Podcast Nerd Cursos #9 - A evolução antes de Darwin I - Os filósofos gregos

Olá estudantes! Sou o professor Marco Nunes e este é o podcast semanal do Nerd Cursos, um portal gratuito de materiais de apoio ao estudo para o Enem e vestibulares. O tema deste podcast é biológico e filosófico, nele tratarei sobre a evolução dos seres vivos, sob o ponto de vista de alguns filósofos da Grécia antiga. 

Roteiro do programa 

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Podcast Nerd Cursos 3 - Quando três não foi demais

Olá estudantes e professores! Sou o professor Marco Nunes e este é o podcast semanal do Nerd Cursos, um portal gratuito de materiais de apoio ao estudo para o Enem e vestibulares.  O tema deste podcast é sobre a revolução do uso dos antibióticos na medicina do século XX, seu uso indiscriminado e o desenvolvimento de bactérias resistentes. Acesse aqui

QUESTÕES DO ENEM COMENTADAS – EVOLUÇÃO BIOLÓGICA (ENEM 2014)

ENEM 2014 - Ciência da Natureza e Suas Tecnologias - Biologia

Assunto: Evolução biológica

Embora seja um conceito fundamental para a biologia, o termo "evolução" pode adquirir significados diferentes no senso comum. A ideia de que a espécie humana é o ápice do processo evolutivo é amplamente difundida, mas não é compartilhada por muitos cientistas. Para esses cientistas, a compreensão do processo citado baseia-se na ideia de que os seres vivos, ao longo do tempo, passam por

a) modificação de características.

b)incremento no tamanho corporal.

c) complexificação de seus sistemas.

d) melhoria de processos e estruturas.

e) especialização para uma determinada finalidade.

Resolução:

A questão acima é considera fácil. Pretende testar se o candidato sabe definir de forma simples e objetiva o conceito moderno de evolução biológica. A evolução biológica consiste na mudança das características hereditárias de grupos de organismos ao longo das gerações. Grupos de organismos, denominados populações e espécies, são formados pela divisão de populações ou espécies ancestrais; posteriormente, os grupos descendentes passam a se modificar de forma independente. Portanto, numa perspectiva de longo prazo, a Evolução é a descendência, com modificações, de diferentes linhagens a partir de ancestrais comuns.

Resposta: A

Aprofundamento 1 – Evolução segundo Lamarck (Lamarckismo)

Jean-Baptiste Lamarck defendeu a teoria do “Uso e Desuso”. Segundo ele os órgãos se aperfeiçoavam com o uso e se enfraqueciam com a falta de uso. Mudanças que são preservadas e transmitidas a prole. O exemplo mais típico seria do pescoço da girafa, que cresceria a medida que ela o estica para alcançar as folhas mais altas das árvores. Confira na figura abaixo.

A teoria de Lamarck era uma espécie de Darwinismo ao contrário, com os organismos controlando seu próprio desenvolvimento. Suas ideias eram bastante intuitivas e mais cativantes por se adaptarem mais facilmente ao senso comum. Suas teorias sofriam de um problema de seleção das observações e sua abordagem de carência de comprovação científica. Comprovação essa que ele se recusou a apresentar (e nem conseguiria). Claro, se amarrarmos o braço de um bebe junto ao seu corpo, e o mantivermos assim por 30 anos, os músculos não iram se desenvolver, e com o tempo vão atrofiar perdendo a capacidade de se desenvolver. Esse adulto terá os braços com tamanhos desiguais. Mas ao contrário do que Lamarck previa, os filhos desse homem não nascerão com braços pequenos. Assim como as cicatrizes que adquirimos durante nossa vida não são transmitidas a nossos filhos.

Segundo o Lamarckismo as respostas a, c, d, e da questão do Enem seriam apropriadas.

