Baixe Genética e evolução e outras Notas de estudo em PDF para Química, somente na Docsity! Nome do Aluno Genética e Evolução Organizadores Paulo Takeo Sano Lyria Mori Elaboradores Cristina Yumi Miyaki Rodrigo Venturoso Mendes da Silveira Biologia 2 módulo GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO Governador: Geraldo Alckmin Secretaria de Estado da Educação de São Paulo Secretário: Gabriel Benedito Issac Chalita Coordenadoria de Estudos e Normas Pedagógicas – CENP Coordenadora: Sonia Maria Silva UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Reitor: Adolpho José Melfi Pró-Reitora de Graduação Sonia Teresinha de Sousa Penin Pró-Reitor de Cultura e Extensão Universitária Adilson Avansi Abreu FUNDAÇÃO DE APOIO À FACULDADE DE EDUCAÇÃO – FAFE Presidente do Conselho Curador: Selma Garrido Pimenta Diretoria Administrativa: Anna Maria Pessoa de Carvalho Diretoria Financeira: Sílvia Luzia Frateschi Trivelato PROGRAMA PRÓ-UNIVERSITÁRIO Coordenadora Geral: Eleny Mitrulis Vice-coordenadora Geral: Sonia Maria Vanzella Castellar Coordenadora Pedagógica: Helena Coharik Chamlian Coordenadores de Área Biologia: Paulo Takeo Sano – Lyria Mori Física: Maurício Pietrocola – Nobuko Ueta Geografia: Sonia Maria Vanzella Castellar – Elvio Rodrigues Martins História: Kátia Maria Abud – Raquel Glezer Língua Inglesa: Anna Maria Carmagnani – Walkyria Monte Mór Língua Portuguesa: Maria Lúcia Victório de Oliveira Andrade – Neide Luzia de Rezende – Valdir Heitor Barzotto Matemática: Antônio Carlos Brolezzi – Elvia Mureb Sallum – Martha S. Monteiro Química: Maria Eunice Ribeiro Marcondes – Marcelo Giordan Produção Editorial Dreampix Comunicação Revisão, diagramação, capa e projeto gráfico: André Jun Nishizawa, Eduardo Higa Sokei, José Muniz Jr. Mariana Pimenta Coan, Mario Guimarães Mucida e Wagner Shimabukuro Carta da Pró-Reitoria de Graduação Caro aluno, Com muita alegria, a Universidade de São Paulo, por meio de seus estudantes e de seus professores, participa dessa parceria com a Secretaria de Estado da Educação, oferecendo a você o que temos de melhor: conhecimento. Conhecimento é a chave para o desenvolvimento das pessoas e das nações e freqüentar o ensino superior é a maneira mais efetiva de ampliar conhecimentos de forma sistemática e de se preparar para uma profissão. Ingressar numa universidade de reconhecida qualidade e gratuita é o desejo de tantos jovens como você. Por isso, a USP, assim como outras universidades públicas, possui um vestibular tão concorrido. Para enfrentar tal concorrência, muitos alunos do ensino médio, inclusive os que estudam em escolas particulares de reconhecida qualidade, fazem cursinhos preparatórios, em geral de alto custo e inacessíveis à maioria dos alunos da escola pública. O presente programa oferece a você a possibilidade de se preparar para enfrentar com melhores condições um vestibular, retomando aspectos fundamentais da programação do ensino médio. Espera-se, também, que essa revisão, orientada por objetivos educacionais, o auxilie a perceber com clareza o desenvolvimento pessoal que adquiriu ao longo da educação básica. Tomar posse da própria formação certamente lhe dará a segurança necessária para enfrentar qualquer situação de vida e de trabalho. Enfrente com garra esse programa. Os próximos meses, até os exames em novembro, exigirão de sua parte muita disciplina e estudo diário. Os monitores e os professores da USP, em parceria com os professores de sua escola, estão se dedicando muito para ajudá-lo nessa travessia. Em nome da comunidade USP, desejo-lhe, meu caro aluno, disposição e vigor para o presente desafio. Sonia Teresinha de Sousa Penin. Pró-Reitora de Graduação. Carta da Secretaria de Estado da Educação Caro aluno, Com a efetiva expansão e a crescente melhoria do ensino médio estadual, os desafios vivenciados por todos os jovens matriculados nas escolas da rede estadual de ensino, no momento de ingressar nas universidades públicas, vêm se inserindo, ao longo dos anos, num contexto aparentemente contraditório. Se de um lado nota-se um gradual aumento no percentual dos jovens aprovados nos exames vestibulares da Fuvest — o que, indubitavelmente, comprova a qualidade dos estudos públicos oferecidos —, de outro mostra quão desiguais têm sido as condições apresentadas pelos alunos ao concluírem a última etapa da educação básica. Diante dessa realidade, e com o objetivo de assegurar a esses alunos o patamar de formação básica necessário ao restabelecimento da igualdade de direitos demandados pela continuidade de estudos em nível superior, a Secretaria de Estado da Educação assumiu, em 2004, o compromisso de abrir, no programa denominado Pró-Universitário, 5.000 vagas para alunos matriculados na terceira série do curso regular do ensino médio. É uma proposta de trabalho que busca ampliar e diversificar as oportunidades de aprendizagem