pica-paus (predadores) alimentam-se das brocas (presas). c) Poderia ser classificado como protocooperação, pois os pica-paus beneficiam as árvores ao comer as brocas. As árvores, por sua vez, beneficiam os picapaus porque lhes fornecem alimento (as brocas). 39. A relação entre os fungos e as formigas é um exemplo de mutualismo, umçõdepende outro para sobreviver; o fungo precisaporque das condi es criadasdopelas formigas para se desenvolver e as formigas dependem do fungo como alimento.
35. Relações ecol ógicas CAPÍTULO
RELAÇÃO INFRAESPECÍFICA
CARACTERÍSTICAS
EFEITOS DE UM ASSOCIADO SOBRE OUTRO
COLÔNIA
Indivíduos agrupados, com união f ísica entre si, com ou sem divis ão de trabalho (ex.: corais).
+/+
SOCIEDADE
ão f ísica Indivíduos agrupados, sem uni entre si, com organização social e diviéia de abelhas). são de trabalho (ex.: colm
+/+
COMPETIÇÃO
Disputa entre indivíduos pelos mesmos recursos (em praticamente todas as espécies).
–/–
EFEITOS DE UM ASSOCIADO SOBRE OUTRO
PROTOCOOPERAÇÃO
Associação n ão obrigatória entre indiv íduos, com benefícios mútuos (ex.: an êmona-do-mar / caranguejo-eremita).
+/+
INQUILINISMO
Associação em que um dos associados usa o outro como apoio ou moradia, sem prejudic á-lo (ex.: planta ep ífita / planta que a abriga).
+/0
HERBIVORIA
Relação entre animais e as plantas que lhes servem de alimento (ex.: gafanhoto / capim).
+/–
PREDAÇÃO
Relação em que um animal mata e devora outro (ex.: camundongo / coruja).
+/–
COMPETIÇÃO
Relação entre organismos que ocupam nichos ecológicos semelhantes (ex.: gafanhoto / taturanas).
–/–
COMENSALISMO
Relação em que um dos associados se beneficia de outro, sem prejudicá-lo (ex.: hiena / le ão).
+/0
PARASITISMO
Relação em que um dos associados se beneficia de outro, causando-lhe preju ízos (ex.: lombriga / ser humano).
+/–
MUTUALISMO
Associação obrigatória, com benefícios mútuos (ex.: alga / fungo no liquen).
+/+
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Sucessão ecológica e biomas GUIA DE ESTUDO
CARACTERÍSTICAS
RELAÇÃO INTERESPECÍFICA
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1. Espécies pioneiras s ão aquelas que conseguem se instalar em lugares inóspitos, suportando suas severas condi ções e abrindo caminho para a chegada de outras esp écies. Gramíneas que colonizam dunas de areia e liquens que colonizam rochas nuas são exemplos de esp écies pioneiras. 2. Sucessão ecológica é um processo gradativo de coloniza ção de um hábitat, em que a composi ção das comunidades vai se alterando ao longo do tempo. Sucess ão primária é a que ocorre em uma área antes desabitada, cujas condi ções iniciais eram altamente desfavor áveis à vida. Ex.: a sucess ão que ocorre em uma lava vulcânica. Sucess ão secundária é a que ocorre em locais desabitados, mas que j á foram anteriormente ocupados por uma comunidade biológica e, por isso, apresentam condi ções iniciais relativamente favoráveis ao estabelecimento de uma comunidade biológica. Ex.: a sucess ão que ocorre em um campo de cultivo abandonado em uma área florestal. 3. Microclima refere-se às condi ções ambientais particulares do biótopo ao qual est ão adaptadas determinadas esp écies.
RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
4 . a ) Os organismos das comunidades em sucess ão provocam modificações na estrutura f ísica do h ábitat e no clima, inaugurando nichos ecol ógicos novos, que favorecem a chegada de novas espécies. Por exemplo, plantas suculentas criam o nicho ideal para pulgões e para outros insetos herb ívoros. Estes, por sua vez, servem de alimento a insetos predadores, que servir ão de alimento a p ássaros inset ívoros e assim por diante. b) O aparecimento de novos nichos ecol ógicos leva ao aumento da diversidade de esp écies na comunidade, ou seja, ao aumento da biodiversidade. Com isso, aumenta o n úmero total de indivíduos capazes de viver na comunidade e, portanto, a biomassa do ecossistema em sucess ão. c) O crescimento da teia de relações entre seus componentes permite à comunidade ajustar-se cada vez mais às variações impostas pelo meio, aumentando sua homeostase, isto é, sua capacidade de manter-se est ável apesar das varia ções ambientais.
5. Comunidade cl ímax é uma comunidade est ável, em que a biodiversidade, a biomassa e as condições microclimáticas tendem a manter-se constantes. Nesse estágio é atingido o máximo da homeostase. O clímax é um estado de estabilidade da comunidade resultante da sucessão compatível com as condições da região.
6. O desenvolvimento que uma comunidade pode atingir, isto é, seu cl ímax, depende de um conjunto de caracter ísticas do meio. As mais importantes s ão o clima — que inclui a temperatura ambiental, o índice de chuvas etc. — e o tipo de solo presentes na região. 7. Insolação é a quantidade de radiação solar que atinge a superf ície terrestre. A insola ção depende de dois fatores principais: a latitude e a inclina ção do eixo de rota ção da Terra em relação ao ângulo de incidência dos raios solares. Na linha do equador, isto é, na latitude zero, os feixes de radia ção solar incidem quase perpendicularmente à superfície terrestre, enquanto nas regi ões situadas em latitudes crescentes, norte e sul, os feixes incidem obliquamente, devidoà curvatura da Terra. Conseqüentemente, no equador, a mesma quantidade de energia solar distri bui-se em uma área menor de superfície terrestre que junto dos pólos; por isso no equador, a mesma quantidade de energia solar aquece mais determinada área da superfície que nos pólos.
