[pré-vestibular] evolução dos seres vivos 2.0 parte i

Teorias Evolutivas Evidências da Evolução Genética de populações

Evolução I

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Sumário

1 Teorias EvolutivasLamarquismoDarwinismoTeoria sintética da evolução

2 Evidências da EvoluçãoPalentologia e Anatomia comparadaEmbriologia comparada e órgãos vestigiaisBiogeografia e Biologia molecular

3 Genética de populaçõesPrincípio de Hardy-Weinberg

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Todas as espécie têm a capacidade de se ajustarmofologicamente ou fisiológicamente ao ambiente.

Evolução é um processo lento e gradual de diversificaçãode espécies ao longo do tempo.

Foi através desse processo que todos os seres vivos foramorginados a partir de um ancestral comum.

(a) Coarcervados (b) Marie Curie (c) Einstein

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Fixismo

"Todos os seres vivos foram criados e assim permaneceram atéhoje".

O fixismo admitia que os seres foram criados por Deus(Criacionismo) e não se modificavam.

A idéia tinha grande apoio das religiões e perdurou até oséculo XIX.

(a) Criacionismo (b) Mamute (c) Mamute

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Lamarquismo

Lamarquismo

O criador da teoria foi Jean-Baptiste de Lamarck.

"As espécies se modificam ao longo do tempo, adaptando-sea novos ambientes".

A teoria elaborada por Lamarck baseava-se em duas idéiasfundamentais:

Lei do uso e desuso;

Lei da herança dos caracteres adquiridos;

(a) Lamarck (b) Pai e filho5 / 52


Lamarquismo

Lamarquismo - Uso e Desuso

Quanto mais uma parte do corpo é usada maisimportante ela se torna, se não for bem utilizada ela torna-sedesnecessária.

Com esse pensamento Lamarck tentou explicar por qualmotivo as aves aquáticas seriam pernaltas (evita molhar aspenas) e porque as topeiras são quase cegas (vivem emambientes escuros).

(a) Flamingos (b) Toupeira

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Lamarquismo

Lamarquismo - Herança dos caracteres adquiridos

O princípio da herança dos caracteres adquiridos consistia nofato de que: as características desenvolvidas pelos paispassariam à próxima geração.

Os filhos daqueles que se adaptaram ao meio onde vivivam jánasceriam mais adaptados até que, no futuro, o serestivesse completamente adaptado.

(a) Patos (b) Pato

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Lamarquismo

Lamarquismo

A teoria do Lamarquismo foi derrubada com umexperimento simples, realizado pelo biólogo alemão AugustWeismann (1834-1914), nascido em Frankfurt.

Após cruzar ratos de cauda amputada, verificou que todos osfilhotes nasciam com a cauda inteira.

(a) Experimento de Weismann (b) Fêmea Rottweiler8 / 52


Darwinismo

Darwinismo

O propositor desta teoria foi naturalista britânico CharlesDarwin que, a bordo de uma pequena embarcação, observou eestudou a grande variedade entre as espécies.

Mesmo na prole de indivíduos idênticos surgem filhotesdiferentes entre si e aos seus pais.

O crescimento das populações é limitado pelos fatoresambientais.

(a) MS Beagle (b) Charles Darwin (c) Conclusão de Darwin9 / 52


Darwinismo

Darwinismo

Ao observar os hábitos de plantas e animais Darwin surgeriuque havia uma luta pela sobrevivência.

A luta pela sobrevivência culminava na morte dos indivíduosmenos adaptados, havendo assim uma seleção natural.

Depois de milhares de anos selecionando os mais adaptados, anatureza originava, eventualmente, novas espécies.

(a) Bico dos Tentilhões (b) Adaptação (c) Competição

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Darwinismo

Darwinismo - A Origem da Espécies afirmava que:

Todo organismo produz um descendência muito maior queos indivíduos que chegam à vida adulta.