de novos conhecimentos e conteúdos de modo a instrumentalizar o aluno para uma efetiva inserção no mundo acadêmico. Tal proposta pedagógica buscará contemplar as diferentes disciplinas do currículo do ensino médio mediante material didático especialmente construído para esse fim. O Programa não só quer encorajar você, aluno da escola pública, a participar do exame seletivo de ingresso no ensino público superior, como espera se constituir em um efetivo canal interativo entre a escola de ensino médio e a universidade. Num processo de contribuições mútuas, rico e diversificado em subsídios, essa parceria poderá, no caso da estadual paulista, contribuir para o aperfeiçoamento de seu currículo, organização e formação de docentes. Prof. Sonia Maria Silva Coordenadora da Coordenadoria de Estudos e Normas Pedagógicas Seria ousado demais imaginar que ao longo de todo o tempo, desde que a Terra veio a existir, talvez milhões de eras antes do começo da história da humanidade, que todos os animais de sangue quente surgiram de um só filamento vivo [...] dotado da faculdade de se aperfeiçoar continuamente por sua própria atividade inerente, e de transferir esses aperfeiçoamentos por geração à sua posteridade, por todo o sempre! Erasmus Darwin, Zoonomia, 1794 Minha letra é igual à do meu avô. Charles Darwin, Rabisco no caderno M, 1838 No presente módulo discutiremos alguns aspectos da Genética e da Evolu- ção que fazem parte de nossas vidas. Esperamos que você enxergue a beleza dessas duas áreas ao longo desse nosso estudo. O material apresentado aqui está organizado de forma que você deve lê-lo criticamente durante a aula. Pare para pensar e procure discutir suas dúvidas com os colegas e com o monitor. Temos algumas atividades e várias perguntas e você deve trabalhar buscando sempre raciocinar sobre o problema proposto. Além disso, o monitor proporá algumas Questões de Execução (QE) que devem ser discutidas em pequenos grupos de alunos e com ele próprio, monitor. Esperamos muito que você termine o módulo se sentindo satisfeito com sua aprendizagem. Bons estudos! Apresentação do módulo    -    Ele assumiu que o estado de uma característica que ocorre no híbrido (F 1 ) deveria ser denominado dominante, e o estado que está latente no híbrido seria designado recessivo. Esse estado recessivo estaria retraído ou ausente no híbrido, mas reaparecia sem mudanças na descendência do híbrido (F 2 ). Mendel contou o número de indivíduos com cada estado da característica em F 2 . Por exemplo, o resultado do cruzamento esquematizado na Figura 2 foi de 5.474 sementes lisas e 1.850 rugosas. Se dividirmos 5.474 por 1.850, teremos 2,96; ou seja, uma proporção de 2,96 ervilhas lisas para cada 1 ervi- lha rugosa obtida. Essa proporção, muito próxima de 3:1 entre o estado do- minante e o recessivo, foi encontrada para todas as características listadas na Tabela 1. Interessante, né? Mendel então buscou uma explicação para escla- recer a origem dessa proporção. Para Mendel, as plantas possuíam entidades denominadas “fatores” (hoje conhecidas como “genes”) que determinavam as características hereditárias e eram transmitidas de uma geração para outra por meio dos gametas. Mendel representou esses fatores hipotéticos por letras, sendo a forma maiúscula para o fator determinante do estado dominante e minúscula o do estado recessivo. Além disso, Mendel concluiu que os fatores para os dois estados de uma característica não se misturavam no híbrido, pois na descendência do híbrido aparecia um estado ou outro em cada indivíduo, e nunca estados intermediári- os. Finalmente, Mendel postulou que os dois tipos de fatores presentes no indi- víduo deveriam se separar (segregar) na formação dos gametas. Assim, cada gameta teria apenas um fator. Hoje sabemos que essa formação de gametas se dá por meiose. Vamos fazer a atividade a seguir para compreender isso melhor. QE 7: Seguindo o raciocínio de Mendel, uma planta de ervilha necessariamente possui dois fatores para cada característica. Como você justifica isso? QE 8: Como o termo fator se relaciona com o termo genótipo? ATIVIDADE 1 Meiose e segregação de genes Faça grupo com 4-5 colegas. 1) Faça 4 rolinhos de papel de 5 cm de comprimento para representar cromossomos. Pinte os centrômeros, representando cromossomos metacêntricos. Escreva A em 2 rolinhos e a em outros 2 rolinhos. 2) Desenhe no seu caderno um círculo para representar o limite de uma célula e coloque um cromossomo com A e o seu homólogo com a. 3) Antes de iniciar a meiose os cromossomos são duplicados. Como você representaria essa duplicação usando os rolinhos prontos? O resultado dessa duplicação é uma figura na qual os cromossomos (cromátides-irmãs) estão unidos pelo centrômero. Você pode representar isso unindo os rolinhos de papel com fita adesiva. 