8. O eixo de rotação da Terra apresenta uma inclinação da ordem de 23,5° (graus de circunfer ência) em relação ao Sol. A inclinação do eixo não se altera ao longo do ano, de tal maneira que, no início do ano, o hemisf ério norte est á inclinado para longe do Sol. Isso, al ém de fazer os feixes de radia ção incidirem obliquamente à superfície do hemisf ério norte, também diminui a duração dos dias, resultando em temperaturas baixas. No hemisfério sul ocorre o contr ário. 9. Nas regiões equatoriais, o ar, por estar fortemente aquecido pelo calor que irradia do solo, sobe (por estar menos denso) e gera uma zona de baixa pressão, que é imediatamente ocupada por ar mais frio. Esse movimento do ar devido ao aquecimento desigual é conhecido como corrente de convec ção. O ar aquecido desloca-se afastando-se do equador e, pr óximo das latitudes de 30° norte e sul, a massa de ar desce. Junto à superfície, a atmosfera novamente se aquece, subindo e deslocando-se at é 60° de latitude, onde desce novamente. Uma terceira eúltima convecção leva massas atmosf éricas at é as regiões polares. Pesadas chuvas ocorrem quando o ar aquecido sobe e se resfria, principalmente nas regiões tropicais, onde a evapora ção é intensa. Muitas das regiões desérticas do planeta encontram-se justamente nas latitudes de 30 ° norte e sul, onde as massas de ar seco descem sobre a superf ície terrestre. Ao se aquecerem, subindo novamente, as massas de ar carregam a umidade da regi ão, tornando-a seca.
10. A água dos mares e dos oceanos circula, formando correntes resultantes do efeito combinado dos ventos e da rota ção da Terra. No hemisfério norte, as correntes oce ânicas circulam no sentido hor ário, enquanto no hemisf ério sul circulam no sentido anti-horário. Duas correntes oce ânicas muito importantes s ão a Corrente do Golfo e a Corrente de Humboldt. A primeira leva água aquecida do equador até a costa da Am érica do Norte e da Europa, tornando mais amenas as temperaturas dessas regiões. A segunda leva águas resfriadas da regi ão polar até a costa pac ífica da América do Sul. Além de contribuírem na circulação de energia, as correntes oce ânicas s ão também importantes na circula ção de nutrientes no ambiente marinho. 11. O solo forma-se pela desagregação das rochas da superf ície terrestre. O aquecimento pelo Sol e o resfriamento brusco pelas chuvas, aliados à ação dos ventos, s ão os fatores que constituem o intemperismo, respons ável pela fragmentação das rochas, que s ão reduzidas a pequenas partículas. As part ículas que compõem as camadas superiores do solo, que est ão mais sujeitas aos efeitos do intemperismo, s ão menores que as das camadas mais profundas. A rocha n ão-decomposta, localizada na posição mais inferior do solo, é denominada rocha matriz. 12. Quanto à textura, os solos podem ser formados por part ículas maiores ou menores, desde areia grossa, com part ículas entre 0,2 mm e 2 mm de di âmetro, até areia fina e argila, esta última com menos de 2 µm de diâmetro. Se as part ículas do solo forem
grandes, a água das chuvas infiltra-se rapidamente e pouca umidade fica retida. Por outro lado, solos constitu ídos por bastante argila ret êm água e minerais (Ca 2+, K+ e Mg2+). O solo mais apropriado para as plantas comp õe-se de uma mistura adequada de partículas grandes e pequenas, de modo a reter água sem, no entanto, encharcar-se demais. A vegeta ção também participa da forma ção do solo. Quando a vegeta ção é densa, a camada mais superficial pode ser formada quase totalmente por matéria orgânica decomposta, o h úmus, rico em nutrientes que se infiltram no solo e s ão absorvidos pelas ra ízes das plantas. Minhocas e diversos tipos de microrganismos t êm papel fundamental na forma ção do húmus.
13. Em locais onde as chuvas s ão abundantes, a água infiltra-se no solo e acumula-se junto à rocha matriz, formando uma zona permanentemente saturada de água, o lençol freático. A água do lençol freático pode deslocar-se sobre a rocha matriz e aflorar à superfície, formando um “olho-d‘água”, que pode srcinar um riacho e, eventualmente, um rio. Nas camadas acima do lençol freático, o solo fica saturado deágua apenas após as grandes chuvas. Acima delas existe ar entre as part ículas, al ém de água. Certas árvores possuem ra ízes tão profundas que chegam a atingir o lençol freático; isso torna-as capazes de resistir à eventual falta de água nas camadas superficiais do solo, enquanto prejudica plantas menores.
14. Bioma é um conjunto de ecossistemas terrestres com vegeta ção característica e fisionomia t ípica, onde predomina certo tipo de clima. Regiões da Terra com latitudes coincidentes, em que prevalecem condições climáticas parecidas, apresentam ecossistemas semelhantes e mesmos tipos de bioma. Por exemplo, o bioma denominado floresta tropical pluvial ocorre na faixa equatorial, tanto no continente americano como na África, no sudeste da Ásia e na Oceania. A savana, bioma do qual o cerrado brasileiro é um exemplo, ocorre em latitudes coincidentes da Am érica do Sul, da África e da Austr ália. 15. O bioma denominado tundra situa-se nas regi ões próximas ao pólo Ártico, no norte do Canad á, da Europa e da Ásia. Nesses locais a neve cobre o solo durante quase todo o ano, exceto nos três meses de ver ão, quando a temperatura chega, no m áximo, a 10 °C positivos. No ver ão, apenas uma fina camada superficial do solo descongela-se; poucos cent ímetros abaixo da superf ície, o solo permanece congelado, impedindo a drenagem da água do degelo, o que leva à formação de vastos p ântanos. Na tundra situada mais ao norte, a vegeta ção é constitu ída basicamente por musgos e liquens; mais ao sul, onde a temperatura média é um pouco mais elevada, h á também gramíneas e pequenos arbustos. Com rela ção à fauna, os mamíferos mais típicos da tundra s ão a rena, o caribu e o boi almiscarado. Esses animais são protegidos por uma pelagem densa e podem sobreviver comendo apenas liquens, que procuram revolvendo a neve com os cascos. As aves da tundra, em sua maioria aves aqu áticas pernaltas, migram para regi ões mais quentes durante os meses de inverno. Há também algumas esp écies de insetos, que hibernam no inverno como forma de resistir às baixas temperaturas, entrando em atividade logo que se inicia o degelo. 16. O bioma denominado taiga situa-se principalmente no hemisf ério norte, ao sul da tundra ártica, onde o clima é frio, com invernos quase o rigorosos quanto oseda tundra, a esta ção quente sejat ãum pouco mais longa amena. A embora taiga é conhecida também como floresta de con íferas, pois é constitu ída basicamente por árvores do grupo das con íferas, como os pinheiros e abetos, al ém de apresentar musgos e liquens. Em contraste com as árvores das florestas tropicais e temperadas, as con íferas apresentam folhas estreitas e afiladas — folhas aciculadas — adaptadas para resistir às baixas temperaturas. A fauna da taiga é composta por mam íferos típicos, como alces, ursos, lobos, raposas, visons, martas e esquilos. Como na tundra, a maioria das aves da taiga migra para o sul no inverno. RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
