Evolução biológica

 

Duas questões fundamentais:

                                                        Como terão surgido os seres multicelulares?

                                                        Como terão surgido as células eucarióticas?

Dos procariontes aos eucariontes

Modelo autogénico

 

Hipótese explicativa para o aparecimento dos eucariontes a partir da evolução gradual de procariontes.
As células eucarióticas surgiram a partir de células procarióticas que desenvolveram sistemas endomembranares a partir de invaginações existentes na membrana plasmática.
Trata-se de uma hipótese pouco aceite pela comunidade científica.

O modelo autogénico não explica a causa nem a forma como se processou a especialização das membranas invaginadas nas células procarióticas.

 

Modelo endossimbiótico

 

Hipótese explicativa para o aparecimento das células eucarióticas, a partir células procarióticas, por incorporação de outros procariontes livres e consequente relação simbiótica.

Argumentos que apoiam o modelo endossimbiótico

• A simbiose é um processo muito comum no mundo vivo: - por exemplo: a existência de associações entre bactérias e alguns eucariontes (protozoários que vivem em simbiose com bactérias não têm mitocôndrias, mas realizam respiração aeróbia por intermédio delas);
• a semelhança das mitocôndrias e dos cloroplastos com seres procariontes:        

                                                                        - material genético semelhante entre procariontes e eucariontes;

                                                                        - a forma, o tamanho, as estruturas membranares, os ribossomas, o DNA e o tipo de divisão (independente da da célula) das mitocôndrias e dos cloroplastos são características muito semelhantes às encontradas nas células procarióticas.

O modelo endossimbiótico apresenta algumas lacunas, não explicando, por exemplo, a origem do núcleo das células eucarióticas e a forma como o DNA nuclear gere o funcionamento das mitocôndrias e dos cloroplastos.

 

Origem das mitocôndrias: https://www.youtube.com/watch?v=KRs77NlysQ0&feature=related

 

Origem da multicelularidade

Ao longo da evolução biológica, os seres vivos que apresentavam maior tamanho tinham maior hipóteses de sobrevivência.

Quanto maior fosse o organismo unicelular, maior seria a sua capcidade de capturar alimentos.

Mas o aumento progressivo de um organismo unicelular torna-se incomportável em termos biológicos.

Há medida que as dimensões de um organismo aumentam, diminui a sua relação área/volume, ou seja, a sua superfície não aumenta à mesma taxa que o volume.

 

 

A verdadeira multicelularidade, apenas presente em seres eucariontes, caracteriza-se por uma associação de células em que há interdependência estrutural e funcional entre elas. Geralmente existe igualmente uma diferenciação celular e tecidular a ela associada.

 

Em células eucarióticas existe frequentemente uma relação colonial, que pode ser considerada a origem da multicelularidade.

Exemplo: Colónias de Volvox – é uma esfera oca, envolta numa camada monoestratificada de mais de 1000 células biflageladas. Estas células são puramente somáticas, não intervindo na reprodução. Essa função está reservada a células maiores, que, assexuadamente, se dividem e originam colónias-filhas. A reprodução sexuada também é possível.

Assim, nas colónias de Volvox as células são estruturalmente dependentes, mas não há verdadeira diferenciação celular, pelo que não podem ser consideradas seres vivos pluricelulares.

No entanto, admite-se que este tipo de seres vivos coloniais possam ter estado na origem de algas verdes pluricelulares e os argumentos são a existência do mesmo tipo de clorofila, a e b, do amido como substância de reserva e a parede celular de celulose.

 

 

 Vantagens da multicelularidade

• Permitiu maior diversidade de formas e funcionalidades possibilitou a adaptação a diferentes ambientes;
• Os seres de maiores dimensões sobreviveram sem comprometer as trocas com o meio externo, pois surgiram células ou órgãos especializados na realização dessas trocas; este tipo de especialização permitiu a colonização de maios ambientes considerados hostis;
• Aumentou a eficácia na utilização de energia (devido à especialização) com redução da taxa metabólica;
• Passou a existir maior independência em relação ao meio externo, uma vez que os vários órgãos passaram a contribuir para a manutenção do meio interno em condições favoráveis à vida;
• O aumento da dimensão dos seres vivos favoreceu a competição pelo alimento.