4) A meiose constitui-se de duas divisões celulares. No final da primeira divisão, os cromossomos homólogos são separados em 2 células diferentes. Represente esse resultado no seu caderno. Ao final da segunda divisão, as cromátides-irmãs são separa- das e resultam em 4 gametas. Represente esse resultado no seu caderno. 5) Faça agora 4 rolinhos de 3 cm. Pinte os centrômeros representando cromossomos acrocêntricos e escreva B em 2 rolinhos e b nos outros 2.   ATIVIDADE 1(CONT.) 6) Represente agora uma célula duplo-híbrida. Quantos cromossomos você deve colo- car dentro da célula? Correto, 2 pares de cromossomos homólogos contendo alelos diferentes em cada par. 7) Repita os passos 3 e 4. Mendel também estudou a herança simultânea de duas ou mais caracterís- ticas, cada uma delas com estados contrastantes. Em um dos experimentos foram cruzadas plantas puras que produziam sementes lisas e amarelas com plantas puras que produziam sementes rugosas e verdes. Ou seja, essas plan- tas eram duplo-homozigóticas. Os resultados obtidos se encontram na Tabela 2. Observe que os valores das razões são próximos de 9:3:3:1. Tabela 2 – Resultados obtidos por Mendel no cruzamento entre plantas du- plo-homozigóticas. QE 9: Escreva na Figura 1 como Mendel representaria os fatores existentes em cada um dos tipos de ervilha esquematizada. Faça a mesma coisa para os outros seis esquemas que você montou para as outras características da Tabela 1. Verifique se a maneira como você representou os fatores obedece todas as observações feitas por Mendel. QE 10: Faça o planejamento de um experimento de cruzamento para verificar se a composição de fatores que você propôs para o híbrido F 1 da Figura 1 está correta. QE 11: Liste os pontos mais importantes que Mendel levantou para explicar o padrão de herança das características que ele analisou. Tudo ficou claro? cruzamento entre plantas puras lisas e amarelas X rugosas e verdes características de F 1 lisas e amarelas autofecundação de F 1 lisas e amarelas X lisas e amarelas características de F 2 315 lisas e amarelas 108 lisas e verdes 101 rugosas e amarelas 32 rugosas e verdes razão entre os tipos de F 2 9,84 3,37 3,15 1 Calcule as proporções entre os estados de cada característica das sementes descritas na Tabela 2 (lisas:rugosas e amarelas:verdes). Esse cálculo está esquematizado na Tabela 3. A característica “cor da se- mente” influencia na característica “textura da semente”? Analisando as Tabe- las 2 e 3 vemos que não há interferência. As duas características foram herda- das independentemente. Tabela 3 – Resultados da análise independente de cada característica em F 2 do cruzamento descrito na Tabela 2. características textura da semente cor da semente razão entre os tipos de F 2 3,18 lisas: 1 rugosa 2,97 amarelas: 1 verde plantas F 2 315 + 108 = 423 lisas 101 + 32 = 133 rugosas 315 + 101 = 416 amarelas 108 + 32 = 140 verdes    -    Como Mendel explicou os resultados mostrados na Tabela 3? Ele sugeriu que os fatores para essas características se segregavam independentemente na formação dos gametas. Ou seja, cada gameta produzido pelo híbrido rece- beria A ou a da textura da semente e B ou b da sua cor. Além disso, a combi- nação dos fatores para as duas características se dava ao acaso. Assim, em uma planta dihíbrida (híbrida para duas características), um gameta que rece- beu o fator A pode receber tanto o B quanto o b, do mesmo modo que um gameta que recebeu o fator a pode receber tanto o B quanto o b. Você percebeu que todas as condições que Mendel hipotetizou para ex- plicar a herança de uma característica também foram adotadas para a herança de duas características? Em adição, no caso de fatores de duas característi- cas, eles são herdados de modo independente. QE 12: Você sabe explicar por que os valores das razões obtidas nas Tabelas 1, 2 e 3 não são os valores exatamente idênticos aos esperados 3:1, 9:3:3:1 e 3:1, respectivamente? EXERCÍCIO 1 Vamos reforçar o que acabamos de discutir na Atividade 1. No esquema da página seguinte estão representadas algumas etapas da meiose de duas células de um indiví- duo de genótipo AaBb. Preencha os círculos indicados com as letras A, a, B e b nos 2 tipos possíveis de segregação desses 2 pares de genes. QE 13: Volte à Tabela 2 e escreva em seu caderno quais são os genótipos das plantas puras (P) e das plantas híbridas (F 1 ). Fácil, né? E as plantas de F 2 , você consegue determi- nar seus genótipos e quantas plantas possuem cada um desses genótipos? Em seguida, responda a questão da Fuvest a seguir. Amarelas/ lisas 80 100 200 300 450 Amarelas/ rugosas 320 100 200 300 150 Verdes/ lisas 320 300 200 100 150 Verdes/ rugosas 80 300 200 100 50 a) b) c) d) e) QUESTÃO DE VESTIBULAR 1. (Fuvest) O cruzamento entre duas linhagens de ervilhas, uma com sementes ama- relas e lisas (VvRr) e outra com sementes amarelase rugosas (Vvrr), originou 800 indiví- duos. Quantos indivíduos devem ser esperados para cada um dos fenótipos indicados na tabela?   