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17. O bioma denominado floresta temperada dec ídua é típico de certas regi ões da Europa e da América do Norte, onde o clima é temperado e as quatro esta ções do ano s ão bem delimitadas. Na floresta temperada predominam árvores que perdem as folhas no final do outono e as readquirem na primavera; da í serem chamadas plantas dec íduas, ou caducif ólias. A perda das folhas é uma adaptação ao inverno rigoroso, pois permite reduzir a atividade metabólica da planta, o que é necess ário para suportar as baixas temperaturas. Na Europa, as árvores mais características da floresta temperada s ão os carvalhos e as faias. Na América do Norte, predominam os bordos e algumas esp écies de carvalhos e faias. Além dessas árvores, tanto na Europa quanto na América do Norte, est ão presentes arbustos, plantas herb áceas e musgos. Com rela ção à fauna, a floresta temperada abriga muitas esp écies de mamíferos, entre eles javalis, veados, raposas e doninhas, al ém de pequenos mam íferos arborícolas, como esquilos e arganazes. V ários tipos de p ássaros e corujas também estão presentes, assim como v árias esp écies de insetos. 18. O bioma denominado floresta tropical, tamb ém chamado de floresta pluvial tropical, localiza-se em regi ões de clima quente e com alto índice pluviométrico, ou seja, na faixa equatorial da Terra. Há florestas tropicais no norte da Am érica do Sul (Bacia Amazônica), na América Central, na África, na Austr ália e na Ásia. A vegeta ção da floresta tropical é exuberante e com árvores de grande porte, cujas folhas n ão caem no inverno pouco rigoroso; por isso, as plantas da floresta pluvial tropical s ão denominadas perenifólias. As plantas t êm, em geral, folhas largas e delicadas, sendo por isso denominadas latifoliadas. As copas das árvores mais altas formam um “teto” de vegetação, sob o qual existe um “andar” interno, formado pelas copas de árvores mais baixas. Pode haver andares gradativamente menores, até chegar aos arbustos e às plantas rasteiras. A estratifica ção resultante dos diversos andares de vegeta ção srcina diversos microclimas, com diferentes graus de luminosidade e umidade. Sobre os troncos das árvores, disputando condi ções melhores de luminosidade, há muitas plantas ep ífitas, como brom élias e samambaias. Nas florestas tropicais, a reciclagem da mat éria orgânica é muita rápida; folhas que caem e plantas e animais que morrem são continuamente decompostos, e seus elementos químicos, reciclados. Forma-se, no solo, uma camada f értil, de cor escura – o húmus – que resulta da decomposi ção da matéria orgânica misturada aos componentes minerais do solo. A derrubada da floresta empobrece rapidamente o solo dos nutrientes; sem a cobertura vegetal e a constante reciclagem de elementos químicos, os nutrientes minerais do solo ãs o carreados pelas chuvas, em um processo denominado lixiviação. Na floresta pluvial tropical h á grande quantidade de nichos ecol ógicos, o que permite a exist ência de fauna rica e variada. Há muitos vertebrados nas árvores, como mam íferos (macacos e esquilos), répteis (serpentes e lagartos) e anf íbios (sapos e pererecas). No solo também vivem anfíbios, répteis, mam íferos herbívoros (veados, antas etc.) e mam íferos carnívoros (onças, gatos-do-mato etc.); há também muitos invertebrados, principalmente insetos (mosquitos, besouros, formigas etc.).
19. O bioma do tipo savana caracteriza-se por apresentar arbustos e árvores de pequeno porte, al ém de gramíneas. É encontrado na África, na Ásia, na Austr ália e nas Am éricas. Na savana africana, a fauna compõe-se de variados herb ívoros de grande porte (antílopes, zebras, girafas, elefantes e rinocerontes) e de grandes carnívoros (leões, leopardos e guepardos). H á diversas esp écies de pássaros, de gavi ões e de aves corredoras, entre elas o avestruz. No Brasil, um tipo de savana é o cerrado, que ser á estudado mais adiante. 20. O bioma denominado pradaria, ou campo, apresenta vegetação constitu ída predominantemente por gram íneas. Esse bioma é encontrado em regi ões com per íodos marcados de seca, como certas áreas da América do Norte e da América do Sul. Os pampas gaúchos, que ser ão vistos adiante, s ão um tipo de pradaria. A fauna da pradaria é constitu ída por roedores (pequenos mam í-
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RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
feros como hamsters e marmotas) e carn ívoros (lobos, coiotes e raposas). Nas pradarias tamb ém são abundantes os insetos.
21. O bioma denominado deserto localiza-se em regi ões de pouca umidade. Sua vegetação, constituída por gramíneas e por pequenos arbustos, é rala e espaçada, ocupando apenas os locais em que a pouca água existente pode se acumular (fendas do solo ou debaixo das rochas). As maiores regi ões desérticas do globo situam-se na África (deserto do Saara) e na Ásia (deserto de Gobi). A fauna predominante no deserto é composta de animais roedores (ratos-cangurus e marmotas), por r épteis (serpentes e lagartos) e por insetos. Animais e plantas do deserto t êm marcantes adapta ções à falta de água. Os cactos, por exemplo, têm espinhos em vez de folhas, o que reduz a área da planta que perderia água por transpira ção. Muitos animais saem das tocas somente à noite, e outros podem passar a vida inteira sem beber água, extraindo-a do alimento que ingerem. 22. A floresta amaz ônica, denominada hiléia, localiza-se na regi ão Norte do Brasil, ocupando os estados do Acre, Amazonas, Par á, Rondônia, Tocantins, Amapá e Roraima, a parte norte de Mato Grosso e Goiás, além da parte oeste do Maranhão. O clima da região amazônica reúne condições propícias ao desenvolvimento de um exuberante bioma do tipo floresta pluvial tropical. As precipitações pluviométricas s ão superiores a 1.800 mm/ano e a temperatura é estável no decorrer do ano, situando-se entre 25 °C e 28 °C. A floresta amaz ônica apresenta diversos estratos ou andares formados pelas copas das árvores; o mais alto localiza-se, em geral, entre 30 m e 40 m acima do solo. Entre as árvores de grande porte da hil éia amazônica destaca-se a castanheira-do-pará, cujo tronco pode atingir at é 3 m de diâmetro e 50 m de altura. Muitos g êneros de árvores, como Virola e Pterocapus, apresentam ra ízes tabulares que fornecem maior apoio ao tronco. A árvore mais conhecida da regi ão amazônica é, sem dúvida, a seringueira ( Hevea brasiliensis), que pode atingir até 30 m de altura, com tronco de mais de 1 m de di âmetro. É do tronco da seringueira que se extrai o l átex, a partir do qual é fabricada a borracha natural. Embora a borracha sint ética venha sendo cada vez mais utilizada, a explora ção da borracha natural ainda é muito importante para a economia da regi ão amazônica. A floresta amaz ônica é rica em plantas ep ífitas, entre as quais se destacam grandes bromeli áceas. H á também epífitas da fam ília das aráceas e begoni áceas, cujas ra ízes aéreas chegam até o solo, constituindo densas cortinas de cip ós.