Aprofundamento 2 – Evolução segundo Darwin (Darwinismo)

Charles Darwin (1809-1882), naturalista inglês, desenvolveu uma teoria evolutiva que é a base da moderna teoria sintética: a teoria da seleção natural. Segundo Darwin, os organismos mais bem adaptados ao meio têm maiores chances de sobrevivência do que os menos adaptados, deixando um número maior de descendentes. Os organismos mais bem adaptados são, portanto, selecionados para aquele ambiente. Os princípios básicos das idéias de Darwin podem ser resumidos no seguinte mod

• Os indivíduos de uma mesma espécie apresentam variações em todos os caracteres, não sendo portanto idênticos entre si.
• Todo organismo tem grande capacidade de reprodução, produzindo muitos descendentes. Entretanto, apenas alguns dos descendentes chegam à idade adulta.
• O número de indivíduos de uma espécie é mantido mais ou menos constante ao longo das gerações.
• Assim, há grande "luta" pela vida entre os descendentes, pois apesar de nascerem muitos indivíduos poucos atingem a maturalidade, o que mantém constante o número de indivíduos na espécie.
• Na "luta" pela vida, organismos com variações favoráveis ás condições do ambiente onde vivem têm maiores chances de sobreviver, quando comparados aos organismos com variações menos favoráveis.
• Os organismos com essas variações vantajosas têm maiores chances de deixar descendentes. Como há transmissão de caracteres de pais para filhos, estes apresentam essas variações vantajosas.
• Assim, ao longo das gerações, a atuação da seleção natural sobre os indivíduos mantém ou melhora o grau de adaptação destes ao meio.

Confira na figura abaixo.

Segundo o Darwinismo as respostas A é apropriada.

Aprofundamento 3 – Evolução segundo a Teoria Sintética da Evolução (Neodarwinismo)

  

A Teoria sintética da evolução ou Neodarwinismo foi formulada por vários pesquisadores durante anos de estudos, tomando como essência as noções de Darwin sobre a seleção natural e incorporando noções atuais de genética. A mais importante contribuição individual da Genética, extraída dos trabalhos de Mendel, substituiu o conceito antigo de herança através da mistura de sangue pelo conceito de herança através de partículas: os genes. A teoria sintética considera, conforme Darwin já havia feito, a população como unidade evolutiva. A população pode ser definida como grupamento de indivíduos de uma mesma espécie que ocorrem em uma mesma área geográfica, em um mesmo intervalo de tempo.

Para melhor compreender esta definição, é importante conhecer o conceito biológico de espécie: agrupamento de populações naturais, real ou potencialmente intercruzantes e reprodutivamente isolados de outros grupos de organismos. Quando, nesta definição, se diz potencialmente intercruzantes, significa que uma espécie pode ter populações que não cruzem naturalmente por estarem geograficamente separadas. Entretanto, colocadas artificialmente em contato, haverá cruzamento entre os indivíduos, com descendentes férteis. Por isso, são potencialmente intercruzantes. A definição biológica de espécie só é valida para organismos com reprodução sexuada, já que, já que, no caso dos organismos com reprodução assexuada, as semelhanças entre características morfológicas é que definem os agrupamentos em espécies.

Observando as diferentes populações de indivíduos com reprodução sexuada, pode-se notar que não existe um indivíduo igual ao outro. Exceções a essa regra poderiam ser os gêmeos univitelínicos, mas mesmo eles não são absolutamente idênticos, apesar de o patrimônio genético inicial ser o mesmo. Isso porque podem ocorrer alterações somáticas devidas á ação do meio. A enorme diversidade de fenótipos em uma população é indicadora da variabilidade genética dessa população, podendo-se notar que esta é geralmente muito ampla.

A compreensão da variabilidade genética e fenotípica dos indivíduos de uma população é fundamental para o estudo dos fenômenos evolutivos, uma vez que a evolução é, na realidade, a transformação estatística de populações ao longo do tempo, ou ainda, alterações na frequência dos genes dessa população. Os fatores que determinam alterações na frequência dos genes são denominados fatores evolutivos. Cada população apresenta um conjunto gênico, que sujeito a fatores evolutivos , pode ser alterado. O conjunto gênico de uma população é o conjunto de todos os genes presentes nessa população. Assim, quanto maior é a variabilidade genética.