Qual o efeito da permuta? As cromátides sem mistura de cor representam os cromossomos da maneira como foram herdados da mãe e do pai; já nas cromátides que sofreram essa troca (permuta) surge uma nova combinação desses genes! Ou seja, a permuta, em adição à segregação dos alelos e à segre- gação independente dos cromossomos, gera uma grande variabilidade genética. Você deve ter percebido que, em Ciência, as hipóteses são formuladas a partir do uso das informações disponíveis. Com o acúmulo de mais dados, algumas hipóteses são reforçadas e outras são abandonadas. As Leis de Here- ditariedade de Mendel continuam válidas, mas existem casos especiais que são variações. Vamos ver um exemplo disso nas questões a seguir. QE 14: Agora podemos voltar às observações iniciais dessa Unidade. Ficou claro para você por que filhos são parecidos com os pais e por que filhos de mesmos pais podem ser diferentes? Explique de uma forma resumida como isso se relaciona com as leis de hereditariedade propostas por Mendel. QUESTÃO DE VESTIBULAR 4. (Fuvest) O daltonismo é causado por um alelo recessivo de um gene localizado no cromossomo X. Em uma amostra representativa da população, entre 1000 homens ana- lisados, 90 são daltônicos. Qual é a porcentagem esperada de mulheres daltônicas nessa população? a) 0,81% b) 4,5% c)9% d) 16% e) 83% QUESTÃO DE VESTIBULAR 5. (Fuvest) Na genealogia abaixo, os símbolos cheios representam pessoas afetadas por uma doença genética rara. O padrão de herança que melhor explica o heredograma é a) autossômico dominante, porque a doença afeta os dois sexos. b) autossômico dominante, porque a doença aparece em todas as gerações. c) autossômico dominante, porque aproximadamente 50% da prole é afetada. d) dominante ligado ao sexo, porque todas as filhas de homens afetados são afetadas. e) recessivo ligado ao sexo, porque não há transmissão de homem para homem. Esses são exemplos de genes que se localizam em um dos cromossomos sexuais e, portanto, não possuem herança mendeliana clássica. Você pode pes- quisar nos livros outros tipos de herança não-mendelianas ou variantes dela. Unidade 2 Genética molecular Organizadores Paulo Takeo Sano Lyria Mori Elaboradores Cristina Yumi Miyaki Rodrigo Venturoso Mendes da Silveira Como vimos na Atividade 1, os genes (fatores) estão localizados nos cromossomos e mais, os genes são seqüências de DNA. Cada cromossomo possui uma única molécula dupla fita de DNA (Figura 3), que é duplicada antes da divisão celular. No caso dos experimentos de Mendel, estamos fa- lando de meiose. Imagine que, se um gene de uma característica (textura da semente) se encontra em um cromossomo e o gene de uma outra caracterís- tica (cor da semente) se localiza em outro cromossomo, ao final da meiose os cromossomos se segregam independentemente e, conseqüentemente, as duas características se segregam de modo independente na formação dos gametas. Figura 3 – Representação esquemática de DNA no cromossomo. Atualmente sabemos por que as sementes de ervilha estudadas por Mendel podem ser lisas ou rugosas. Nas sementes lisas, uma enzima modifica molé- culas de amido. Já nas sementes rugosas, essa enzima está ausente e as se- mentes acumulam sacarose, o que leva a uma pressão osmótica maior e, conseqüentemente, ao acúmulo de maior quantidade de água e maior volu- me das sementes (esse assunto você já estudou no Módulo 1 – Biologia Celular e pode rever se necessário). Ao amadurecer, as sementes de ervilha perdem a água; assim, as rugosas, como ficaram mais inchadas, ao secar, tornam-se enrugadas, enquanto as lisas, por não terem acumulado muita água, permanecem lisas. E o que isso tem a ver com os “fatores” de Mendel? Resolva a questão a seguir para discutirmos isso.   Os fatores de Mendel, que hoje são denominados genes, são segmentos de DNA (ácido desoxirribonucléico) que são usados como modelos para pro- duzir RNA (ácido ribonucléico). No caso de genes que codificam para prote- ínas, eles serão modelos para produzir RNA mensageiros que, por sua vez, vão carregar para o citoplasma as informações (que estavam no núcleo) para a síntese de proteínas (polipeptídeos). Usando termos mais técnicos: o DNA é transcrito em RNA mensageiro, que é traduzido em um polipeptídeo. Para tornar tudo isso mais claro, resolva o exercício do Provão a seguir. QUESTÃO DE VESTIBULAR 6. (Fuvest) Em seu trabalho com ervilhas, publicado em 1866, Mendel representou os fatores hereditáios determinantes dos estados amarelo e verde do caráter cor da se- mente pelas letras A e a, respectivamente. O conhecimento atual a respeito da natureza do material hereditáio permite dizer que a letra A usada por Mendel simboliza a) um segmento de DNA com informação para uma cadeia polipeptídica. b) um segmento de DNA com informação