Biologia Geral - 3ªSemana

9. Histórico da classificação Biológica

Iniciamos a aula com aspectos sobre a importância de classificar a Biodiversidade. São apresentadas, de forma introdutória, algumas pinceladas históricas sobre o desenvolvimento dos sistemas de classificação, passando pelas ideias e principais contribuições de grandes estudiosos da área: Aristóteles, Lineu, Haeckel, Whittaker, Woese e Baldauf.
Profª. Drª. Sônia Lopes

Primeiras classificações

Dicotomia planta e animal:

• Aristóteles, IV a.C. (384-322 a.C.) - usava uma escala em forma de escada, para entender a evolução, começa com as plantas inferiores e o Homem estava no topo como se fosse a última evolução. Com um aumento crescente de complexidade.

Idade Moderna (1453-1789)

• Revolução industrial e científica com valorização das experimentações, o que motivou a construção e o aperfeiçoamento de vários instrumentos de laboratório,entre os quais o microscópio de luz.
• Tem início o estudo do mundo invisível a olho nu: células e microrganismos começam a ser estudados.
• Pensamento que fundamenta a classificação dos animais e plantas é tipológico e fixista, (não são aceitos as classificações, as espécies são criada por uma divindade);
• Taxonomista mais conhecido do período: Carolus Linnaeus (1707-1778).
• Classificação era uma forma de compreender a grandeza da criação divina.
• Sua obra mais famosa, Systema Naturae, foi publicada pela primeira vez em 1735.
• Manteve dicotomia entre os Reinos Animal e Vegetal.

Inovações introduzidas por Lineu

Propôs um sistema de classificação segundo níveis hierárquicos:

Reino - Classe - Ordem - Gênero - Espécie

• Abandonou o uso de longos nomes descritivos para designar classes e ordens;
• Criou o método binomial para formular o nome científico das espécies. Por exemplo Homo sapiens.

Idade Contemporânea (a partir de 1789)

• Tornam-se conhecidas as teorias da evolução de Lamarck (1809), de Darwin e de Wallace (1858), mudando os paradigmas vigentes:
• O mundo não é constante e estático sendo produto de uma mudança contínua (evolução);
• Darwin: todos os organismos vivos descendem de um ancestral comum;
• O pensamento “tipológico” é substituído pelo pensamento populacional.

Origem única da vida e relações de parentesco evolutivo: Darwin

Em 1837, Darwin esboçou em seu caderno de anotações, sua metáfora predileta: uma árvore da vida. Onde todos estão ligados a um ancestral comum.

Dicotomia: sistema de dois reinos

• Plantas, onde até está época bactérias e fungos (pois faziam fotossíntese ou tinham parede celular) era considerado como plantas;
• Animais, como amebas celulares;

O que fazer com organismos unicelulares como as euglenas?

Que são organismos que tem flagelos se locomovem e fazem fotossíntese.

• Richard Owen (1858) é o primeiro a propor o Reino Protozoa. (3º reino)Grande opositor de Darwin.

But the two divisions of organisms called "plants" and "animals" are specialised members of the great natural groups of living things;and there are numerous organisms, mostly of minute size and retaining the form ofnucleated cells, ....Such organisms are called "Protozoa," and include the sponges or Amorphozoa, the Foraminifera or Rhizopods, ...

Três Reinos de Haeckel

• 1866 – Reino Protista (inclui as bactérias e esponjas)
• 1894 e 1904: restringe o termo PROTISTA apenas aos organismos unicelulares, incluindo moneras.

Os 5 Reinos de Whittaker (1969)

Surgimento dos microscópios eletrônico, surge o termo como célula eucarióticas e procarióticas, e ele mantem um reino monera, etc e cria um quinto reino o reino dos fungos.

A era da Biologia Molecular

• A partir de 1970 tem início o uso de moléculas no estudo das relações evolutivas entre os seres vivos: surge a filogenia molecular.
• Os seres vivos possuem DNA, RNA e proteínas. Organismos muito próximos apresentam similaridade maior entre essas moléculas.
• Várias propostas de classificações começam a surgir.

Os 5 Reinos de Margulis (1938-2011)

• Lynn Margulis (1970), usa dados moleculares e ultra-estruturais, e se apóia na Teoria da Endossimbiose, para propor algumas mudanças no sistema de 5 reinos.