Os fatores evolutivos que atuam sobre o conjunto gênico da população podem ser reunidos duas categorias:

• Fatores que tendem a aumentar a variabilidade genética da população: mutação gênica, mutação cromossômica, recombinação;

• Fatores que atuam sobre a variabilidade genética já estabelecida: seleção natural, migração e oscilação genética.

A integração desses fatores associada ao isolamento geográfico pode levar, ao longo do tempo, ao desenvolvimento de mecanismos de isolamento reprodutivo, quando, então, surgem novas espécies. Nos capítulos seguintes, esses tópicos serão abordados com maiores detalhes.

Segundo a Teoria sintética da evolução a resposta A é apropriada.

O que veio primeiro a pena ou as aves?

 

Uma ave é comumente definida como um vertebrado que possui o corpo recoberto por penas, uma característica comum a todas as espécies de aves. Mas as aves não são o único grupo de animais que possuem penas, pelo menos nem sempre foi assim. No final do século XIX, um fóssil intrigante foi descoberto na Alemanha, em sedimentos datados em 150 milhões de anos. Tratava-se de um animal com características típicas das aves, inclusive a presença de penas, mas com algumas características, como a forma do crânio, dentes na mandíbula e uma longa cauda típica de répteis bípedes extintos, os dinossauros terápodes (exemplos, os Tyrannossaurus rex e o Velociraptor). O fóssil foi identificado como uma ave primitiva e chamado de Archaeopteryx lithographica.

 

Figura: Imagem do Archaeopteryx lithographica, uma ave primitiva com muitas características semelhantes aos répteis terapodes. 

Figura: As imagens representam concepções dos répteis terápodes.

Esta descoberta levantou uma questão.  Será que os dinossauros possuíam penas? Quase 100 anos depois da descoberta do Archaeopteryx, vários fósseis de espécimes de dinossauros bípedes, muito mais antigos foram descobertos e a presença de penas foi detectada. Portanto a resposta a questão inicial deste artigo seria que as penas surgiram primeiro que as aves, pois foram herdados de um grupo ancestral, os répteis terápodes. 

Qual a função das penas nos dinossauros?

Nas aves as penas são uma adaptação importante ao vôo. São estruturas aerodinâmicas, capazes de sustentar, estabilizar e direcionar o vôo. Mas nos dinossauros plumosos, ou seja, dinossauros com penas, qual seria a função das penas? A análise dos fósseis de vários dinossauros plumosos revelou que a maioria não possuía uma estrutura corporal adaptada ao vôo. Apesar da importância das penas relacionada à habilidade de voar das aves, sabe-se que as penas possuem outras funções. As penas podem funcionar como ornamentos de atração sexual, como ocorre com as grandes e coloridas penas do pavão. Nas aves as penas também auxiliam da manutenção da temperatura corporal, pois são capazes de manter uma camada de ar entre a superfície das penas e da pele, agindo como um isolante térmico contribuindo para a homeotermia das aves. A análise de fósseis encontrados em rochas e em âmbar, um tipo de resina fossilizada, mostraram que as penas dos dinossauros eram coloridas, como nas atuais aves. Em alguns fósseis de dinossauros plumosos foi detectada sobre todo o corpo, penas de contorno, semelhante às existentes nas aves atuais, que auxiliam da manutenção da temperatura corporal. Em alguns dinossauros fósseis existiam grandes penas na cauda, patas e asas, semelhantes às encontradas na cauda e asas das aves atuais. Na maioria dos dinossauros plumosos descobertos na forma fóssil a presença destas grandes penas da cauda foi associada à atração sexual, como ocorre no pavão. Alguns estudos defendem que as grandes penas da cauda e asas auxiliariam na manutenção da postura bípede sob condições de corrida, como ocorre em filhotes de aves que ainda não adquiriam a capacidade do vôo. Alguns estudos defendem que em algumas espécies de dinossauros plumosos as penas permitiriam um tipo de locomoção alternativa ao andar bípede, um “vôo primitivo”, uma espécie de planar, que ampliaria a distância percorrida em saltos de uma árvore para outra ou de um ponto mais alto para um mais baixo.