Os indivíduos de uma mesma espécie não são todos idênticos.

Seres mais adaptados ao local onde vivem sobreviverão.

As características que garantiram a melhor adaptaçãopassariam, gradualmente, às gerações futuras.

(a) Livro (b) Diversidade (c) Sapo

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Darwinismo

Lamarquismo VS Darwinismo

Apesar de concluir que os seres variavam com o decorrer dotempo, Darwin não conseguiu explicar como isso ocorria.

Para o Darwinismo e Lamarquismo o meio desempenhapapeis diferentes.

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Teoria sintética da evolução


Entre 1957 e 1947 diversos pesquisadores reavaliaram a oDarwinismo, criando o Neodarwinismo (Teoria sintética daevolução).

O diferencial em relação a proposta inicial de Darwin, é queforam incorporados novos conhecimentos de genética,sistemática e palentologia.

(a) DNA (b) Fóssil

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Entre as contribuições à teoria sintética da evolução, as dagenética estão entre as mais relevantes, pois explicam comoos organismo mudam ao longo do tempo:

por mutação: eventos aletórios que podem causar alteraçõesfenotípicas;

por recombinação gênica: ocorre através da reproduçãosexuada, crossing over ou segregação dos genes.

(a) Mecanismo de mutação (b) Mutação

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As mutações podem produzir alterações no indivíduo que, seforem benéficas e ajuarem na adaptação, poderão passarpara as próximas gerações;

As alterações fenotípicas ocorrem mais comumente atravésda recombinação gênica, a taxa de mutação gênica ébaixa e o organismo tem mecanismos de correção de erros.

(a) Evolução do mamute15 / 52



Teoria sintética: Evolução

Se surgirem novos conjuntos gênicos que permitammaior adaptabilidade de uma população (por mutação oupor recombinação), esses genes são mantidos;

Os genes benéficos em uma população tendem a aumentarsua frequência, por outro lado, os genes que trazemprejuízos tendem a diminuir a frequência na população.

(a) Raposa do Ártico (b) Raposa de regiõestemperadas

(c) Raposa do deserto

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Teoria sintética - Mutações

As mutações são uma das causas da variabilidade defendidapela teoria sintética da evolução.

As mutações podem ser:gênicas: são alterações que ocorrem no DNA por adição,deleção ou substituição de nucleotídeos.

cromossômicas: envolvem os cromossomos.

estruturais: alterações na sequência de genes no cromossomo.

(a) Mutação gênica (b) Trissomia docromossomo 21

(c) Alteração estrutural

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Teoria sintética - Recombinação gênica

As mutações são eventos casuais e raros e, portanto arecombinação gênica é o fator que, mais comumente,causa variabilidade.

Os fatores que levam a recombinação gênica são:reprodução sexuada.

meiose: crossing e seregação aleatória dos comossomos.

(a) Reprodução (b) Crossing-over

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Tipos de seleção

A seleção possibilita que os genes que expressaramcaracterísticas benéficas, em relação a adaptação,permaneçam na população.

Por outro lado, os genes que expressaram características quenão contribuíram com a adaptação tendem a terem suafrequência reduzida.

Os tipos de seleção são: seleção estabilizadora, seleçãodirecional e seleção disruptiva.

(a) Predação (b) Adaptação (c) Mariposas19 / 52



Seleção estabilizadora

Uma seleção estabilizadora ocorre quando os organismos defenótipos extremos são descartados, enquanto os defenótipos intermediários são os selecionados.

A seleção estabilizadora faz com que os genes que provocamvariações extremas no fenótipo dos indivíduos diminuam suasfrequências.

(a) Seleção estabilizadora (b) Seleção estabilizadora

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Seleção direcional

A seleção direcional ocorre quando o meio muda, sendoselecionados os tipos de fenótipo que antes eram menosadaptados.

Neste caso os fenótipos intermediário e um dos extremosserão descartados. Entretanto o outro extremo serámantido.