para um RNA ribossômico. c) um aminoácido em uma proteína. d) uma trinca de bases do RNA mensageiro. e) uma trinca de bases do RNA transportador. PROVÃO João trabalha em uma confeitaria cujo proprietário é alemão. Todas as manhãs este deixa, sobre a mesa da cozinha, uma receita em português e os ingredientes de um bolo que João deve preparar. A receita original, escrita em alemão, fica guardada no escritório da confeitaria. Somente o patrão de João pode abrir o escritório e escrever, em portu- guês, a receita a ser utilizada naquele dia. 1. Para explicar a leigos o funcionamento de uma célula, fazendo uma analogia com o texto, o bolo, seus ingredientes, a receita em português e a receita em alemão corres- ponderão, respectivamente, a: a) aminoácido, nucleotídeos, DNA e RNA. b) nucleotídeo, aminoácidos, RNA e DNA. c) polipeptídeo, aminoácidos, RNA e DNA. d) DNA, RNA, polipeptídeo e aminoácido. e) DNA, aminoácidos, nucleotídeo e polipeptídeo. 2. Continuando a analogia, o escritório, a cozinha e João corresponderão, respectiva- mente, aos seguintes componentes de uma célula de eucarioto: a) citoplasma, núcleo e cromossomo. b) núcleo, citoplasma e ribossomo. c) citoplasma, núcleo e membrana nuclear. d) núcleo, citoplasma e cromossomo. e) cromossomo, membrana nuclear e citoplasma. 3. Alguns bolos são servidos assim que saem do forno, enquanto outros recebem acaba- mento especial. Na analogia considerada, o local da confeitaria onde os bolos recebem recheio e cobertura, corresponde:    -    Figura 5 – Representação da atividade de tradução Vamos imaginar uma seqüência de 15 bases de um gene que codifica para proteína representado pela frase: “Ave sem asa não voa”. Cada uma das bases é representada por uma letra da frase. A perda de 1 base representada pela letra “s” resulta em: “Ave ema san ãov ao” e a oração perde a coerência (e a proteína também não funcionaria bem). A substituição dessa mesma letra “s” da frase inicial por um “t” resulta em uma frase diferente e com nexo: “Ave tem asa não voa” (é o caso da ema). No caso da seqüência de bases, tanto a perda (ou ganho) quanto a substituição de base constituem mutações, ou seja, mudanças em relação ao estado inicial. ATIVIDADE 2 Tradução (síntese de proteínas) Faça um grupo com 4 ou 5 colegas. Corte um retângulo de papel de 15 x 3 cm e escreva “ribossomo”. Faça uma marca bem no meio do comprimento do papel para demarcar 2 compartimentos do ribossomo (veja a Figura 5). Corte 7 retângulos de papel de 7 x 5 cm para representar 7 códons de um RNAm; coloque-os lado a lado sobre a mesa e escreva neles: AAG, AUG, GCC, ACA, UCC, UGA e CAU. Siga essa ordem da esquerda para a direita. O AUG é o códon de início e o UGA é o de término, sublinhe-os. Faça 4 triângulos isósceles de papel de 7 cm e escreva, em cada um, os anticódons para os códons AUG, GCC, ACA e UCC. Corte 4 quadrados de papel de 5 cm e escreva em cada um os nomes dos aminoácidos correspondentes a cada um desses 4 códons: met (metionina), ala (alanina), tre (treonina) e fen (fenilalanina). Grude com fita o anticódon e seu aminoácido. Olhe a Figura 4 e vamos simular a tradução: 1) posicione na mesa o RNAt especial + aminoácido sobre o códon de início, sem sobrepô-lo; 2) posicione o primeiro compartimento do ribossomo sobre o conjunto de RNAt especial + aminoácido; 3) observe o segundo códon e procure o RNAt com anticódon complementar, coloque esse RNAt + aminoácido sobre o segundo códon e abaixo do segundo compartimento do ribossomo; 4) ligue os 2 aminoácidos com fita e corte a fita que liga o RNAt inicial ao seu aminoácido; 5) desloque o ribossomo para a direita de modo que o RNAt corres- pondente ao segundo códon se posicione sob o primeiro compartimento; 6) retire o RNAt especial que agora está fora do ribossomo; 7) repita o mesmo procedimento até encontrar o códon de término. Deu para entender como acontece a síntese de prote- ínas dentro da célula?   QE 21: No enunciado da questão 2 da FUVEST de 2004 que já discutimos, há a seguinte frase “[...] um dos representantes de um par de alelos mutou por perda de uma seqüên- cia de pares de nucleotídeos”. Agora que já vimos a ligação entre seqüência do DNA e seqüência de proteínas, que tipos de efeitos essa perda de “[...] seqüência de pares de nucleotídeos” pode ter ao nível da seqüência do polipeptídeo sendo sintetizado e o fenótipo? Além da perda de pares de nucleotídeos, que outros tipos de mutações você encontra nos livros e quais tipos de efeitos elas podem gerar ao nível da seqüência do polipeptídeo sendo sintetizado e o fenótipo? As mutações são eventos bons ou ruins? Depende da maneira como enca- ramos. Uma mutação em um gene pode levar a uma doença, mas a mutação traz variabilidade genética e, sem ela, não há evolução biológica e não have- ria essa diversidade de organismos que vemos hoje; até a espécie humana não