Unidade 7 – Evolução biológica
7.1. unicelularidade e pluricelularidade
Desde sempre que o Homem se pergunta sobre a origem da vida na Terra. Muitas foram as teorias criadas na tentativa de explicar a origem, e com o avanço da tecnologia ao serviço da ciência tem havido muitas reformulações às teorias, muitas foram abandonadas e outras haverão de aparecer, de novo.
A Terra tem cerca de 4600 milhões de anos e no seu primeiro milhão de anos, o planeta viveu períodos conturbados. Temperaturas muito elevadas, inexistência de uma atmosfera, arrefecimento da crosta terrestre, sem água na superfície, períodos de intenso vulcanismo, bombardeamentos meteoríticos permanentes...ora nestas condições seria impossível o aparecimento da vida, pelo menos da vida tal como a concebemos hoje.
Com a evolução da Terra, como planeta, as condições tornaram-se gradualmente mais propícias ao aparecimento da vida, e calcula-se que tenha ocorrido há cerca de 3800 milhões de anos. A água apareceu à superfície, resultante dos gases libertados pelos vulcões que ficaram retidos com o aparecimento da atmosfera primitiva, os quais, pelo facto de a temperatura ter baixado, condensaram e precipitaram e caíram na superfície terrestre, indo formando ao longo dos tempos os oceanos.
Pensa-se que a vida terá a sua origem num único ser unicelular e que ao longo de muitos processos evolutivos terá originado toda esta grande biodiversidade.
Os fósseis mais antigos encontrados são os estromatólitos que datam de 3500 milhões de anos. Os estromatólitos são estruturas calcárias que correspondem a atividade na maioria cianobactérias fotossintetizantes. Atualmente, só determinadas cianobactérias da Austrália é que mantêm esta característica.
http://www.ambiental-hitos.com/details.php?image_id=2427&sessionid=3tf99mb2uoo13k3agqgub3rii1
Os dados fornecidos pelos fósseis e a simplicidade deste tipo de organismos, quer estrutural quer funcional, constituem os dois principais argumentos para a hipótese do primeiro ser vivo ter sido um ser procarionte e este ter sido a origem da diversidade de vida na Terra.
Na tentativa de tentar compreender toda a diversidade de seres vivos, o Homem tem necessidade de classificar, ordenar, catalogar, característica inerente ao Homo sapiens que classifica tudo o que estuda. :-)
A grande maioria dos biólogos classifica os seres vivos em dois grandes grupos: os seres procariontes, constituídos por células procariotas e os seres eucariontes, constituídos por células eucariotas. Como já sabe, o que os distingue é a sua organização celular, os procariontes não apresentam um verdadeiro núcleo, nem estruturas membranares, ao contrário dos eucariontes.
Só para relembrar:
|
Características |
Célula procariota |
Célula eucariota |
|
Tamanho |
5 μm de diâmetro |
40 μm de diâmetro |
|
Núcleo |
Nucleoide |
núcleo |
|
Material genético |
O DNA está disperso no citoplasma e é constituído por uma simples molécula circular não associada a proteínas |
O DNA encontra-se no núcleo |
|
Estruturas respiratórias |
Hialoplasma e membrana plasmática |
Hialoplasma e mitocôndrias |
|
Fotossíntese |
Ocorre nos procariontes fotossintéticos e os pigmentos localizam-se nas membranas celulares. |
Nos eucariontes fotossintéticos os pigmentos encontram-se nos cloroplastos |
|
Flagelos |
Organelos locomotores simples ligados à superfície da células. |
Organelos locomotores complexos, rodeados por membrana plasmática |
|
Organelos |
Não possui organelos membranares. Os ribossomas de menor dimensão que os da célula eucariota. |
Possui organelos membranares |
Os seres eucariontes terão aparecido mais tarde na história da Terra, os fósseis mais antigos datam de há cerce de 1800 milhões de anos, a acritarca, grupo de microfósseis esféricos, de parede celular orgânica, que foram encontrados em rochas Pré- câmbrico.