Endossimbiose



Os 5 Reinos de Margulis

Os 3 domínios de Woese (1928-2012)

• Carl Woese (1977) foi um dos pioneiros nos estudos de filogenia molecular, usando inicialmente a comparação entre as moléculas de RNA que formam o ribossomo.

Propriedades Bacteria Archaea Eukarya

Propriedades                Bactéria                        Archaea                                        Eukarya

Parede celular             peptidoglicano         Diversos componentes, sem           (Se presente)                                                                                                                                                  l                                                                                                                               celulose,

                                                                            peptidoglicano                             outros

RNA polimerase       Uma enzima pequena;

                                     4 subunidades           Uma enzima grande;

                                                                         várias subunidades         Três enzimas grandes;

                                                                                                                     várias subunidades

Primeiro aminoácido

na síntese protéica            formilmetionina                   metionina                        metionina

10. Principios de sistemática filogenética

A aula foca a sistemática filogenética. Destacam-se os processos evolutivos de anagênese e cladogênese. Discutimos ainda a determinação de condições ancestrais (plesiomosfia) e devivadas (apomorfia), bem como validação de grupos. A aula é finalizada com um exemplo detalhado de construção de cladograma simples.

Profª. Drª. Sônia Lopes

Evolução e Sistemática

• A sistemática é a área da Biologia que se preocupa em compreender a filogenia: história evolutiva das espécies de seres vivos. 
• Sistemática evolutiva a mais antiga X sistemática filogenética ou cladística: 
• Diferem nos critérios para se definir os táxons: a filogenética usa apenas as novidades evolutivas para formar grupos e há um método para se testar hipóteses de parentesco. 
•  A cladística foi introduzida a partir da divulgação dos trabalhos de Willi Hennig em 1966. 

Sistemática Filogenética ou Cladística

Na forma de representação filogenética, como exemplo usamos o tipo de Whitaker e a forma de representação Cladística que é a forma mais atual é por diagrama de ramos que tenta contar a história da evolução.         

• Entende-se que a diversidade de seres vivos é resultante de processos evolutivos e que esses processos ocorrem por anagênese e por cladogênese. 
• Anagênese: processo pelo qual um caráter surge ou se modifica numa população ao longo do tempo, sendo responsável pelas novidades evolutivas. 

•  Cladogênese: processo responsável pela ruptura da coesão inicial numa população, gerando duas ou mais populações que não mais se comunicam. 

Cladogramas

•  Para cada caráter é destacada qual a condição ancestral ou primitiva e qual a condição derivada, que surgiu a partir dessa condição primitiva. 
•  Condição primitiva = plesiomorfia (plesio= próximo) 
•  Condição derivada = apomorfia (apo= londe de; derivado de) 
•  Somente as apomorfias são usadas para definir os agrupamentos. 
• Os grupos são formados apenas por organismos que compartilham a mesma condição derivada de um ou mais caracteres e que descendem de um ancestral comum exclusivo. Grupos assim formados são chamados monofiléticos. 

• Partes que compõem um cladograma: raíz, ramos, nós e terminais. 
• Os grupos de seres vivos compõem os terminais nos cladogramas. 
•  Os ramos são as linhas do cladograma;
• Nó: ponto de onde partem as ramificações; representa o ancestral comum hipotético para todos os grupos acima dele. Os grupos acima de cada nó são monofiléticos. Cada nó simboliza um evento cladogenético. E também tem diversas representações. 

Princípio da parcimônia

•  Marcar o menor número possível de passos no cladograma: características que ocorrem em um número maior de organismos são as primeiras a serem colocadas no cladograma a partir da raiz e assim sucessivamente. 
• O princípio da parcimônia sugere que uma determinada característica derivada deve ter surgido uma única vez na evolução. Por isso deve ser apontada no cladograma uma única vez. 

Conceitos de espécie

• Conceito biológico: organismos capazes de se reproduzir e dar origem a descendentes férteis. 
• Conceito filogenético: população ou grupo de populações definidas por uma ou mais condições derivadas.

11. Evolução dos eucariontes amebozoa e rhizaria

A aula aborda a evolução das células procariontes e eucariontes, abordando a hipótese da endossinbiose. Passa-se a uma introdução à diversidade dos eucariontes, abordando os grupos Amebozoa e Rhizaria.