 

Figura: Concepção de dinossauros terápode com penas de nas asas, talvez utilizadas como ornamentos de atração sexual e as do resto do corpo para auxiliar na manutenção da temperatura.

Figura: Concepção de um réptil terápode com grandes penas nas quatro patas, provavelmente utilizadas para saltar e planar.

Qual a origem das penas?

Durante muito tempo cientistas especularam que as penas seriam o resultado da modificação de escamas dos répteis. Segundo esta hipótese, as penas foram formadas a partir de escama que cresciam a partir da pele, de forma mais inclinada, que tiveram suas bordas recordadas, formando as ramificações típicas das penas modernas. Porém, esta hipótese nunca foi confirmada no registro fóssil. A análise de dezenas fósseis de dinossauros plumosos mostrou que as penas não são escamas modificadas, mas sim são estruturas dérmicas homólogas as escamas, pois possuem a mesma origem, mas que evoluíram de forma diferenciada. O estudo do desenvolvimento das penas nas aves modernas pode dar dicas importantes de como ocorreu à evolução das penas. As penas são formadas a partir de botões germinativos formados por células chamadas de queratócitos que secretam um cilindro oco, chamado bainha. No interior da bainha, forma-se um eixo central, chamado raque. No interior da bainha, a raque pode desenvolver protuberâncias laterais, que dão origem a ramificações da raque, as barbas. Na maioria das penas as barbas desenvolvem ramificações chamadas bárbulas. As bárbulas formam ramificações na forma de ganchos que mantém as bárbulas unidas. Esta complexa estrutura se forma enrolada dentro da bainha, até que ela se rompa e a pena se desenrole adquirindo a sua forma típica.

 Figura: Desenvolvimento das penas nas aves modernas.

Figura: Estrutura de uma pena de uma ave.

O estudo de fósseis de diferentes épocas mostrou que os dinossauros plumosos mais antigos possuíam penas primitivas formadas somente por um eixo central (raque), provavelmente, pigmentadas com função de atração sexual. Fósseis um pouco mais recentes tinham penas com o eixo central (raque) ramificado (barbas), como a plumas do corpo das aves. Fósseis mais recentes tinham além do eixo central (raque) e das ramificações (barbas), ramificações laterais com ganchos (bárbulas).

Figura: Tipos de penas encontradas em diferentes fósseis de répteis terápodes.

Estes estudos mostram que as penas complexas das aves foram herdadas dos répteis tetrápodes e trata-se de um excelente exemplo de como a evolução pode ocorrer em etapas graduais. 


Referências: 1 e 2.         

Evolução das baleias a partir de mamíferos terrestres! Como se construiu esta teoria?

Durante muito tempo as baleias e golfinhos foram considerados um grupo de peixe, devido à forma do corpo pisciforme (forma de peixe). Mas conforme o conhecimento sobre estes animais aumentou ficou claro que eles deviam ser enquadrados em outro grupo, os mamíferos, pois eram homeotérmicos, possuía respiração aérea pulmonar, coração tetracavitário e amamentavam seus filhotes. Mas as baleias são em muitos aspectos, distintos da maioria dos mamíferos. Possuem habitat aquático, possui locomoção adaptada a água, cavidade nasal e narinas localizadas na frente do crânio. Qual seria o grupo de mamíferos ancestral das baleias.

Comparações moleculares de proteínas dos cetáceos (baleias e golfinhos) com outras ordens de mamíferos mostraram que entre as atuais ordens de mamíferos a com maior similaridade molecular seria a ordem artiodáctila, um grupo representado pelas vacas, porcos, rinoceronte e hipopótamos.