estaria aqui... Hoje temos disponível uma tecnologia que nos permite manipular o DNA de modo bem controlado. Isso se iniciou no meio da década de 1970, quando foram descobertas enzimas capazes de cortar a dupla-fita do DNA em se- qüências de pares de bases específicas. Essas enzimas foram denominadas de enzimas de restrição. Ao cortar DNA de origens diferentes com uma mesma enzima de restri- ção, podemos combiná-los, criando moléculas novas. É assim que são cons- truídos os organismos transgênicos tão famosos... Ou seja, é possível inserir um gene de interesse em um organismo que não o possui e ele passa a produ- zir o produto desse gene. Um exemplo é o hormônio insulina, tão importante para diabéticos, que é produzido por bactérias transgênicas. Outra aplicação decorrente do desenvolvimento dessas tecnologias é, por exemplo, o teste de paternidade que vemos nas novelas e programas de televi- são. Você sabe como esse teste funciona? Como vimos, um indivíduo herda seu material genético de seus pais. Metade dos cromossomos tem origem materna e metade tem origem paterna. Assim, é importante coletar amostras de células da mãe, do possível pai e do filho. Essas amostras serão fontes de material genéti- co. Para entendermos melhor, vamos resolver e discutir a questão a seguir.    -    QUESTÃO DE VESTIBULAR 7. (Fuvest) Num caso de investigação de paternidade, foram realizados exames para identificação de grupos sangüíneos e análise de DNA. A tabela abaixo resume os resul- tados parciais da análise de grupos sangüíneos (do menino, de sua mãe e do suposto pai) e de duas seqüências de DNA (do menino e do suposto pai), correspondentes a um elemento localizado num autossomo e outro no cromossomo X. Considerando apenas essa tabela, podemos afirmar que a) os resultados dos grupos sangüíneos excluem a possibilidade do homem ser pai da criança; os outros exames foram desnecessários. b) os resultados dos grupos sangüíneos não excluem a possibilidade do homem ser pai da criança, mas a seqüência de DNA do cromossomo X exclui. c) os resultados dos grupos sangüíneos e de DNA não excluem a possibilidade do homem ser pai da criança. d) os três resultados foram necessários para confirmar que o homem é mesmo o pai da criança. e) os resultados de DNA contradizem os resultados dos grupos sangüíneos. Exames Grupo sangüíneo Seqüência de DNA localizado em um autossomo Seqüência de DNA localizado em um cromossomo X Menino O AAA CCA GAG TTT GGT CTC AAA CAG ACG TTT GTC TGC Mãe A - - Suposto pai B AAA CCA GAG TTT GGT CTC AAC CAA ACA TTG GTT TGT Resultados   E ao analisar essas imagens, o que é adaptação? Se a seleção brasileira de futebol vai jogar em elevadas altitudes (na Colôm- bia, por exemplo), os jogadores chegam dias antes do jogo para se adaptar, já que teriam dificuldades na obtenção de gás oxigênio. Quando retornam ao Bra- sil, os jogadores perdem essa característica. Mesmo que continuem vivendo na Colômbia, essa característica não será transmitida aos seus futuros filhos. No entanto, quando estudamos as idéias evolutivas, temos que utilizar um outro conceito de adaptação, no qual as características já herdadas pelo indi- víduo lhe permitem viver em um determinado habitat. Assim, tanto os maca- cos como os seres humanos estão adaptados aos ambientes em que vivem. Essa adaptação parece ser resultado de um processo conhecido como se- leção natural. As populações biológicas apresentam pequenas variações dentre os seus indivíduos. Essas variações podem permitir que alguns indivíduos sobrevivam a variações do ambiente, por exemplo, que tolerem uma diminui- ção do pH de um lago ou tenham facilidade em conseguir alimento em perío- dos de escassez. Os indivíduos que sobrevivem às mudanças ambientais po- dem transmitir tais características à sua prole. A sobrevivência diferencial de indivíduos ou uma vantagem reprodutiva causadas por uma característica determinada geneticamente modificam a cons- tituição de uma população. Por exemplo, uma população de orquídeas conse- gue atrair muitos insetos machos por ter uma de suas pétalas com formato e cor semelhantes a uma fêmea. Ao tentar copular com a pétala, o macho fica impregnado de pólen, que então será transportado até outras orquídeas. No entanto, se algumas orquídeas começarem a exalar um perfume pare- cido com um feromônio (atrativo sexual), os insetos machos serão atraídos ainda mais a esses indivíduos. Com isso, as orquídeas que produzem tal odor conseguem polinizar muitas outras flores. Se essa característica for genética, depois de algumas gerações, grande parte da população de orquídeas também produzirá esse feromônio, ou seja, apresentará essa adaptação. Essa característica das orquídeas, a produção do perfume, apareceu na população e foi transmitida para as gerações seguintes, ficando cada vez mais freqüente, ou seja, cada vez mais indivíduos