 

EVOLUCIONISMO E FIXISMO

O fixismo era uma teoria que defendia que os seres vivos eram imutáveis ao longo do tempo e que eram independentes quanto à sua origem.

Existem duas correntes de pensamento fixistas o espontaneísmo e o criacionismo.

Espontaneísmo

Teoria defendida por Aristóteles (séc. IV A.C.).

Explicava que a vida podia surgir por geração espontânea, a partir de matéria inerte, por acção de um "princípio activo".

Alguns animais surgem de matéria em putrefação, o "Princípio ativo".

 

 Criacionismo

Defende que a origem da vida e a diversidade biológica tem origem divina.

Segundo o criacionismo o mundo vivo apresenta tantas espécies quantas as que saíram da mão de Deus num ato único de Criação. Posteriormente, as espécies mantiveram-se fixas e imutáveis.

Naturalistas como Lineu (séc. XVIII) foram grandes adeptos do Criacionismo.

Para combater as primeiras ideias transformistas, que se baseavam por exemplo no aparecimento de fósseis (evidenciavam que os seres vivos se extinguiam e a existência de seres que não existem atualmente)surge uma explicação fixista e criacionista, o catastrofismo de Cuvier (séc. XVIII). Para este naturalista, durante a história da Terra houve cataclismos, como o dilúvio bíblico, que destruíram a fauna e a flora dessas épocas. Posteriormente dar-se-ia a recolonização dessas regiões por animais e plantas provenientes de outros locais. Estes acontecimentos justificavam as descontinuidades observadas no registo fóssil.

George Cuvier "Revendo a teoria da evolução" BBC:https://www.youtube.com/watch?v=etByAm-6gaU

Evolucionismo

A partir do século XIX, uma série de pensadores passou a admitir a ideia da substituição gradual de espécies. Esta corrente de pensamento, transformista, que lentamente foi ganhando adeptos, explicava a adaptação como um processo dinâmico, ao contrário do que propunham os fixistas.

Século XIX - um século em mudança

- Os astrónomos argumentam que a Terra não é o centro do Universo.

- Newton elabora explicações matemáticas para o movimento dos planetas.

- Os descobrimentos marítimos trouxeram para a Europa grande diversidade de animais e plantas até aí desconhecidos.

- Através dos geólogos Hutton e mais tarde Leyll apareceu o Uniformitarismo, com o princípio das causas atuais e com o gradualismo.

- A existência de lacunas estratigráficas, permitiu justificar a ausência de formas fósseis intermédias.

- Erasmus Darwin (avô paterno de Charles Darwin) expõe em Inglaterra as primeiras ideias transformistas.

Lamarckismo

Em 1809, o francês Jean Baptiste Pierre Antoine de Monet, cavaleiro de Lamarck propôs uma teoria para explicar a evolução dos seres vivos.
Segundo Lamarck, uma alteração no meio ambiente provocaria nas espécies necessidade de se modificarem, o que levaria à evolução.
Lamarck baseou a sua teoria em dois princípios fundamentais:

- a lei do uso a desuso - quanto mais uma parte do corpo ou órgão é usada, mais esta se desenvolve; o contrário também se verifica, se certas partes do corpo ou órgãos não são usadas enfraquecem, atrofiam chegando até a desaparecer.

- a lei da herança dos caracteres adquiridos - qualquer animal poderia transmitir aos seus descendentes as novas características que se atrofiavam pelo desuso ou se desenvolviam pelo uso.

Darwinismo

 Charles  Darwin (1809 - 1882) foi um naturalista britânico que alcançou fama ao propor uma teoria para explicar como ocorre a evolução das espécie através da seleção natural.