23. O bioma denominado floresta pluvial costeira, ou floresta atl ântica, situa-se nas montanhas e plan ícies costeiras, desde o Rio Grande do Norte até o Rio Grande do Sul. A floresta atl ântica tem árvores com folhas largas (latifoliadas) e perenes (perenifólias), como as da floresta amaz ônica. A altura m édia do andar superior oscila entre 30 m e 35 m, mas a maior densidade da vegetação é a do andar arbustivo. H á grande diversidade de epífitas, como brom élias e orquídeas. Na Bahia, extensas áreas de florestas costeiras foram totalmente destru ídas para dar lugar a plantações de cana-de-açúcar, cacau e banana. No sul desse estado, além de serem desmatadas para dar lugar a culturas de cana-de-açúcar e banana, as florestas costeiras t êm sido exploradas para extra ção irregular de palmito. A floresta atl ântica é um dos biomas mais devastados pela explora ção humana; calcula-se que reste apenas 5% das florestas costeiras que havia por ocasi ão da chegada dos primeiros colonizadores europeus. 24. O bioma denominado cerrado situa-se nos estados de Minas Gerais, Goiás, Tocantins, Mato Grosso, Mato Grosso do Sul e no oeste de S ão Paulo e Paraná. H á também algumas “ilhas” de cerrado na regi ão amazônica. O cerrado é um bioma do tipo savana, com vegeta ção arbórea esparsa formada por pequenas árvores e arbustos, muitos deles com cascas espes sas. O solo, na esta çã o das chuvas, é relativamente rico em gram íneas, que secam na época das secas. As árvores do cerrado geralmente têm casca grossa e troncos retorcidos; dentre as esp écies
mais comuns est ão o ipê (Tabebuia sp.), a peroba-do-campo (Aspidosperma tomentosum) e a cavi úna (Dalbergia sp ). O clima do cerrado é relativamente quente, com temperatura m édia anual por volta de 26 °C e índices pluviom étricos entre 1.100 mm e 2.000 mm por ano, mas sua vegeta ção parece ser influenciada pelas caracter ísticas do solo.
25. O bioma denominado pampa, ou campo,é um tipo de pradaria. Localiza-se principalmente no norte do Rio Grande do Sul. Os pampas ocupam áreas de planície e caracterizam-se pela predominância de gramíneas. Eventualmente podem ser encontrados pequenos bosques de arbustos no interior do pampa, mas ãso formações isoladas, que não chegam a quebrar a homogeneidade do bioma. O índice de chuvas no pampa fica entre 500 mm e 1.000 mm anuais. A temperatura variade acordo com a estação, sendo, no inverno, entre 10°C e 14 °C e, no verão, entre 20 °C e 23 °C. Atualmente, a maior parte da vegetação srcinal do pampa foi destruída para dar lugar aáreas cultiváveis.
26. A caatingaé um bioma que ocupa cerca de 10% do territ ório brasileiro, estendendo-se pelos estados do Piau í, Ceará, Rio Grande do Norte, Paraíba, Pernambuco, Sergipe, Alagoas, Bahia e norte de Minas Gerais. A caatinga tem índices pluviométricos baixos, em torno de 500 mm a 700 mm anuais. Em certas regi ões do Ceará, por exemplo, embora a m édia para os anos ricos em chuvas seja de 1.000 mm, pode chegar a chover apenas 200 mm, nos anos secos. A temperatura situa-se entre 24 °C e 26 °C, variando pouco ao longo do ano. Al ém de suas condi ções clim áticas serem rigorosas, a regi ão das caatingas est á submetida a ventos fortes e secos, que contribuem para a aridez da paisagem nos meses de seca. A vegeta ção da caatinga é formada por plantas com marcantes adapta ções ao clima seco, como folhas transformadas em espinhos, cut ículas altamente imperme áveis, caules suculentos etc. Essas adapta ções compõem o aspecto característico das plantas da caatinga, denominadas xerom órficas. S ão plantas cact áceas, como Cereus sp. (mandacaru e facheiro) e Pilocereus sp. (xiquexique), e também arbustos e árvores baixas, como mimosas, ac ácias e amburanas (leguminosas) que, em sua maioria, perdem as folhas (caducif ólias) na esta ção das secas, conferindo à região seu aspecto típico, espinhoso e agreste. Entre as poucas esp écies da caatinga que n ão perdem as folhas na época da seca destaca-se o juazeiro ( Zizyphus joazeiro), uma das plantas mais t ípicas desse bioma.
27. O bioma denominado floresta de cocais, ou baba çual, localizase em certas áreas dos estados do Maranh ão, Piauí e Rio Grande do Norte; sua esp écie vegetal mais t ípica é a palmeira Orbignya martiana, o babaçu. A região onde ocorre a floresta de cocais tem índice elevado de chuvas, entre 1.500 m e2.200 mm anuais, e temperatura m édia anual de 26 °C. Um aspecto interessante é que o solo, na região dos babaçuais, possui um len çol freático pouco profundo, permanecendo úmido o ano todo. A floresta de babaçu tem import ância econômica; das sementes da palmeira extrai-se óleo, e as folhas s ão utilizadas para a cobertura de casas e para a fabrica ção de utensílios domésticos. 28. Pantanal mato-grossense é uma vasta plan ície inundável que ocupa, em território brasileiro, a parte oeste dos estados do Mato Grosso e do Mato Grosso do Sul, estendendo-se ainda pelo Paraguai, Bolívia e Argentina. No Pantanal h á grande número de espécies vegetais, a maioria delas tamb ém presente em outros biomas brasileiros; poucas esp écies s ão endêmicas, isto é, exclusivas da regi ão. Entre estas destaca-se o carand á, uma espécie de palmeira parecida com a carna úba, que forma bosques conhecidos como carandazais. Em algumasáreas do rio Paraguai pode-se encontrar a vit ória-amazônica, planta t ípica da floresta amazônica. Em alguns locais mais altos, onde o solo n ão retém água da chuva, a vegeta ção pode apresentar a fei ção típica da caatinga, com cactos, barrigudas e gravat ás. Nas áreas que s ão inundadas durante as cheias anuais, crescem diferentes tipos de gramíneas, além de arbustos e árvores isoladas, formando ex-
tensas pastagens naturais. O bioma do Pantanal é constitu ído por uma fauna aqu ática bem variada, que se beneficia das cheias periódicas. Al ém de moluscos e crust áceos, h á centenas de espécies de peixes, entre eles o dourado, o pacu, o ja ú, o pintado, o surubim, os lambaris e as piranhas. Durante as cheias, os peixes abandonam os leitos dos rios e saem à procura de alimento nos campos e nas florestas inundados. No fim da esta ção das cheias, quando as águas come çam a baixar, os peixes retornam aos leitos dos rios, formando gigantescos cardumes que migram para as águas calmas dos brejos e nascentes para desovar. Esse fenômeno é conhecido como piracema. A fauna aquática do Pantanal garante a exist ência de mais de 200 esp écies de aves, entre as quais gar ças, tuiui ús, colhereiros, cabe çassecas, soc ós e saracuras. H á também répteis, como o jacar é-dopantanal e o jacaretinga, que se alimentam de peixes. Entre as serpentes, a esp écie mais impressionanteé a sucuri, esp écie nãovenenosa que pode atingir at é 10 m de comprimento. Entre os mamíferos destacam-se as capivaras, roedores de grande porte que podem atingir até 70 kg de peso. H á ainda onças-pardas, onças-pintadas, ariranhas, macacos, porcos-do-mato e veados.
