Biologia 1 Capitulo 1

Você sabe quais são as principais características de um organismo vivo? Como os seres vivos crescem e se multiplicam? Como você explicaria a existência de organismos tão diferentes uns dos outros? De que são feitos os seres vivos? Para responder a essa pergunta, é importante saber um pouco de Química. Essa é a ciência que estuda, entre outras coisas, a composição, a estrutura e as propriedades da matéria. Todo matéria é feita de átomos. Se representamos o átomo como uma pequena esfera, seu diâmetro será, em média, 10 milhões de vezes menor que 1 milímetro. De acordo com dos modelos de átomo que usamos comumente, no centro (ou núcleo) de um átomo há partículas com carga elétrica positiva, chamadas prótons; e partículas sem carga elétrica, conhecidas como nêutrons. Ao redor dessa região central, estão os elétrons, que apresentam carga elétrica negativa. Como a quantidade de prótons é igual a de elétrons, o átomo é eletricamente neutro. A principal diferença entre os átomos está no número atômico, que é o número de prótons presentes no núcleo. Esse número atômico (Z) identifica cada tipo de átomo. Assim, todos os átomos de hidrogênio têm em seu núcleo (número atômico 1); todos os átomos de carbono têm seis prótons em seu núcleo (número atômico 6). Os átomos podem se ligar aos outros átomos, formando moléculas. Você já deve conhecer, por exemplo, a fórmula molecular da água: H2O. Esses átomos se ligam de maneiras específicas, resultando em estruturas que são fundamentais para a vida. Para saber mais sobre o lado da Química, você vai saber mais sobre moléculas e ligações químicas. As substâncias orgânicas Medindo apenas alguns milésimos de milímetro, uma bactéria é um ser vivo muito pequeno formado de apenas uma célula. Para enxergar as células, é necessário o uso de microscópios (do grego mikrós = pequeno; skopein = examinar), aparelhos capazes de formar uma imagem ampliada dos objetos. Para você ter uma ideia, um grão de areia mede entre 0,25 mm e 0,5 mm, bem maior, portanto, que uma bactéria. Mesmo assim, apesar de seu tamanho reduzido, uma bactéria é muito mais complexa que um grão de areia. Vamos descobrir por quê. Na matéria bruta, como na areia, os átomos estão agrupados em compostos relativamente simples, formando as substâncias inorgânicas (também chamadas substâncias minerais), como a água, vários sais e gases e os cristais de rocha. Nos seres vivos, além de substâncias inorgânicas, há substâncias orgânicas, formadas por átomos de carbono que se unem entre si para produzir longas cadeias. Átomos de hidrogênio, de oxigênio e de nitrogênio, entre outros, podem estar ligados a essas cadeias. A expressão \"substância orgânica\" foi criada em uma época em que se pensava que essas substâncias só poderiam ser produzidas por organismos vivos. Hoje, inúmeras substâncias orgânicas são fabricadas em laboratório. Organização da vida Além de toda a sua complexidade química, os seres vivos têm um nível de organização muito maior do que aquele encontrado na matéria bruta. Essa matéria é constituída por átomos que se reúnem formando moléculas, as ves, cristais. Nos seres vivos, a organização vai muito além do nível molecular: uma enorme quantidade de moléculas inorgânicas e orgânicas interage, formando a célula. Conhecida como unidade fundamental dos seres vivos, essa estrutura é capaz, por exemplo, de se nutrir, crescer e reproduzir. A célula, como vimos no caso da bactéria, só pode ser vista ao microscópio. As bactérias, os protozoários (como as amebas) e alguns outros tipos de seres vivos são formados por uma única célula. Esses organismos são conhecidos como unicelulares. Mas a maioria dos seres vivos é composta de muitas células. Esses são os organismos pluricelulares, como os animais. O nosso corpo, por exemplo, contém cerca de 60 trilhões de células. Trabalho em conjunto Você já pensou na construção de uma casa? Imagine como seria pensar e construir todos os detalhes sozinho. Parece quase impossível, não é? Seria muito mais fácil enfrentar essa empreitada com a ajuda de um amigo ou mais pessoas. Em nosso corpo acontece algo semelhante: todas as partes trabalham em conjunto e mantêm o organismo funcionando de maneira equilibrada. Conseguimos movimentar nosso corpo, por exemplo, para levantá-lo, pois nossos braços são formados de músculos com muitas células capazes de responder à forma organizada, mas na direção. Em nosso corpo, como na maioria dos organismos pluricelulares, as células se reúnem em grupos e formam um tecido. No mesmo modo, você deve perceber que uma única célula não seria capaz de prever onde estaria na superfície do seu corpo. Para isso são necessários muitos células, formando uma camada protetora. As células que recobrem nosso corpo constituem o epitélio, um tipo de tecido epitelial. Os tecidos podem se reunir formando órgãos, que se organizam em sistemas (figura 1.6). Assim, o encéfalo, a medula espinal e os nervos formam o sistema nervoso, responsável pela coordenação de diferentes partes do corpo e pela integração do organismo com o ambiente. Do mesmo modo, o sistema digestório é formado por um conjunto de órgãos ligados à nutrição.