 

https://www.youtube.com/watch?v=6tyvxStdKg0&feature=related

https://www.youtube.com/watch?v=SeRs8BuU3zs&feature=related

https://www.youtube.com/watch?v=BbQK9bggyYE&feature=related

https://www.youtube.com/watch?v=V7nYq5DLxlA&feature=related

https://www.youtube.com/watch?v=F-2_XdCcx4g&feature=related

 

Darwin sempre manifestou um grande interesse pela história natural, tendo estudado Medicina e, depois, Teologia.

Realizou uma viagem de cinco anos a bordo do  HMS Beagle.

 As observações que Darwin fez da natureza ao longo da sua viagem, desde a grande diversidade de seres vivos, aos vulcões em erupção,  às variações climáticas ao longo da latitude, aos vestígios fósseis, à fauna e flora das Galápagos.... levaram-no a construir a teoria da Seleção Natural.

Escreveu o livro, "A Origem das Espécies" (On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or The Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life), onde descreveu a ideia de evolução a partir de um ancestral comum, por meio de seleção natural.

    Alfred Russel Wallace (1823 — 1913) foi um naturalista, geógrafo, antropólogo e biólogo britânico.

Wallace escreveu um ensaio no qual praticamente definia as bases da teoria da evolução e enviou-o a Charles Darwin, com quem mantinha correspondência, incentivando-o deste modo a publicar a sua obra "A Origem das Espécies".

 

Dados que levaram Darwin a construir a teoria da seleção natural 

Dados da Geologia

Darwin apoiou-se nos dois princípios do geólogo Charles Lyell (1797-1875): as leis naturais são constantes no tempo e no espaço e o presente é a chave do passado. Assim, Darwin conclui que tal como acontecia na geologia, também os seres vivos deviam ter evoluído de forma lenta e gradual.

Durante a sua viagem no Beagle, Darwin observou erupções vulcânicas e diversos fósseis (alguns de animais marinhos nos Andes, permitindo-lhe deduzir que aquele local já havia estado submerso, verificando por isso que as mudanças geológicas são lentas e graduais).

Dados da Biogeografia

Durante a sua viagem no Beagle, Darwin visita as ilhas Galápagos.

Neste arquipélago Darwin observou e estudou atenciosamente tentilhões, lagartos e tartarugas. Reparou então que apesar destes animais possuírem algumas características diferentes, especializadas para diferentes condições ambientais (água, alimentos, clima,...), todos eram muito semelhantes entre si. Esta observação permitiu-lhe deduzir que os animais observados tinham um ancestral comum a partir do qual divergiram e diferenciaram-se de acordo com o ambiente em que viviam.

Seleção artificial

Darwin foi columbófilo, tendo constatado que através da selecção artificial conseguia obter, através de cruzamentos programados, ao fim de algumas gerações, as características desejadas nos pombos. Deste modo, Darwin concluiu que, se ele consegui selecionar de forma artificial as características pretendidas nos pombos, também a Natureza, de forma mais lenta, conseguia selecionar os indivíduos melhor adaptados aos diversos ambientes, chamando-lhe, a selecção natural.

Variabilidade intraespecífica

Darwin apercebeu-se que os indivíduos da mesma espécie aperesentam variações entre eles.

stas variações vão sendo progressivamente selecionadas de acordo com o meio ambiente.

Crescimento da população humana

Darwin apoiou-se nos estudos de Malthus sobre o crescimento da população humana.

Segundo Malthus, demógrafo e economista, a população humana aumenta mais rapidamente  (geometricamente) do que a produção de alimentos (aritemeticamente).

Darwin aplicou este estudo para todos os seres vivos, considerando que o crescimento das população era exponencial até as condições ambientais assim o permitirem.

 

https://www.youtube.com/watch?v=nvbYVRBHksc&feature=related

Teoria da seleção natural

Como justificar o pescoço comprido das girafas

As ancestrais das girafas, de acordo com o registo fóssil, tinham pescoço mais curto.

Para Darwin havia variações no comprimento do pescoço  da população de girafas ancestrais.

Havia girafas com pescoços mais longos e estas alcançavam o alimento dos ramos mais altos das árvores. Assim, estas eram mais aptas, pois tinham mais possibilidade de sobreviver e deixar descendentes, havendo uma reprodução diferencial.