29. Os manguezais, ou mangues, s ão ecossistemas litor âneos com vegetação caracter ística, onde o solo é lodoso e salgado. Formam-se junto a desembocaduras de rios e em litorais protegidos da a ção direta do mar, tais como baías de águas paradas ou litorais guarnecidos por diques de areia. Durante a mar é cheia, o solo do mangue fica coberto porágua salgada. Os manguezais estendem-se por toda a costa brasileira, com interrup ção nas regiões de litoral rochoso. Existem mangues bem desenvolvidos no Pará, Amazonas, Maranhão, Bahia, Rio de Janeiro, S ão Paulo e Paraná. Os manguezais n ão se restringem estritamente à orla marítima; eles podem penetrar v ários quilômetros no continente, seguindo o curso dos rios cujas águas se misturam com o mar durante as mar és cheias. Em Bel ém (PA) e São Luís (MA), a vegetação t ípica de mangue penetra até cerca de 40 km pelo interior. Mangues internos tamb ém s ão encontrados no litoral sul de S ão Paulo (na região de Cananéia) e no litoral norte do Paran á (nas regi ões de Ararapira e do Parque Nacional do Superagüi). Os mangueizais s ão restritos ao clima tropical e suas características se devem predominantemente aos chamados fatores edáficos, isto é, relativos ao solo. Este é formado por areia fina e lodo, e apresenta teor variado de sal, dependendo de sua proximidade e contato com a água do mar. Por estar constantemente alagado, o solo do mangue é pobre em gás oxigênio, o que determina a sobreviv ência apenas de bact érias anaeróbias produtoras de g ás sulfídrico, que conferem a esse bioma um cheiro caracter ístico. 30. Uma caracter ística importante que distingue os ecossistemas de água doce é se a água é parada, como nos lagos, lagoas e charcos, ou se est á em movimento, como nos rios, riachos e corredeiras. Lagos, lagoas e charcos geralmente apresentam maior biodiversidade que os ecossistemas de águas em movimento. Nas águas paradas, os produtores s ão organismos fotossintetizantes representados tanto por plantas que vivem parcial ou totalmente submersas, quanto pelo fitopl âncton ou pl âncton fotossintetizante, constitu ído por uma infinidade de seres microscópicos como algas verdes, cianobact érias e diatom áceas, que flutuam próximo à superfície. O fitopl âncton serve de alimento ao zooplâncton, ou pl âncton não-fotossintetizante, formado por microcrust áceos, protozo ários e larvas de diversos organismos. Os habitantes de maior porte dos ecossistemas de águas paradas são os peixes. Os maiores ecossistemas lacustres do mundo são o lago Baikal, localizado na Sib éria, e o lago Tanganica, na África. Os ecossistemas de águas em movimento são pobres em pl âncton. Seus habitantes s ão principalmente algas fixadas às rochas e tamb ém moluscos, insetos e peixes, que dependem de alimento proveniente das margens. RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
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31. Podem-se distinguir dois grandes dom ínios marinhos: um relativo ao fundo — o domínio bentônico — e outro relativo às massas d’água, o domínio pelágico. 32. A luz consegue penetrar na água do mar at é a profundidade máxima de 200 m, estabelecendo o que se denomina zonaóftica. Abaixo dos 200 m de profundidade não h á luz, e essa regi ão escura é denominada zona afótica. Na metade superior da zona f ó tica vive o fitopl â ncton marinho, formado por algas fotossintetizantes que produzem praticamente todo alimento necess ário à manutenção da vida nos mares. Essa zona tamb ém é rica em plâncton não-fotossintetizante e em grandes cardumes de peixes. 33. A região que se estende dos 200 m at é os 2.000 m de profundidade é a região batial. Suas águas são frias e pobres em fauna. Os peixes, moluscos e alguns outros animais que a í vivem são sustentados pela mat éria orgânica proveniente da superf ície. A região seguinte, que se estende dos 2.000 m aos 6.000 m de profundidade,é a região abissal. Nela encontram-se apenas umas poucas espécies, que chamam a atenção por suas características exóticas, como peixes bioluminescentes e lulas gigantes. A regi ão mais profunda dos oceanos, abaixo de 6.000 ém,conhecida como região hadal. Sua fauna é ainda pouco conhecida, constituída principalmente por esponjas e moluscos.
52. a) A biomassa aumenta, pois ocorre aumento da quantidade de nutrientes e de matéria orgânica, o que torna as teias alimentares mais complexas, com um maior número de seres vivos.b) A diversidade de espécies aumenta, pois passam a existir novos nichos ecológicos, que poderão ser ocupados por espécies diferentes, vindas de outras regiões. c) O número de nichos ecológicos aumenta ao longo dos diferentes estágios de sucessão, em decorrência das modificações no microclima, à medida que se estabelecem novos organismos. d) A dependência do microclima em relação ao clima regional diminui; devidoà ação dos organismos, o microclima torna-se cada vez mais independente do clima regional. 53. Homeostase significa manuten ção de um estado de equil íbrio dinâmico, capaz de ajustar-se às flutua ções impostas. O termo é válido para uma célula, um organismo ou uma comunidade. Em uma comunidade clímax, a diversidade em espécies propicia grande número de interações alimentares, o que significa dizer que áh inúmeras possibilidades de as populações se manterem em equilíbrio. Além disso, a temperaturaé mantida constante em virtude do efeito da cobertura vegetal, o que tamb ém impede a lixiviação do solo (lavagem dos nutrientes minerais) pelas chuvas. H á também reciclagem dos componentes da mat éria orgânica, o que permite a manuten ção do equilíbrio da situa ção estável da comunidade.