O que terá acontecido entre o aparecimento dos procariontes e o aparecimento dos eucariontes que diferem, no registo fóssil cerca de 2000 milhões de anos?
Na procura desta resposta existem vários modelos explicativos que lançam hipóteses para explicar o aparecimento dos seres eucariontes a partir dos procariontes.
MODELO AUTOGENÉTICO
Este modelo defende que as células eucarióticas apareceram a partir de células procariotas que desenvolveram organelos endomembranares a partir de invaginações existentes na membrana plasmática que terão sofrido especializações nas suas funções.
Este modelo sugere que o primeiro organelo endomembranar a aparecer dentro da célula foi o invólucro nuclear, o que permitiu a individualização do material genético no interior do núcleo. Em fases seguintes, terão surgido outros organelos membranares especializados.
Argumentos a favor:
-Continuidade física e semelhança estrutural entre as membranas celulares internas e externa.
Argumentos contra:
Este modelo não teve grande aceitação pela comunidade científica pois não esclarece a especialização das membranas invaginadas, nomeadamente as mitocôndrias e cloroplastos. Era de esperar que as mitocôndrias e os cloroplastos que resultaram da invaginação tivessem o DNA semelhante ao DNA do núcleo e isso não acontece.
É como se a célula se tivesse auto gerado.
http://biogilmendes.blogspot.pt/2011/08/origem-e-evolucao-da-vida.html
MODELO ENDOSSIMBIÓTICO (Teoria endossimbiótica)
Este modelo que foi proposto por Lynn Margulis, e diz que as células eucarióticas terão aparecido por associação simbiótica com outros seres procariontes primitivos. A célula terá resultado de uma associação entre organismos diferentes em que um deles vive no hospedeiro (endossimbiose, ser- endossimbionte), e em que os dois organismos beneficiam da associação. Esta associação terá sido tão eficiente que passaram a constituir organismos estáveis.
Os seres hospedeiros passaram a ser organelos, tendo o cloroplasto vindo da incorporação de um ser procarionte fotossintético (por exemplo das cianobactérias), e as mitocôndrias de procariontes aeróbios e com grande capacidade respiratória (bactérias). Os flagelos e cílios, importantes na procura de alimento, terão vindo de seres alongados e que se fixaram na membrana da célula hospedeira.
Este modelo não explica a formação do núcleo e outros organelos intracelulares (com exceção das mitocôndrias e cloroplastos), conciliando os dois modelos, o núcleo e os outros organelos terão sido originados por invaginações da membrana nuclear.
Os cloroplastos evoluíram depois das mitocôndrias por relações de endossimbiose com procariontes autotróficos.
Este é o modelo mais aceite pela comunidade científica e assenta nos princípios das relações simbióticas.
Argumentos a favor:
- A simbiose é um processo comum na natureza, ainda hoje se verificam relações endossimbióticas entre bactérias e alguns seres eucariontes.
-O DNA, os ribossomas e as estruturas membranares das
mitocôndrias e dos cloroplastos são estruturas muito semelhantes às dos
seres procariontes, não está associado às histonas, como nos eucariontes;
- As mitocôndrias e os cloroplastos possuem ribossomas próprios (semelhantes aos
das células procarióticas) e são capazes de sintetizar as suas próprias
proteínas e de se dividir de forma independente do núcleo da célula onde se
encontram, para além de a síntese proteica das mitocôndrias e cloroplastos serem
inibidas por substâncias do procariontes;
- O aminoácido inibidor da cadeia polipeptídica da mitocôndria e do cloroplasto é o mesmo dos seres procariontes;
- Os cloroplastos possuem ribossomas com características
semelhantes aos procariontes.
- Argumentos contra:
- Não explica a origem do núcleo e dos restantes organitos endomembranares.
Comparando os dois modelos:
exercício
Entrevista com Lynn Margulis
http://discovermagazine.com/2011/apr/16-interview-lynn-margulis-not-controversial-right#.Uf_w7ZLUmSo
Como terão aparecido os seres multicelulares?