\n\nO conjunto de sistemas forma um organismo. O corpo humano, por exemplo, é formado, entre outros, pelos sistemas nervosos, digestório (duodeno), respiratório, cardiovascular (ou circulatório), urinário, genital, muscular e esquelético.\n\nA organização dos seres vivos não termina com o organismo. Se consideramos todo o nível da planta, podemos perceber que ainda há mais níveis de organização. Sabemos que os seres vivos interagem uns com os outros e com o ambiente, o que está diretamente relacionado a uma população. O conjunto de macacos-de-cheiro da Amazônia forma uma população desses macacos, por exemplo.\n\nUma população mantém relações com populações de outras espécies que habitam o mesmo local, formando uma comunidade. Uma comunidade pode ser representada pelo conjunto de todas as espécies que habitam determinado ambiente, como uma floresta ou um lago. A comunidade influi sobre os fatores físicos e químicos – chamado ecossistema (do grego oikos = casa, sistema = reunião, grupo). Reveja a figura 1.6. Esse nível de organização pode ser exemplificado por uma floresta ribeirinha, onde os seres vivos, o tipo de clima, a quantidade de água, etc.\n\nA reunindo todos os ecossistemas da planeta forma o biosfera (arte baba descreve a Terra, ilustração elaborada com base em imagens de satélite).\n\nFigura 1.6 Representação simplificada dos diferentes níveis de organização da matéria. De um nível para outro, a complexidade e a organização aumentam. Quando utilizamos uma figura esquemática para explicar algo, é comum que seus elementos sejam representados de tamanhos diferentes e, muitas vezes, desproporcionais. Para nos referir a esse recurso, dizemos que os elementos da figura não estão na mesma escala. Lembre-se de que as células são microscópicas. Foram usadas também cores fantasia. Transformações da matéria e da energia\nNa falta de energia elétrica, é muito comum as pessoas acenderem velas. Você já fez isso, deve ter reparado que a vela vai sendo consumida aos poucos. O que acontece com ela? Quando a parafina, substância que compõe a vela, queima, ela se transforma em novas substâncias, como gás carbônico e vapor de água. Quando uma substância se transforma em outra, dizemos que ocorre uma reação química. Existem vários tipos de reações e elas são estudadas em mais detalhes pela Química.\n\nDurante algumas transformações químicas, pode ocorrer a liberação de energia. No exemplo da vela, a energia química da parafina é transformada em energia luminosa. É bastante comum dizer que acendemos vela quando falta de energia elétrica. Mas devemos ter cuidado, pois a queima da parafina também libera energia na forma de calor.\n\nNo estudo da Física, aprendemos que a quantidade de energia térmica que passa de um corpo para outro em razão de uma diferença de temperatura entre eles. O calor sempre, particularmente, é um corpo com maior temperatura para um corpo com menor temperatura para que fiquem com a mesma temperatura.\n\nA energia gerada é utilizada em todas as atividades do organismo; movimentos, divisão de células, crescimento ou o processo de reconstrução do corpo, na transmissão de impulsos nervosos, etc. Podemos dizer, então, que esses processos ocorrem no organismo: a construção de moléculas, a degradação de substâncias mais complexas em outras mais simples. Veja a seguir mais detalhes sobre esses processos.