34. Os organismos que habitam os mares podem ser classificados em três grandes grupos: pl âncton, bentos e n écton. O pl âncton é constitu ído de seres flutuantes. O pl âncton é subdividido em duas categorias: pl âncton fotossintetizante (fitopl âncton) e pl â ncton n ã o-fotossintetizante (zoopl â ncton). O pl â ncton fotossintetizante é representado por algas microsc ópicas como as diatom áceas e dinoflagelados. Juntamente com bact érias fotossintetizantes, elas s ão as principais produtoras das cadeias alimentares marinhas. O pl âncton não-fotossintetizante é representado por organismos consumidores como os foramin íferos (protozoários), crust áceos, celenterados, larvas de moluscos, equinodermos, anelídeos e peixes. O bentos é constitu ído de
54. Fatores determinantes: latitude, temperaturas m édias e extremas da região, relevo, regime de chuvas, tipo de solo. Nas regiões equatoriais, o clima e o alto índice pluviométrico s ão os principais determinantes da comunidade cl ímax.
organismos relacionados ao fundo mar. Os bentônicos podem ser s ésseis, isto édo , fixados aoorganismos fundo, ou errantes, deslocando-se sobre o fundo. Os animais bent ônicos geralmente alimentam-se de cad áveres e detritos org ânicos, embora existam representantes carnívoros que caçam ativamente suas presas. O bentos s é ssil é representado por algas macroscópicas e por animais como celenterados e vermes. O bentos errante, por sua vez, é representado principalmente por crustáceos (camar ões, caranguejos e lagostas), equinodermos (ouriços-do-mar, holotúrias e estrelas-do-mar), e tamb ém por moluscos (caramujos e polvos). O n écton é constitu ído de organismos que se deslocam ativamente na água e não estão à mercê das correntezas, como os seres do pl âncton. Fazem parte desse grupo a maioria dos peixes, as baleias, os golfinhos, certos crust áceos (camarões) e alguns moluscos (lulas e s épias). Os peixes herbívoros e as baleias s ão os consumidores secund ários mais importantes da comunidade nect ônica. Tubarões, peixes, lulas e outros animais carn ívoros estão situados em n íveis superiores das cadeias alimentares.
1. O crescimento da popula ção humana e o desenvolvimento industrial e tecnol ógico, implementados pelo progresso cient ífico, têm exposto o planeta Terra a sérias ameaças: poluição, aumento da temperatura global, destrui ção da camada de oz ônio, esgotamento de recursos naturais, extin ção de espécies etc. Felizmente, nas últimas duas d écadas, muitas pessoas t êm percebido a necessidade de se empenhar em um uso mais racional dos recursos naturais, sob o risco de deixar aos nossos descendentes um mundo inabitável.
QUESTÕES PARA PENSAR E DISCUTIR QUESTÕES OBJETIVAS
35. a
36 . d
3 7. b
3 8. c
39. a
40 . e
41. d
42 . c
4 3. c
4 4. b
45. a
46 . e
47. d
48 . c
4 9. b
5 0. a
QUESTÕES
DISCURSIVAS
51. Professor, oriente os alunos a destacar as id éias básicas dos textos nas páginas 360 a 362.
76
RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
CAPÍTULO
18
HUMANIDADE E AMBIENTE GUIA DE ESTUDO
2. Todas as espécies exploram recursos do ambiente, causando algum tipo de “impacto” sobre seus estoques; a esp écie humana não é exceção. O grande desafio da humanidade, neste s éculo XXI, é modificar o antigo conceito desenvolvimentista de progresso. É necess ário refletir sobre o impacto que cada um de nós causa sobre o ambiente, em termos dos recursos que utilizamos e da destina ção do lixo que produzimos. S ó assim poderemos suavizar nosso impacto sobre a natureza e garantir um local habitável para as gera ções futuras. 3. Poluição é a presença concentrada de determinadas subst âncias químicas ou agentes f ísicos no ambiente, em geral, subprodutos da atividade humana, os poluentes. Estes prejudicam a vida de uma ou mais esp écies de organismos de um ambiente. 4. As atividades humanas, principalmente nas sociedades industrializadas modernas, geram diversos tipos de poluentes: excrementos, urina, lixo, fuma ça e resíduos industriais, gases do escapamento de ve ículos motorizados etc. Em Londres, no inverno de 1952, as condi ções climáticas n ão permitiram a dispersão dos poluentes liberados pelos autom óveis, pelas f ábricas e pelos sistemas de aquecimento das resid ências, o que causou efeitos dram áticos: mais de quatro mil pessoas morreram em poucos dias, em decorr ência de problemas respirat órios causa-
dos pelos poluentes que se concentraram na baixa atmosfera. Nos dois meses seguintes, mais oito mil pessoas morreram de enfermidades causadas pela polui ção atmosf érica.