(a) Seleção direcional (b) Direcional

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Seleção disruptiva

Quado a população é submetida a pressões seletivasopostas.

Neste caso o tipo médio é descartado e apenas os extremossão mantidos.

Esse tipo de seleção desencadeia a formação de novas espécies.

(a) Seleção disruptiva (b) Disruptiva

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Seleção de resistência

A seleção de resistência ocorre quando um determinadoorganismo é resistente a uma certa condição.

As bactérias e insetos, por exemplo, podem sofrer umapressão seletiva com o uso de antibióticos e inseticidas.

Os indivíduos cujo as mutações permitiram o surgimento deuma caracteristica de resistência serão mantidos napopulação.

(a) Bactéria resistente (b) Defensivos agrícolas

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A camuflagem é um tipo de seleção de imitação que ocorrequando um organismo passa despecebido, adotando umaspecto semelhante ao do ambiente.

(a) Sapos (b) Polvo (c) Sapo

(d) Girafa (e) Coruja (f) Peixe (linguado)24 / 52



O mimetismo também é um tipo de seleção de imitação queocorre quando um organismo se passa por outro paraobter vantagem.

(a) Lagarta (b) Aranha x Formiga (c) Mariposa

(d) Borboleta (e) Cobra Coral (f) Casulo25 / 52



11 [Enem - 2009] Recentemente, foi descoberta uma nova espéciede inseto flebotamídeo, batizado de Lutzomya maruaga. Onovo inseto possui apenas fêmeas que se reproduzem a partirda produção de ovos sem a intervenção de machos, em umprocesso conhecido como partenogênese. A espécie estárestrita a uma caverna na região amazônica, não sendoencontrada em outros lugares.

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11 [Continuação...] O inseto não se alimenta de sangue nemtransmite doenças, como o fazem outros mosquitos de seumesmo gênero. Os adultos não se alimentam e as larvasparecem se alimentar apenas de fezes de morcego (guano)existente no fundo da caverna. Essa dieta larval acumulariareservas a serem usadas na fase adulta. Em relação a essadescoberta, vê-se que a nova espécie de flebotomídeo

a. deve apresentar maior variabilidade genética que seuscongêneres.

b. deve ter uma fase adulta longa se comparado com seuscongêneres.

c. é mais vulnerável a desequilíbrios em seu ambiente que seuscongêneres.

d. está livre de hábitos hematófagos e de transmissão de doençasdevido à ausência de machos.

e. tem grandes chances de se dispersar para outros ambientes,tornando-se potencialmente invasora.

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11 [Continuação...] O inseto não se alimenta de sangue nemtransmite doenças, como o fazem outros mosquitos de seumesmo gênero. Os adultos não se alimentam e as larvasparecem se alimentar apenas de fezes de morcego (guano)existente no fundo da caverna. Essa dieta larval acumulariareservas a serem usadas na fase adulta. Em relação a essadescoberta, vê-se que a nova espécie de flebotomídeo

a. deve apresentar maior variabilidade genética que seuscongêneres.

b. deve ter uma fase adulta longa se comparado com seuscongêneres.

c. é mais vulnerável a desequilíbrios em seu ambiente queseus congêneres.

d. está livre de hábitos hematófagos e de transmissão de doençasdevido à ausência de machos.

e. tem grandes chances de se dispersar para outros ambientes,tornando-se potencialmente invasora.

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33 [Enem - 2009] Os ratos Peromyscus polionotus encontram-sedistribuídos em ampla região na América do Norte. A pelagemde ratos dessa espécie varia do marrom claro até o escuro,sendo que os ratos de uma mesma população têm coloraçãomuito semelhante. Em geral, a coloração da pelagem tambémé muito parecida à cor do solo da região em que se encontram,que também apresenta a mesma variação de cor, distribuída aolongo de um gradiente sul-norte. Na figura, encontram-serepresentadas sete diferentes populações de P. polionotus.Cada população é representada pela pelagem do rato, por umaamostra de solo e por sua posição geográfica no mapa.