\n\nconstrução de moléculas formadoras de partes das células a partir de substâncias simples – esse processo é chamado anabolismo (do grego a = para cima; bion = vida – projeto) e engloba transformações de construção;\ndegradação (quebra) de substâncias mais complexas em outras mais simples, liberando energia – processo denominado catabolismo (do grego kata = para baixo; bion = projetar), ele abrange as transformações de decomposição. \nO conjunto de todas as transformações químicas do organismo é chamado metabolismo (do grego metabole = transformação). Nutrição autotrófica e heterotrófica\nAlgumas pessoas acham que não se pode dormir com plantas no quarto. Segundo essas pessoas, à noite as plantas respiram e roubam o oxigênio das pessoas que estão no quarto. Você já ouviu alguém dizer isso? É verdade que as plantas respiram à noite. Mas, assim como nós, elas respiram o tempo todo, e não só à noite. Durante a respiração, uma planta consome, em media, vinte vezes menos oxigênio do que uma pessoa consumir. Além disso, as plantas também realizam um processo que produz alimento. Ou seja, elas apresentam nutrição autotrófica (do grego autòs = próprio; trophé = nutrição). Por outro lado, nós e outros animais precisamos obter o nosso alimento, já que não o produzimos. Nossa nutrição é chamada heterotrófica (do grego hetero = diferente; trophé = nutrição).\n\nNa nutrição autotrófica, realizada apenas pelas plantas, pelas algas e por certos bactérias, o organismo é capaz de produzir a glucose a partir de substâncias inorgânicas que retiram do ambiente, como gás carbônico, água e sais minerais. As plantas fazem isso por meio de um processo denominado fotossíntese (do grego photos = luz; synthesis = composição). Elas buscam a luz solar do Sol, que é absorvida pela clorofila presente nas folhas das plantas. \nQuando um organismo realiza a fotossíntese, ele estabelece uma relação com o meio que o cerca, comportando-se de maneira a aumentar a sua existência, capturando o gás carbônico da atmosfera (Figura 1.8) . O gas carbônico do ambiente é usado pela planta para fabricar açúcar usando gás carbônico, água e energia da luz solar. Acima, um esquema simplificado, com modelos das moléculas envolvidas no processo (os componentes da ilustração não estão na mesma escala; cores fantasia).\n\nOs animais, os protozoários, os fungos e a maioria das bactérias não fazem fotossíntese. Esses seres precisam ingerir moléculas orgânicas prontas; é a nutrição heterotrófica.\n\nO processo pode perceber, portanto, que para entender um princípio como a fotossíntese e a respiração é necessário um conhecimento básico de Química. Mas adiante você vai estudar esses processos com mais detalhes.\n\nReação e equilíbrio\nDiferentemente da matéria bruta, todos os seres vivos possuem irritabilidade, ou seja, são capazes de reagir a estímulos e modificações do ambiente. \nNa cosmos vegetais, essas reações costumam ser lentas que animais, manifestando-se, por exemplo, pelo crescimento da caules com a direção à luz (como já veremos no Volume 2). Em algumas plantas, como a sensitiva também conhecida como dormideira, a reação pode ser mais rápida; o simples contato com um animal ou vento mais forte provoca o fechamento de seus foliolos um pouco segundos. Como você imagina que isso mesmo acontece?\nOs foliolos ficam abertos porque baseia e que devido a essa pressão diminui, em resposta a estímulo de toque, ocorre o fechamento dos foliolos (figura 1.9).\n\nFigura 1.9 Sensitiva (Mimosa pudica) antes e depois de ser tocada. (A altura da planta varia de 15 cm a 45 cm).\n\nApesar das transformações do metabolismo, o ser vivo se mantém em equilíbrio, isto é, não modifica muito sua composição química e suas características físicas. Essa propriedade do ser vivo é manter relativamente constante o interior de seu organismo (seu meio interno) é chamada de homeostase (do grego homois = o mesmo; stasis = parado). Um exemplo de homeostase é a manutenção da quantidade de líquido presente em nosso corpo. Você já percebeu que em dias frios nós costumamos urinar mais? Em dias frios transpiramos menos, o que diminui o volume de água eliminado pelo corpo. Assim, a maior produção de urina é uma forma de equilibrar a quantidade de água do corpo.\n\nA reabsorção de água pelo sistema urinário é controlada por um hormônio. Quando, por exemplo, suamos muito e demoramos para repor a água perdida, esse hormônio entra em ação, facilitando a reabsorção de água e evitando a desidratação.\n\nA homeostase é importante para a manutenção da vida. Se o nosso ambiente interno mudar muito, ficando, por exemplo, excessivamente quente ou muito frio, ou, então, demasiadamente ácido, as reações químicas podem parar e corremos o risco de morrer. Ao longo do estudo em Biologia você vai conhecer outros exemplos de homeostase.\n\nNão se esqueça, porém, que esse mecanismo, assim como outros que agem em homeostase, só funcionam dentro de certos limites (de tempo e temperatura, por exemplo). Isso quer dizer que, em condições extremas, o organismo não consegue manter sua homeostase.\n\nReprodução e hereditariedade\n\nEm geral, percebemos que filhos costumam ter algumas características físicas do pai e outras da mãe.