 

Figura: Exemplos de Artiodáctilos

Comparações de trechos específicos do DNA mostraram que entre os mamíferos viventes o que apresenta maiores semelhanças com o DNA cetáceo é o hipopótamo.

 

Figura: Hipopótamo.

Estes resultados foram interpretados de diferentes maneiras, alguns estudiosos teorizaram que a ordem cetácea evolui da ordem artiodáctila (teoria artiodáctila) e outros especialistas acreditam que a ordem cetácea tenha evoluído de outra ordem próxima evolutivamente dos artiodáctilos.

A compreensão deste processo começou a ser esclarecidas a partir de estudos de fósseis realizados no Ásia (Paquistão) em 1978. Na ocasião foram descobertas rochas datadas em cerca de 50 milhões de anos com um crânio fóssil que após análise mostrou-se ser de um mamífero terrestre, carnívoro, que vivia as margens de rios. Este animal foi chamado de Paquicetos. A análise detalhada do crânio do Paquicetos visando relacioná-lo evolutivamente com outros grupos de mamíferos atuais mostraram uma semelhança instigante de alguns ossos da região do ouvido com os ossos do ouvido de baleias e golfinhos. Esta semelhança foi interpretada com uma forte evidência científica da evolução dos cetáceos (baleias e golfinhos) a partir de mamíferos terrestres. Baseado em estudos paleontológicos sabe-se que o Paquicetos viveu em uma época conturbada na região. Correspondeu a um período de aquecimento da Terra, com derretimento das calotas polares e aumento do nível do mar o que diminui a área terrestre e aumentou a marinha no planeta. Nestas condições muitas espécies terrestres devem ter se extinguido e outras se adaptado a nova condição. Especula-se que talvez, o Paquicetos tenha nesta época começado a explorar o meio aquático de forma esporádica, à procura de alimento, se locomovendo através de um nado desajeitado tipo “cachorrinho”.

 

Figuras: Reconstituição do Paquicetos.

Em 1983 foi descoberto fósseis no Egito, em sedimentos marinhos datados em cerca de 35 milhões de anos. Estes fósseis eram semelhantes a baleias, medindo cerca de 18 metros de comprimento, possuíam dentes e uma característcas peculiar, patas atrofiadas e relação ao tamanho do animal. Esta foi à primeira evidência incontestável que baleias primitivas possuíam quatro patas. Estes fósseis foram denominados como Basilossauro. A análise funcional das batas do Basilossauro mostrou que dificilmente elas seriam capazes de auxiliar na locomoção terrestre, mas sim deviam auxiliar no direcionamento da natação.           

 

Figuras: Reconstituição do Basilossauros.

Em 1992 a descoberta no Paquistão de um fóssil em sedimentos marinhos de 48 milhões de anos colaborou para a teoria da evolução das baleias a partir de mamíferos terrestres. Foi descoberto um fóssil completo de um animal semelhante a baleias, mas com grandes patas e articulações móveis que sugeriram capacidade de sustentar a locomoção terrestre. Este animal foi chamado de Ambulocetos natans (baleia que anda e nada). Ele deveria passar a maior parte do tempo na água, mas talvez algumas atividades como a copulação fosse feita em meio terrestre.

 

Figuras: Reconstituição do Ambulocetos natans

Depois de 1992 várias outras descobertas fósseis foram feitas colaborando com a teoria da origem terrestre das baleias. Inclusive uma bastante interessante. Um fóssil denominado  Rodocetos, coletado no Paquistão em sedimentos marinhos, apresentava os quatro membros membro bem conservados. A análise das patas mostrou semelhanças significativas da articulação dos tornozelos do Rodocetos com a articulação do tornozelo dos Artiodáctilos, como o hipopótamo, contribuindo para a teoria da origem artiodáctila da baleias. 

Figura: árvore filogenética das baleias. 

Indicação de Vídeo: Cosmos episódio 2: Uma voz na sinfonia cósmica (Origem da vida e evolução)

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