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O mecanismo evolutivo envolvido naassociação entre cores de pelagem ede substrato e?

a. a alimentação, pois pigmentos de terra são absorvidos ealteram a cor da pelagem dos roedores.

b. o fluxo gênico entre as diferentes populações, que mantémconstante a grande diversidade interpopulacional.

c. a seleção natural, que, nesse caso, poderia ser entendida comoa sobrevivência diferenciada de indivíduos com característicasdistintas.

d. a mutação genética, que, em certos ambientes, como os desolo mais escuro, têm maior ocorrência e capacidade de alterarsignificativamente a cor da pelagem dos animais.

e. a herança de caracteres adquiridos, capacidade de organismosse adaptarem a diferentes ambientes e transmitirem suascaracterísticas genéticas aos descendentes.

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O mecanismo evolutivo envolvido naassociação entre cores de pelagem ede substrato e?

a. a alimentação, pois pigmentos de terra são absorvidos e alteram acor da pelagem dos roedores.

b. o fluxo gênico entre as diferentes populações, que mantémconstante a grande diversidade interpopulacional.

c. a seleção natural, que, nesse caso, poderia ser entendidacomo a sobrevivência diferenciada de indivíduos comcaracterísticas distintas.

d. a mutação genética, que, em certos ambientes, como os de solomais escuro, têm maior ocorrência e capacidade de alterarsignificativamente a cor da pelagem dos animais.

e. a herança de caracteres adquiridos, capacidade de organismos seadaptarem a diferentes ambientes e transmitirem suascaracterísticas genéticas aos descendentes.

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EVIDÊNCIAS DA EVOLUÇÃO

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Palentologia e Anatomia comparada

Paleontologia

Palentologia é ciência que estuda as formas de vida existentesem períodos geológicos passados, a partir dos seus fósseis;

A análise de fósseis possibilita verificar a história evolutivade uma determinada espécie.

(a) Arcada dentária dos Australopitecus (b) Fóssil de dinossauro

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Paleontologia em ação

Sabia-se que os primeiros seres tinham surgido na água edepois habitaram a superfície terrestre;

As evidências vieram com a análise de fósseis, comadaptações de transição da vida aquática à vida terrestre.

O Tiktaalik roseae, que media 2,7m e viveu há 375 milhõesanos, apresenta-se como elo entre animais aquáticos eterrestres.

(a) Tiktaalik (2004) (b) Tiktaalik (reconstrução)

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Anatomia comparada

As comparações anatômicas permitem associar os seresevolutivamente;

Quando dois indivíduos possuem estruturas anatômicassemelhantes, diz-se que seus órgãos são homólogos.

Quando dois organismo possuem órgãos que desempenham amesma função, esses órgãos são chamados de análogos.

(a) Estruturas homólogas (b) Estruturas análogas35 / 52


Embriologia comparada e órgãos vestigiais

Embriologia comparada

A comparação dos embriões permite estabelecer relaçõesevolutivas;

Quanto mais semelhança houver entre os embriões, mais forteé a evidência de que eles descendem de um mesmoancestral.

(a) Embriões

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Embriologia comparada e órgãos vestigiais

Órgãos vestigiais

Os órgãos vestigiais são orgãos que perderam sua funçãooriginal;

O apêndice e o cóccix no ser humano são exemplos deestruturas vestigiais.

Alguns cientistas acreditam que o cóccix é um vestígio deuma suposta cauda que os ancestrais dos humanostiveram.

(a) Apêndice humano (b) Apêndice humano

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Biogeografia e Biologia molecular

Biogeografia

Muitas vezes seres vivos semelhantes são encontrados emambientes totalmente diversos, separados por barreirasgeográficas.