\n\nAs características de um indivíduo, como cor dos olhos ou dos cabelos, forma do nariz e até mesmo a predisposição a desenvolver algumas doenças, são influenciadas por informações contidas em suas células. Essas informações ficam em nossos genes, que, junto com o ambiente, definem grande parte de nossas características.\n\nDe forma simplificada, podemos dizer que os genes são formados por segmentos de uma molécula orgânica, o ácido desoxirribonucleico ou DNA (sigla do nome em inglês, deoxyribonucleic acid). Essas moléculas formam filamentos que ficam localizados, principalmente, no núcleo das células.\n\nComo veremos (no capítulo 10), os genes atuam como um conjunto com certas moléculas orientando a produção de proteínas, as quais promovem determinadas transformações no organismo.\n\nAs características de um organismo não dependem apenas do DNA. Elas são o resultado de uma ação conjunta do gene e do ambiente. Por exemplo, duas pessoas que tenham os mesmos tipos de genes para altura poderão ter alturas diferentes por causa das diferenças na alimentação durante o período de crescimento. Portanto, em vez de dizer que os genes determinam nossas características, é mais adequado falar que os genes, em interação com o ambiente, influenciam nossas características. \n\nCom o auxílio de diversas moléculas e estruturas, os organismos podem promover a replicação dos genes e, assim, a reprodução. Quando a célula se prepara para se dividir, os filamentos de DNA que contêm os genes são organizados em pares: são cromossomos (figura 1.10).\n\nAssim, pelo processos de reprodução, as informações contidas nos genes são transmitidas para as gerações seguintes. Mais adiante (no Capítulo 12), você vai conhecer melhor formas de reprodução dos seres vivos. Reprodução assexuada e sexual\n\nComo já vimos, existem organismos compostos de milhares de células, como nós, e organismos unicelulares, como as amebas. Nestes organismos, a reprodução assexuada é a principal forma de reprodução e equivale a uma simples divisão celular (figura 1.11): os descendentes recebem cópias iguais do DNA do indivíduo original e, por consequência, são geneticamente idênticos.\n\nNo entanto, na maioria dos seres vivos, mesmo entre os mais simples, ocorre também outra forma de reprodução, a sexual.\n\nA reprodução sexual é realizada pela união de dois gametas (do grego gametēs = o que se casa). Na maioria dos casos, a produção de gametas está ligada a uma diferença de sexo nos indivíduos adultos:\n\no sexo feminino produz o gameta feminino, chamado óvulo (do latim ovulum = pequeno ovo). Como veremos no Capítulo 12, porém, em muitos animais, o gameta feminino é uma célula chamada oócito secundário, ou oócito II;\n\no sexo masculino produz o gameta masculino, chamado espermatozoide (do grego sperma = semente; zoo = animal).\n\nNos vegetais, os nomes são diferentes: o gameta feminino é chamado óosfera, e o masculino, anterozoide.\n\nQuando ocorre a fecundação, ou seja, a união do espermatozoide com o óvulo, forma-se uma nova célula, que dará origem a um novo indivíduo (figura 1.12). Essa célula-ovo, também conhecida como zigoto (do grego zygos = par, juntos), é geneticamente diferente dos organismos que a geraram. Suas características, portanto, resultarão de uma combinação de genes paternos e maternos e das influências ambientais.\n\nNa produção dos gametas, há um emaranhado de processos com os cromossomos e genes, de modo que cada gameta maduro do sexo adulto tem apenas um gene da combinação do pai e da mãe. Assim, os filhos não são geneticamente iguais aos pais, mas irmãos que advêm de qualquer outro indivíduo da família. Da mesma forma, em algumas estudos indicam que talvez haja uma tendência genética para certas formas de alcoolismo, a conscientização da pessoa e seu próprio esforço em não ingerir álcool podem neutralizar os efeitos dessa suposta influência genética. Biologia e sociedade\n\nOs genes e o ambiente\n\nAs características de um organismo não dependem apenas das informações do material genético. Elas são o resultado da interação dos genes com várias outras partes da célula e com o ambiente.\n\nEm relação ao comportamento, por exemplo, a ação do ambiente é fundamental e inclui fatores culturais e sociais. Temos grande capacidade de aprender e mudar nosso comportamento de acordo com as experiências por que passamos ao longo da vida. A sociedade onde vivemos, a influência da família, dos amigos, da escola, do ambiente de trabalho, e todas as nossas experiências pessoais podem mudar alguns de nossos genes. Em outras palavras, a influência dos genes sobre nossos comporta\n\nmento e nossa personalidade não é tão forte quanto sobre certas características físicas, como os olhos ou grupos sanguíneos. Os genes são capazes de influenciar certos comportamentos, mas não de determiná-los (figura 1.13).