5. O controle da poluição depende, fundamentalmente, do esclarecimento e da educa ção da população. Somente uma sociedade civil amplamente organizada ser á capaz de exercer uma fiscalização ambiental sistem ática, exigindo a cria ção e principalmente o cumprimento de leis ecol ógicas eficientes. 6. As principais fontes geradoras da poluição atmosférica são os motores de veículos, as indústrias (siderurgias, fábricas de cimento e papel, refinarias etc.), a incinera ção de lixo doméstico e as queimadas de campos e florestas. Essas liberam anualmente na atmosfera milhões de toneladas de gases tóxicos, como monóxido de carbono, di óxido de enxofre, di ó xido de nitrog ê nio e hidrocarbonetos, além de partículas que ficam em suspensão. 7. Um dos poluentes mais perigosos para os habitantes das grandes metr ópoles é o monóxido de carbono (CO), um gás incolor, inodoro, um pouco mais leve do que o ar e muito t óxico. Esse gás é produzido durante a queima incompleta de mol éculas orgânicas e sua maior fonte de emiss ão são os motores a combustão de veículos como autom óveis, motocicletas, ônibus, caminhões etc. O mon óxido de carbono tem a propriedade de se combinar irreversivelmente com a hemoglobina do sangue, inutilizando-a para o transporte de g ás oxigênio. A exposição prolongada ao monóxido de carbono pode levar à perda de consciência e à morte; o indiv íduo intoxicado por esse g ás tem sintomas de asfixia, com aumento dos ritmos respirat ório e cardíaco. 8. O dióxido de enxofre (SO2), um gás tóxico proveniente da queima industrial de combust íveis como o carv ão mineral e o óleo diesel, os quais cont êm enxofre como impureza, assim como o dióxido de nitrogênio (NO2), também liberado pela atividade industrial, reagem com vapor d ’água na atmosfera, formando ácido sulfúrico e ácido nítrico, respectivamente. Esses compostos dissolvem-se na água das nuvens e precipitam com elas nas chamadas chuvas ácidas. Em certos pa íses europeus, nos quais a produção de energia é baseada na queima de carv ão e óleo diesel, as chuvas ácidas têm provocado grandes danos à vegetação, além de corroer constru ções e monumentos. 9. Nas cidades modernas há grande quantidade de partículas em suspensão no ar, produzidas principalmente pelo desgaste de pneus e freios de automóveis. Pastilhas de freio, por exemplo, liberam partículas de amianto, que podem causar doenças pulmonares e câncer. Outras grandes poluidoras ãs o as siderúrgicas e as fábricas de cimento, estasúltimas responsáveis pela liberação de partículas de sílica. A sílica, como o amianto, quando se encontra na forma de partículas em suspensão no ar,é a causa comprovada de diversas doenças pulmonares, tais como fibroses e enfisemas. A utilização do amianto já é proibida em vários países; no Brasil, ondeé utilizado principalmente na fabricação de telas e de caixas d’água, sua proibição vem sendo discutida. 10. Normalmente, as camadas mais baixas da atmosfera s ão mais quentes, pelo fato de o ar absorver calor da superf ície terrestre. Como o ar quente é menos denso, sua tend ência é subir, carregando consigo os poluentes em suspens ão. O ar quente que sobe é substitu ído por ar frio que desce, o qual, ao se aquecer, volta a subir. Esta corrente ascendente e descendente de ar, denominada convec o, és ãrespons dispers ã o dos çãque ável pela produzidos poluentes atmosf o continuamente em éricos uma cidade. Nos meses de inverno, em conseq üê ncia do resfriamento do solo, a camada de ar mais baixa pode se tornar mais fria do que a imediatamente acima dela: é a chamada invers ão térmica. Com isso a convec çã o é interrompida e os poluentes, por deixarem de se dispersar para as camadas mais altas da atmosfera, aumentam em concentra ção na camada de ar “aprisionada” próxima da superfície. Nessas ocasi ões ocorre grande aumento de casos de irrita ção das mucosas e problemas respiratórios nos habitantes dos grandes centros urbanos.
11. Parte da radiação solar que chegaà Terraé refletida pelas nuvens e pela superfície terrestre, e parte é absorvida pela superfície e pela atmosfera. Parte dessa energia absorvida é, em seguida, reirradiada na forma de calor (radia ção infravermelha), mantendo a superfície terrestre aquecida. Esse fenômeno é denominado efeito estufa. Os componentes atmosféricos responsáveis pelo efeito estufa são principalmente vapor d’água, gás carbônico, metano e dióxido de nitrogênio. O efeito estufa tem sido importante, desde a srcem da vida na Terra, para manter a superf ície terrestre aquecida, impedindo a perda ár pida de calor para o espaço. 12. Muitos cientistas acreditam que, nos pr óximos anos, a temperatura média na superf ície terrestre sofrer á elevação significativa devido ao aumento da concentração de certos gases na atmosfera, principalmente o g ás carbônico (CO2), o metano (CH4) e o dióxido de nitrogênio (NO2). A quantidade de gás carbônico, um dos principais causadores do efeito estufa, vem aumentando significativamente na atmosfera desde a Revolu ção Industrial, quando a humanidade come çou a empregar a queima de combustíveis fósseis (carv ão mineral e petróleo) em larga escala para produzir energia. Com isso, a concentra ção de gás carb ônico no ar passou, nestes últimos 100 anos, de 0,029% para quase 0,040% da composi ção atmosf érica, o que corresponde a um aumento da ordem de 38%. Embora sem estimativas precisas, sabe-se que a quantidade de metano (CH 4) presente na atmosfera também vem crescendo. Esse g ás resulta da decomposi ção da matéria orgânica, e sua concentra ção na atmosfera aumenta proporcionalmente ao crescimento da popula ção. Isso ocorre devido à maior produção de lixo e esgotos e ao aumento das áreas de terrenos alagados, onde se cultiva arroz e h á grande decomposição de matéria orgânica. Outras fontes emissoras de metano s ão os rebanhos de gado bovino e caprino. Por serem ruminantes, esses animais fermentam o alimento em seus tubos digestórios, produzindo e eliminando por flatul ência quantidades significativas de g ás metano, que se incorpora à atmosfera e acentua o efeito estufa.
13. Alguns cientistas acreditamaque, se os gases que provocam o efeito estufa continuarem se acumular na atmosfera, devemos esperar uma eleva ção de até 4 °C na temperatura m édia mundial, nos próximos 50 anos. Um aumento dessa ordem provocaria grandes mudanças no clima da Terra, com efeitos catastróficos. Nas regi ões tropicais, ocorreriam tempestades torrenciais; nas regi ões temperadas, o clima poderia se tornar mais quente e mais seco; nas regi ões polares, parte do gelo poderia derreter (o que parece j á estar acontecendo), com eleva ção do nível dos mares e inunda ção de cidades litor âneas e plan ícies. Uma inundação da Amazônia, com submers ão da floresta, levaria à formação de uma imensa bacia de decomposi ção, o que produziria mais metano, acentuando ainda mais o efeito estufa.
14. O Protocolo de Kioto tem sido considerado o mais importante mecanismo para reverter os danos provocados pelo qauecimento global. Neste documento, estão orientações para que os governos possam colaborar, garantindo um planeta saud ável para as futuras gerações. Trata-se de um compromisso acertado, em 1997, na cidade de Kioto, no Japão, em que os países industrializados reduziriam, até o período entre 2008 e 2012, suas emissões combinadas de gases de efeito estufa em pelo menos 5% em relação aos níveis de 1990. Com isso se obteria uma revers ão da tendência histórica de crescimento das emissões iniciadas nesses países há cerca de 150 anos como resultado da Revolu ção Industrial.