Profª. Drª. Sônia Lopes

Endossimbiose primária: origem de mitocôndrias e cloroplastos

Principal implicação: os eucariontes são quimeras produzidas pela junção de diferentes genomas.

Eventos de transferência lateral de genes (= transferência horizontal)

Alberts e col. 1999

Eventos de transferência lateral são mais comuns do que se pensava

A origem das mitocôndrias

• Foi um evento único?

• Todos os eucariontes possuem mitocôndrias?

• Há os chamados amitocondriados. Exemplos:

Giardia lamblia

Trichomonas vaginalis

• Amitocondriados : será que eles perderam a mitocôndria? Como sabemos se houve perda?

• Uma das evidências da perda: genes associados a mitocôndria nos genomas desses grupos.

Baldauf, 2008 Alguns grupos sem mitocôndria

AMEBOZOA Cavalier-Smith, 1998

• Bases moleculares;
• Pseudópode do tipolobópode
• Flagelo: presente nos ameboflagelados e em alguns estágios do ciclo de vida
• Representantes mais conhecidos: amebas e mixomicetos

Amebas: ambiente aquático e solos úmidos; há parasitas

• Amebas nuas
• Amebas com carapaça externa (tecadas):

Ameba nua

       tecameba

Mixogastria ou Mixomicetos

• Maioria vive em locais sombreados, úmidos, sobre o solo de florestas, troncos de árvores em decomposição.
• Sem parede celular, multinucleados numa fase do ciclo de vida.
• Parentes próximos das amebas.
• Geralmente de cor laranja e amarela.

Rhizaria

Rhizaria é o mais recente supergrupo reconhecido, tendo sido identificado exclusivamente por filogenia molecular.

Não há característica estrutural que defina o grupo.

Foraminíferos

• Amebóides com reticulópodes.

• Ambiente marinho, alguns em água doce e terrestre.

• Maioria com carapaça: orgânica, aglutinada ou calcária, composta por uma ou múltiplas câmaras;

• Maioria é bentônica, alguns são planctônicos.

• Abundantes no registro fóssil; bioindicadores de petróleo.

Radiolaria

• Axópodes (fluxo bidirecional) e, em alguns, filópodes e reticulópodes; esqueleto interno.

• Endoesqueleto elaborado de sílica

• Todos marinhos

Exemplos de endoesqueleto de radiolários

“Heliozoários”

- organismos esféricos

- ambiente aquático

- planctônicos ou bentônicos (maioria)

- Axópodes

12. Alveolados

A hipótese da endossinbiose é abordada mais profundamente, explorando-se o evento primário e secundário. Aborda-se, assim, a origem das mitocôndrias e dos diferentes tipos de cloroplastos. Passa-se a uma introdução à diversidade de diferentes linhagens de Alveolados.
Profª. Drª. Sônia Lopes

Endossimbiose primária: origem de mitocôndrias e cloroplastos

Principal implicação: os eucariontes são quimeras produzidas pela junção de diferentes genomas.

Origem do cloroplasto: foi um evento único?

• Temos que considerar alguns aspectos: há cloroplastos simples delimitados por 2 membranas. Cloroplasto simples: evento único.
• Mas.....como explicar a origem de cloroplastos com 3 ou 4 membranas?

Bellorin & Oliveira, 2006

Alveolados

Característica marcante: presença de vesículas alveolares abaixo da membrana celular e alvéolos com placas de celulose.

Dinophyta = Pyrrophyta = Dinoflagellata = Dinoflagelados

Organização celular:

- Biflagelados:

1 posterior

1 transversal

Apicomplexa = Sporozoa

• Parasitas obrigatórios de vertebrados e invertebrados. 
• O mais importante apicomplexa parasita humano pertence ao gênero Plasmodium, que causa malária, responsável por mais de 1 milhão de mortes por ano.
• Características principais: complexo apical, apicoplasto, ausência de estruturas locomotoras (exceto em gametas flagelados) e ciclos de vida complexos.