Fósseis semelhantes são encontrados em regiões da África edas Américas.

O oceano é um exemplo de barreira geográfica,intransponível para os seres terrestres.

(a) Atobá-de-pés-azuis (b) Galápagos38 / 52



Biologia molecular

Desde que a ciência tornou possível a análise de DNA dasespécies, essa técnica tem possibilitado associarevolutivamente os seres vivos.

Quanto mais semelhante o DNA de duas espécies maispróximos evolutivamente elas são.

Bonobos e humanos compartilham 98,7% do mesmo mapagenético. Mesma medida que os chimpanzés.

(a) Bonobos (b) Chipanzés39 / 52



Biologia molecular

A representação do DNA é feita através de uma sequência deletras, onde cada letra correponde a um nucleotídeo: A -adenina, G - guanina, T - timina e C - citosina;

O DNA humano possui 3 bilhões de pares de bases.

Estima-se que apenas 20% do DNA humano codificaproteínas, o restante é inativo, logo, há uma maior chancedas mutações ocorrerem em trechos inativos do DNA.

(a) DNA (b) DNA (c) Representação do DNA40 / 52


GENÉTICA DE POPULAÇÕES

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Princípio de Hardy-Weinberg


A teoria sintética da evolução estabelece que há evoluçãoquando as frequências dos genes se alteram na população;

O princípio de Hardy-Weinberg permite verificar se umapopulação está ou não em evolução.

(a) Godfrey Hardy e WilhelmWeinberg

(b) Porcos

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Em uma população podemos ter os alelos: A (em AA ou emAa) e o alelo recessivo a (presente na formas aa e Aa).

Considerando que a frequência de A é "p" e a frequência de aé "q", temos em uma populaçao que p+q = 100%(p + q = 1).

(a) Teorema de Hardy-Weinberg

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O princípio de Hardy-Weinberg só pode ser aplicado a umapopulação em equilíbrio gênico (as frequências gênicas nãose alteram ao longo das gerações).

A população só está em equilíbrio, quando:A população é grande;

Os cruzamentos ocorrem ao acaso (panmítica);

Não há imigração nem emigração;

E não ocorre mutações nem seleção natural.

(a) Pinguins (b) Flamingos (c) Imigração

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Questão 1 - Aplicando o princípio de Hardy-Weinberg

1 Suponha que uma determinada raça de cães possa apresentara pelagem de duas cores na situação ilustrada abaixo:

90 cães prata (aa)

e consequentemente, 910 cães pretos (AA/Aa)

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Frequência de indivíduos recessivos: 90/1000 = 0,09.

Como a frequência de aa = q2, teremos 0, 092 =√0, 09 =

0,3. Logo q = 0,3.

Usamos p + q = 1 para determinar a frequência do gene p: p+ 0,3 = 1 => p = 1 - 0,3 => p = 0,7.

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Calculamos então a frequência de AA que corresponde a p2 =(0, 7)2 => 0,49 ou 49%. Há portanto 490 cães pretos degenótipo AA.

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2 Suponha que em uma população (em equilíbrio gênico) afrequência do alelo B, seja 0,9 e do alelo b, seja 0,1.Determine a frequência genotípica dos descendetes.

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Como já temos os valores de p (B) = 0,9 e q (b) = 0,1, bastautilizarmos o teorema de Hardy-Weiberg:

p2 + 2pq + q2 => (0,9)2 + 2 ∗ (0,9 ∗ 0,1) + (0,1)2 => 0,81+ 0,18 + 0,01.

Então temos como resposta: 81% BB, 18%Bb e 1%bb.

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Perguntas?

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Referências

Sônia Lopes; Sergio RossoBio: Volume 3.2 ed. São Paulo: Saraiva, 2013

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Créditos

Prof. Thiago LinsLicenciado em Ciências BiológicasBacharel em Ciência da ComputaçãoContato: [email protected]

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