15. Apesar de a presença de ozônio ser benéfica nas altas camadas atmosféricas, quando se forma em baixa altitude esse g ás é poluente, causando irritação nos olhos e problemas respiratórios. Nas grandes cidades, os poluentes liberados pelos ve ículos motorizados potencializam a reação de formação de ozônio na atmosfera junto ao solo. Nos meses deinverno, o problemaé agravado pela ocorrência de inversões térmicas, como já foi mencionado. RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
77
16. A forma comum (e antiga) de poluir as águas é o lançamento de dejetos humanos e de animais dom ésticos nos rios, lagos e mares. Por serem constitu ídos de matéria orgânica, esses dejetos aumentam a quantidade de nutrientes dispon íveis no ambiente, fen ômeno denominado eutrofica ção (do grego eu, bem, bom, e trofos, nutrição). A eutrofica ção geralmente leva à grande multiplica ção de bact érias aer óbias (isto é, que utilizam g ás oxigênio em sua respira ção), o que acaba por consumir rapidamente todo o g ás oxigênio existente na água. Como conseqüência, a maioria das formas de vida morre, inclusive as pr óprias bact érias. 17. Em alguns casos, a eutrofica ção pode levar à grande proliferação de dinoflagelados (protistas fotossintetizantes), causando o fenômeno conhecido como mar é vermelha, devido à coloração que os dinoflagelados conferem à água. As marés vermelhas causam a morte de milhares de peixes, principalmente porque os dinoflagelados competem com eles pelo g ás oxigênio, além de liberarem subst âncias t óxicas na água.
18. Em determinados ecossistemas, um poluente é absorvido pelos produtores e consumidores prim ários, passando para os consumidores secund ários, e assim por diante. Como cada organismo de um nível trófico superior geralmente come diversos organismos do n ível inferior, o poluente tende a se concentrar nos n íveis tróficos superiores. 19. Uma solu ção para o problema do lixo é sua reciclagem, isto é, seu reaproveitamento. Entretanto, para que se possa reciclar o lixo, é fundamental separar os diversos tipos, processo conhecido como triagem do lixo. Latas, por exemplo, podem ter seu metal reaproveitado; pl á sticos e papel podem tamb ém ser reciclados. A parte org ânica do lixo, uma vez separada, pode ser degradada por microrganismos em tanques chamados biodigestores. Com a biodigest ão, forma-se o metano (CH 4), também chamado gás natural, que pode ser aproveitado como combustível residencial, industrial ou em ve ículos motorizados. Os res íduos sólidos da biodigest ão podem ser utilizados como fertilizante do solo. 20. A reciclagem é ainda muito cara, sendo mais f ácil e barato usar matéria-prima virgem que matérias recicladas. Nesse c álculo, no entanto, n ã o est á sendo levada em conta a degrada çã o ambiental, que pode vir a ter um custo alt íssimo para as futuras gerações. No futuro, por ém, com a escassez das mat érias-primas e o avan ço das tecnologias de reciclagem, o reaproveitamento do lixo deverá ser superior a 50%. É cada vez mais urgente educar a popula ção acerca do problema do lixo. Mais cedo ou mais tarde o poder p úblico e a popula ção terão de conjugar esforços para resolvê-lo não só por meio da reciclagem, mas também por meio da educação e de campanhas para estimular as pessoas a desperdiçar menos, produzindo assim menor quantidade de lixo. 21. Ambos os processos interferem em comunidades equilibradas e coloca em risco toda a intrincada trama de rela ções, que levou centenas ou milhares de anos para se estabelecer. 22. Os desmatamentos indiscriminados, al ém de levar comunidades e espécies à extinção, têm outras graves conseq üências: a erosão e o empobrecimento do solo. A eros ão é causada principalmente pelas chuvas e pelo vento. Sem a prote ção da cobertura vegetal, as camadas f érteis do solo podem ser carregadas e os minerais podem ser levados pelas chuvas, que se torna pobre e acidentado.
78
RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DAS ATIVIDADES
23. A energia hidrelétrica é produzida pela passagem de água por turbinas, que geram energia el étrica. Embora seja uma das formas menos poluente de se obter energia, a produ ção de energia hidrelétrica não deixa de causar impacto negativo sobre o ambiente, poisé necessário desviar cursos de rios e alagar regi ões para construir as usinas hidrel étricas, o que pode provocar alterações no clima e levar ao desaparecimento comunidades que habitam a região alagada. 24. A energia nuclear é obtida pelo emprego de subst âncias denominadas “combustíveis nucleares ”, cujos n úcleos at ômicos s ão desintegrados nos chamados reatores de fiss ão nuclear, que compõem as usinas nucleares. Esse tipo de tecnologia para produzir energia tem se mostrado perigoso: diversos acidentes j á ocorreram e não se sabe o que fazer com o “lixo radioativo”, extremamente perigoso, produzido pelas usinas nucleares. Esses riscos t êm levado inúmeros países a deixar de investir nesse tipo de alternativa energ ética.
25. A produção de combust íveis renováveis, como o álcool etílico (etanol), o biodiesel e o gás natural (metano) constituem alternativas vi áveis para suprir parte da demanda energ ética. O Brasil foi o primeiro pa ís a utilizar em larga escala o etanol, obtido da fermenta ção da cana-de-açúcar, como combust ível de automóveis; atualmente incentiva-se o uso do biodiesel, extra ído principalmente do dend ê e da mamona, como substituto do diesel obtido do petr óleo. Uma das alternativas energ éticas ainda em desenvolvimento é o aproveitamento de energia solar, que pode ser transformada em energia el étrica e acumulada, ou mesmo ser usada diretamente no aquecimento de água. Ainda em fase de estudos, a energia solar e a energia e ólica (energia dos ventos) podem ser promissoras em certas regi ões, em m édio prazo.
QUESTÕES PARA PENSAR E DISCUTIR QUESTÕES OBJETIVAS
26. d 30. c 34. b QUESTÕES
27 . c 31 . d
28 . d 32 . c
2 9. a 3 3. b
35 . d
36 . a
3 7. a
DISCURSIVAS
38. A intensificação do efeito estufa é o aquecimento da superfície terrestre provocado pelo aumento de gases como ágs carbônico (CO2) e gás metano (CH4) na atmosfera. O aumento de CO2 na atmosfera deve-se principalmenteà queima de combustíveis fósseis para a produção de energia. Parte desse combustível é queimada pelos veículos e outra é consumida nas indústrias. A sociedade industrial ainda contribui para aqueima de combustíveis ao produzir bens que devem ser transportados para locais distantes das indústrias. A quantidade de metano, produzido pela decomposição anaeróbia da matéria orgânica, aumenta proporcionalmente ao aumento da população humana, que produz lixo orgânico e esgotos. Outra fonte importante de metano ãso as plantações de arroz — nos alagados onde esse cerealé cultivado, os restos de matéria orgânica se decompõem gerando metano— cujo aumento também está relacionado ao aumento da população humana. 39. A poluição aumenta nos meses de inverno devido ao fen ômeno de inversão térmica, que impede a dispers ão dos poluentes. 40. A oxigenação da água poderia compensar a falta de g ás oxigênio dissolvido, causada pela atividade dos microrganismos que degradam matéria orgânica.