\n\nDevemos considerar ainda que podemos prever as consequências de nossas ações. O fato de saber que o outro prejudica a saúde, por exemplo, pode nos levar a não fumar ou a beber de forma. Da mesma forma, em alguns estudos indicam que talvez haja uma tendência genética para certas formas de alcoolismo, a conscientização da pessoa e seu próprio esforço em não ingerir álcool podem neutralizar os efeitos dessa suposta influência genética. Mutação\nO mecanismo da hereditariedade é o responsável pela semelhança entre os filhos e os pais. Como você viu, o embaralhamento que ocorre na formação dos gametas aumenta muito as diferenças entre um e outro, e isso amplia a variedade de indivíduos que se formam.\n\nAlém disso, às vezes, o DNA produz cópias com erro. Essa alteração pode ser causada tanto por uma falha durante a duplicação como pela exposição do organismo à radioatividade ou a certos produtos químicos. Essa modificação na estrutura do DNA chama-se mutação, e ocorre a seguir.\n\nA mutação faz com que a nova molécula seja diferente da original, podendo significar um novo característica (figura 1.14). Mutação que ocorrem na linhagem germinativa (células ou gametas) podem ser passadas às gerações seguintes. Isso, portanto, um importante fator para a evolução das populações. No Capítulo 10, você vai aprender mais sobre DNA e mutações.\n\nSeleção natural\nQuando é vantajosa para o ser vivo, a mutação tende a se espalhar lentamente pela população. Isso acontece porque uma mutação vantajosa aumenta a chance de sobrevivência de um indivíduo, ampliando também sua chance de gerar filhotes que também podem carregar essa mutação. Caso seja prejudicial, ela tende a desaparecer.\n\nO processo pelo qual são preservadas as mutações que favorecem a sobrevivência ou a reprodução de organismos de uma população é denominado às mutações prejudiciais é chamado seleção natural.\n\nDesenvolvida pelo cientista inglês Charles Darwin (1809-1882), a ideia de seleção natural foi um marco na História, sobre a Biologia.\n\nUm exemplo de seleção natural é a resistência dos insetos a inseticidas. Em uma população de insetos surgem vários indivíduos com diferentes tipos de resistência, entre os quais alguns são mais resistentes à inseticida, enquanto outros são vulneráveis à sobrevida; outros, desfavoráveis ou neutras (sem valor adaptativo). Quando essa população é muito prolongada, os insetos resistentes são eliminados (o tamanho dos gafanhotos depende da espécie, variando em torno de 1 cm a 8 cm de comprimento; o DNA é microscópico; os desenhos da figura não estão na mesma escala; cores fantasia).\n\nFigura 1.14 O esquema mostra como as mutações podem ocorrer durante a replicação de uma molécula de DNA (cores fantasia). Algumas mutações podem significar o aparecimento de uma característica diferente. A variedade da cor da pelagem em coelhos surgiu por mutação de um único tipo original (coelhos adultos têm em torno de 18 cm a 30 cm de comprimento).\n\nFigura 1.15 Após o uso de inseticidas, o número de insetos resistentes (representados em cor mais escura) aumenta, visto que os insetos sensíveis são eliminados (o tamanho dos gafanhotos depende da espécie, variando em torno de 1 cm a 8 cm de comprimento; o DNA é microscópico; os desenhos da figura não estão na mesma escala; cores fantasia). A teoria da evolução explica por que os seres vivos possuem adaptações - características que facilitam sua sobrevivência e reprodução no ambiente em que vivem (figura 1.16). Por exemplo, peixes possuem brânquias (que retiram o oxigênio dissolvido na água) e natação (que os auxiliam na natação). Mas essas estruturas não funcionam para a vida terrestre, na qual os pulmões são mais adequados à respiração, e as pernas, a locomoção. No entanto, nem todas as características de um ser vivo se devem à seleção natural e nem todas são adaptativas.\n\nAo estudar Biologia, mais importante do que memorizar nomes e definições é compreender a relação entre a forma e a função de órgãos e partes do ser vivo. É importante também compreender como órgãos e sistemas atuam em conjunto na manutenção de um ambiente interno constante (homeostase) e como são as relações entre organismo e o ambiente em que vive.\n\nFigura 1.16 Alguns exemplos de adaptações.