A seleção natural, privilegiando os indivíduos de pescoço mais comprido durante milhares de gerações, é responsável pelo pescoço longo das girafas atuais.

As girafas de pescoços mais curtos, como não chegavam facilmente ao alimento, foram progressivamente eliminadas da população.

Lamarckismo vs Darwinismo

Argumentos do evolucionismo

Anatómicos

Baseiam-se em estudos de anatomia comparada, que realça as semelhanças e as diferenças das estruturas anatómicas dos indivíduos.

Órgãos homólogos - apresentam o mesmo plano de organização interna e de desenvolvimento embrionário, apresentando um ancestral comum.

                               - formam-se por evolução divergente, ou seja, por adaptação a ambientes diferentes. Os organismos sofrem pressões seletivas diferentes ao longo do tempo.

                               - Exemplo: braço do Homem e membro anterior do cão.

(Imagem de órgãos homólogos em https://www.brasilescola.com/biologia/evidencias-evolucao-biologica.htm)

Órgãos análogos - não apresentam qualquer semelhança na organização interna logo não apresentam ancestral comum.

                                - formam-se por evolução convergente, ou seja, por adaptação a ambientes semelhantes. Os organismos sofrem pressões seletivas semelhantes adquirindo estruturas com a mesma função.

                                - Exemplo: asas dos insetos e das aves.

(Estruturas análogas em :https://sti.br.inter.net/rafaas/biologia-ar/introducao.htm)

Órgãos vestigiais - vestígios de órgãos que já foram desenvolvidos no passado.

                                - Exemplo: o cóccix humano e os dedos laterais dos cavalos.

(Estruturas vestigiais em: https://www.scb.org.br/artigos/FC05.asp)

 

 

Paleontológicos

Baseiam-se na análise e na interpretação de fósseis.

Os fósseis de transição correspondem a fósseis de seres vivos que apresentavam características de dois ou mais grupos atuais, permitindo assim comprovar a existência de evolução divergente. Assim sendo, os seres vivos atuais não são independentes quanto à sua origem.

Exemplos:

Archeopteryx - possuía características de aves (penas e bico) e réptil (cauda e dentes).

Ichthyostega - possuía características de peixes (barbatana dorsal) e vertebrados terrestres (patas e pulmões).

Pteridospérmicas - eram fetos com sementes.

(Archeopteryx em: https://anafilipa4-turma13.blogspot.com/2010/01/argumentos-paleontologicos.html)

Ictiostega: https://www.youtube.com/watch?v=ga6n2vnM3Nc

Evolução da baleia: https://www.youtube.com/watch?v=8cn0kf8mhS4&feature=related

Exercício de Exame Nacional - 2003 1ªF, 1ªCh, Grupo I

https://www.gave.min-edu.pt/np3content/?newsId=51&fileName=pe102fase1chamada1_2003.pdf

Bioquímicos

Baseiam-se:

- na semelhança existente entre os compostos químicos orgânicos (ex: no número, sequência e tipo de aminoácidos das proteínas);

Citocormo C: https://www.netxplica.com/exercicios/bio11/citocromo.c.htm

 

Citológicos

Argumento que mostra que todos os seres vivos são constituídos pelas mesmas unidades básicas: as células.

A uniformidade dos processos e mecanismos celulares permitem-nos deduzir que existe uma unidade evolutiva (ex: as semelhanças entre as estrutura das membranas celulares e os processos de divisão celular).

NEODARWINISMO

A teoria Neodarwinista completa a teoria da seleção natural de Darwin, pois consegue explicar as causas da variabilidade intraespecífica que Darwin não conseguia explicar.

A variabilidade tem assim duas causas:

- a ocorrência de mutações - são a fonte primária da variabilidade genética; são responsáveis pela introdução de "novidade genética".

- a recombinação de genes - pode ocorrer durante a meiose, aquando do crossing-over na profase I e da separação dos cromossomas homólogos na metafase I;

                                               - pode ocorrer durante a fecundação com a junção de gâmetas ao acaso.