Imaginando uma Terra povoada por seres unicelulares, procariontes e eucariontes, os fenómenos de predação tiveram que aparecer. As células maiores teriam maior probabilidade de sobrevivência mas, obviamente, que o aumento de tamanho da célula mostrou-se incapaz de fazer frente à sobrevivência da enorme biomassa, até porque o aumento do tamanho da célula acarreta maiores dificuldades nas ações do metabolismo celular. Quando o volume da célula aumenta, o aumento da área da superfície, membrana plasmática, não cresce ao mesmo ritmo, por exemplo se a célula aumentar 64 vezes, o aumento da área da membrana citoplasmática é apenas de 16 vezes, o que significa que há muito mais citoplasma, há muito maior metabolismo e a área da membrana tem de realizar, proporcionalmente, maior quantidade de trocas em menos área do que nas células mais pequenas. Acima de um tamanho crítico, as trocas entre as células o exterior não ocorrem com a brevidade necessária e a célula morre.
Face à impossibilidade de aumentarem indefinidamente o seu volume, os seres vivos unicelulares começaram a organizar-se em colónias (células eucarióticas) e, posteriormente, deram origem aos seres pluricelulares. Uma colónia são, neste caso, um grupo de células agrupadas, muito diferente de um ser pluricelular em que existe uma dependência funcional entre as suas células.
Desta forma, sem que houvesse aumento de volume da célula, houve um aumento no tamanho das estruturas e aumento de complexidade nas colónias e com o aparecimentos dos seres pluricelulares, o contacto das células com o exterior não ficou comprometido, garantido a eficácia das trocas de substâncias assim como na eficiência do metabolismo.
O processo evolutivo prosseguiu no
sentido do aumento do volume do organismo, aparecendo a multicelularidade.
Pelo facto de na actualidade ainda existirem colónias de seres unicelulares
eucariontes, torna possível a compreensão do aparecimento dos seres
pluricelulares.
Há colónias que cada célula (ser)dentro da colónia tem a sua função, talvez tenham sido estas colónias que no processo evolutivo deram origem aos multicelulares.
Desde o aparecimentos dos primeiros seres multicelulares até à atualidade decorreu muito tempo e os processos evolutivos foram imensos.
Um exemplo de uma colónia é a Volvox, formada por colónias de células eucarióticas. Na colónia existem células com função somática e outras reprodutoras. As somáticas têm flagelos e são responsáveis pela nutrição da colónia e as reprodutoras, são maiores, pela reprodução. Para que a colónia se desloque tem de haver um movimento coordenado de flagelos e o movimento é de rotação.
http://www.youtube.com/watch?v=He9FSeGRi3A Volvox
A partir do momento em que apareceram os seres vivos pluricelulares, começaram a haver mecanismos de regulação e que conduziram à diferenciação celular, o qual permitiu um grande impulso na evolução das espécies: os seres vivos de maiores dimensões passaram a poder sobreviver sem comprometer as trocas com o meio externo; houve um aumento da eficácia energética; a diversidade de formas e funcionalidades permitiu maior adaptações ao meio e os seres vivos passaram a usufruir uma maior independência em relação ao meio através dos mecanismos internos de regulação.
Ao longo da história da vida foram aparecendo diferentes tipos de células, de tecidos, de órgãos e de sistemas e isto leva à imensa diversidade biológica existente na atualidade. Pensa-se que existem cerca de dezenas de milhões de espécies diferentes, e pensar que tudo isto proveio de apenas um ser vivo e do todo o processo evolutivo ao longo do tempo, torna a biologia, uma disciplina, ainda mais interessante.
Uma árvore filogenética baseada em dados acerca rRNA, mostrando a separação entre Bacteria, Archaea, e Eukaryota.
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Phylogenetic_tree_pt.svg
http://youtu.be/k3I_qWIlF8o Evolução da vida na Terra - Carl Sagan
http://www.estadao.com.br/especiais/jogos-da-evolucao,47450.htm
http://simbiotica.org/origemvida.htm
http://www.gutenberg.org/ebooks/author/485 Livros de Charles Darwin
http://veja.abril.com.br/090507/p_112.shtml