apresentavam essa característica. No entanto, ela não apareceu para atrair esses insetos. Muitas pessoas consideram que as adaptações aparecem em uma popula- ção para desempenhar uma função específica. Quando vemos os diferentes macacos, podemos pensar que uma espécie apresenta braços longos para se pendurar nos galhos ou que outra possui olhos grandes para enxergar melhor no escuro. No entanto, as características não surgem com uma ou outra fina- lidade. Ao surgir, se elas permitirem a sobrevivência dos indivíduos ou au- Társio, espécie encontrada em áreas escuras O macaco-aranha consegue se pendurar em galhos durante o deslocamento    -    mentarem as chances de reprodução desses indivíduos, elas se fixam na po- pulação. Imaginar que uma espécie foi desenhada para viver em seu habitat é um equívoco segundo as idéias evolutivas, pois as populações vão sofrendo mo- dif icações ao longo do tempo, de acordo com as variações do ambiente. Outro exemplo interessante é o de bactérias. Para combater uma infecção bacteriana, podemos utilizar um antibiótico. No entanto, dentre as diversas variações, algumas bactérias podem possuir resistência a esse antibiótico específico. Ao matarmos grande parte das bac- térias usando o antibiótico, apenas as já resistentes sobreviverão e terão mui- tos recursos disponíveis, permitindo rápida multiplicação. Praticamente to- das as bactérias descendentes dessas sobreviventes também serão resistentes ao antibiótico. QUESTÃO DE VESTIBULAR 8. (Fuvest) A bactéria Streptococcus iniae afeta o cérebro de peixes, causando a “doen- ça do peixe louco”. A partir de 1995, os criadores de trutas de Israel começaram a vacinar seus peixes. Apesar disso, em 1997, ocorreu uma epidemia causada por uma linhagem de bactéria resistente à vacina. Os cientistas acreditam que essa linhagem surgiu por pressão evolutiva induzida pela vacina, o que quer dizer que a vacina: a) induziu mutações específicas nas bactérias, tornando-as resistentes ao medicamento. b) induziu mutações específicas nos peixes, tornando-os suscetíveis à infecção pela outra linhagem de bactéria. c) causou o enfraquecimento dos órgãos dos peixes permitindo sua infecção pela outra linhagem de bactéria. d) levou ao desenvolvimento de anticorpos específicos que, ao se ligarem às bactérias, tornaram-nas mais agressivas. e) permitiu a proliferação de bactérias mutantes resistentes, ao impedir o desenvolvi- mento das bactérias da linhagem original. As variações entre os indivíduos de uma população são fundamentais, mas como essas variações aparecem? Pesquise na Unidade 1 o conceito de segregação independente dos cromossomos, bem como o de permutação. PARA PENSAR Como você explicaria os resultados apresentados nesse gráfico? Aumentos dos números de espécies de pragas resistentes às principais classes de inceticidas. (De R. L. Metcalf em: R. L. Metcalf e W. H. Luckman (eds.), Introduction to Insect Pest Management, 3a. edição, p. 251. Copyright 1994 de John Wiley and Sons, N.Y.J.   Outro fator que provoca essa variação é a mutação, conceito trabalhado na Unidade 2. Essas noções de genética e biologia molecular não eram conhecidas quando Charles Darwin apresentou sua teoria sobre a origem das espécies. Como na- turalista, Darwin foi convidado para realizar uma viagem pelo mundo a bordo do navio H.M.S. Beagle. Durante a viagem, que durou cinco anos, Darwin observou diferentes ambientes e muitas espécies animais e vegetais. Além de conhecer novas espécies, eles as coletava e as enviava para a Inglaterra. Den- tre os exemplares de besouros, lagartos e flores, Darwin coletou alguns fós- seis de preguiças e tatus gigantes extintos. Além dos fósseis, Darwin percebeu uma diversidade de aves em um arqui- pélago chamado Galápagos. Apesar das cores parecidas, essas aves apresenta- vam bicos muito distintos. Os habitantes de Galápagos conseguiam identificar de qual ilha era a ave apenas pelo bico dela. Darwin percebia que as espécies apresentavam variações no tempo e no espaço. E esse tipo de informação foi fundamental para a idéia que Darwin viria a publicar no livro A origem das espécies. Outra idéia importante foi obtida após a leitura do livro Ensaio sobre o princípio da população, de Thomas Malthus. No livro, o autor apontava que a população humana cresce muito mais rápido que a produção de alimentos e a de outros recursos necessários para sua sobrevivência. Além desse livro, Darwin também conheceu Princípios de geologia, de Charles Lyell. Nessa obra, o autor apresenta a idéia de que a paisagem atual da Terra é produto de transfor- mações lentas e graduais: rios e montanhas, segundo o autor, não apareciam rapidamente no ambiente. Reunindo essas idéias, Darwin propõem um mecanismo para a origem das espécies: a seleção natural. Como não existem recursos suficientes no ambiente para a existência de todos os indivíduos