APICOMPLEXA: Visão Geral

Morfologia geral de Toxoplasma gondii. (A) Representação esquemática. O esquema foi construído a partir de microscopia eletrônica de transmissão. (B)

MET - Corte longitudinal onde várias das estruturas representadas em (A) estão assinaladas: N - núcleo, C - conóide, R - róptrias, A - apicoplasto, CG - Complexo golgiense, g - grânulo denso, Acidocalcissoma = reserva de cálcio e fósforo; Grânulo de amilopectina (paraglicogênio) = reserva – polímero de glicose.

APICOMPLEXA: Complexo Apical

• O que é: conjunto de estruturas encontradas na extremidade anterior da célula e presente em certas fases do ciclo de vida, em especial nos estágios infectivos.

• Função: penetração na célula hospedeira.

APICOMPLEXA: Complexo Apical

• Componentes estruturais: Derivados do citoesqueleto (no grupo do Plasmodium o conóide é perdido) e organelassecretoras

Apicomplexa: Apicoplasto

• Primeira observação ao MET em 1965: organela com função desconhecida. Pensou-se que fosse mitocôndria.
• Contém seu próprio genoma que codifica cerca de 30 proteínas, RNAt e RNAr.
• Tem sido alvo de interesse no desenvolvimento de remédios para tratamento da malária.

APICOMPLEXA

• Apesar de não possuírem cílios ou flagelos (exceto flagelos em gametas masculinos), muitos podem apresentam deslocamentos tais como deslizamento, movimentação por peristaltismo ou dobrando a célula.
• Possuem ciclos de vida complexos.

Ciclo do Plasmodium

Acineta tuberosa Ciliados

• Cílios em algum estágio do ciclo de vida. 
• Película: alvéolos + sistema infraciliar.

Principais características

• Podem apresentar diversos formatos, dependendo da espécie.
• Os cílios podem revestir todo o corpo do microrganismo ou apenas parte dele.
• Possuem dois tipos de núcleos: micronúcleo ou macronúcleo. O micronúcleo atua no processo de reprodução (assexuada e sexuada). Já o macronúcleo, além de participar do processo de reprodução assexuada, atua também no metabolismo das células.
• São microrganismos que só podem ser visualizados com uso de microscópio. A maioria dos ciliados mede entre 50 e 900 micrômetros.
• Ingerem o alimento através do processo de fagocitose.
• Possuem em seu interior organelas especializadas (vacúolos digestivos, micronúcleo, macronúcleo), que ficam no citoplasma.
• A alimentação dos ciliados consiste, principalmente de: algas, bactérias e leveduras.

Exercício 1

Construção de Cladograma

Analise os organismos hipotéticos apresentados abaixo e faça o que é pedido nas questões. O animal A pertence ao grupo externo.

CARACTERES	ESTADOS	POLARIZAÇÃO
COR	ROSA	PLESIOMORFIA
ORELHAS	LONGAS OU CURTAS	PLESIOMORFIA E APOMORFIA
NARIZ	FINO OU TRIANGULAR	PLESIOMORFIA E APOMORFIA
PRESAS	SEM PRESAS OU COM PRESAS	APOMORFIA
BIGODES	SEM BIGODES OU COM BIGODES	APOMORFIA

CARACTERES	GRUPO EXTERNO A	B	C	D	E
COR	ROSA	ROSA	ROSA	ROSA	ROSA
ORELHAS	LONGAS	CURTA	CURTA	CURTA	CURTA
NARIZ	FINO	TRIANGULAR	TRIANGULAR	TRIANGULAR	FINO
PRESAS	SEM PRESAS	SEM PRESA	COM PRESA	COM PRESA	SEM PRESA
BIGODES	SEM BIGODES	SEM BIGODES	BIGODES	SEM BIGODES	SEM BIGODES

Cladograma

Exercício 2

Discorra brevemente sobre o tema “Importância do uso da sistemática filogenética no Ensino Básico”.

A sistemática filogenética é uma metodologia usada para classificação dos organismos que buscando a história evolutiva dos grupos e reuni-los com base no grau de parentesco filogenético. Essa metodologia não é muito divulgada no ensino básico por ser relativamente uma novidade científica e ainda não está no material didático, há também argumentos que afirmam que a maioria dos alunos não vão cursar ciências biológicas, então adotam um sistema superficial de classificação.

A sistemática filogenética é muito dinâmica, trazendo para os alunos a história evolutiva, despertando muito mais interessante do que o método tradicional e superficial que é ensinado hoje.