possíveis de uma popula- ção, os que apresentam características adequadas para a sobrevivência nesse ambiente podem se reproduzir mais, transmitindo tal característica a seus des- cendentes. Essas características selecionadas podem se acumular ao longo de muitíssimas gerações. No entanto, a transmissão das variações selecionadas não parece garantir a formação de espécies diferentes, pois todos os indivídu- os da população sofreriam as mesmas pressões seletivas do ambiente. E se algum evento ocorre separando a população em dois grupos diferen- tes? Esse isolamento geográfico poderia ser a formação de um rio, separando uma área seca em duas, ou o aparecimento de uma área de baixa temperatura entre duas quentes, o surgimento de uma cordilheira etc. Com esse tipo de evento, teríamos uma população separada em dois novos grupos, que sofreri- am os efeitos de modificações ambientais diferentes, ou melhor, pressões se- letivas distintas, variando e sendo selecionadas como populações distintas. Para que isso aconteça, o isolamento deve ser suficiente para impedir a troca de material genético entre as populações, o isolamento reprodutivo. Com isso, as variações selecionadas na população em uma área serão diferen- tes das do outro local. Se as diferenças acumuladas ao longo do tempo forem suficientes para impedir que essas populações voltem a se reproduzir, mesmo voltando a ocupar uma mesma área, consideramos que duas novas espécies se formaram durante um processo de especiação.    -    Legenda da ilustração: 1 – Símios do Novo Mundo 5 – Gorila I – Hilobatídeos 2 – Símios do Velho Mundo 6 – Chimpanzé II – Pongídeos 3 – Gibão 7 – Homem III – Hominídeos 4 – Orangotango “Árvore filogenética provável dos antropóides” Após observar o material fornecido pelo professor, os alunos emitiram várias opiniões, a saber: I. Os macacos antropóides (orangotango, gorila e chimpanzé e gibão) surgiram na Terra mais ou menos contemporaneamente ao Homem. II. Alguns homens primitivos, hoje extintos, descendem dos macacos antropóides. III.Na história evolutiva, os homens e os macacos antropóides tiveram um ancestral comum. IV.Não existe relação de parentesco genético entre macacos antropóides e homens. 1. Analisando a árvore filogenética, você pode concluir que: a) todas as afirmativas estão corretas. b) apenas as afirmativas I e III estão corretas. c) apenas as afirmativas II e IV estão corretas. d) apenas a afirmativa II está correta. e) apenas a afirmativa IV está correta. 2. Foram feitas comparações entre DNA e proteínas da espécie humana com DNA e proteínas de diversos primatas. Observando a árvore filogenética, você espera que os dados bioquímicos tenham apontado, entre os primatas atuais, como nosso parente mais próximo o: a) Australopithecus. b) Chimpanzé. c) Ramapithecus. d) Gorila. e) Orangotango. 3. Se fosse possível a uma máquina do tempo percorrer a evolução dos primatas em sentido contrário, aproximadamente quantos milhões de anos precisaríamos retroceder, de acordo com a árvore filogenética apresentada, para encontrar o ancestral comum do homem e dos macacos antropóides (gibão, orangotango, gorila e chimpanzé)? a) 5 b) 10 c) 15 d) 30 e) 60   QUESTÃO DE VESTIBULAR 10. (Fuvest) Examine a árvore filogenética adiante: Esperamos encontrar maior semelhança entre genes de: a) bactéria e protozoário. b) peixe e baleia. c) baleia e pássaro. d) estrela-do-mar e ostra. e) ostra e coral. Figura – História evolutiva da vida na Terra    -    A noção de tempo em escala geológica (mil, milhões ou bilhões de anos) não é intuitiva. Mal conseguimos dimensionar 500 anos, imagine cerca de 3,5 bilhões de anos. Parece que foi esse o tempo que a vida teve para se diversifi- car da forma que conhecemos hoje. Você já sabe que as pressões seletivas vão se alterando ao longo do tem- po. O surgimento dos primeiros animais terrestres e a diversidade dos mamí- feros podem ser explicados por eventos biológicos que os precederam. Que eventos seriam esses? FATEC – A seguir temos a representação esquemática de uma população de indivíduos A de uma determinada espécie. Nesta população surge um mutante M, cuja origem é desconhecida. Assinale a alternativa que se relaciona corretamente com o gráfico: a) a mutação em M determina a manifestação de caráter indesejável, tornando o indiví- duo menos apto a sobreviver. b) a mutação em M melhora sua relação com as exigências do meio ambiente, tornando o indivíduo mais apto à sobrevivência. c) os indivíduos A foram certamente, contaminados por um vírus mutante que se de- senvolveu nos indivíduos M, provocando sua extinção. d) os indivíduos M foram, certamente, afetados por um vírus que os tornou também mutantes e mais aptos a sobreviver, facilitando a sobrevivência dos indivíduos A. e) as mutações em M tornaram, certamente, os indivíduos A estéreis, razão fundamental de sua extinção.