TAXONÔMIA ou SISTEMÁTICA

A classificação dos seres vivos

A HISTÓRIA DA CLASSIFICAÇÃO BIOLÓGICA

Aristóteles a Sistemática (350 a.C.), quando Aristóteles resolveu classificar a vida. Ele seguia o essencialismo platônico, no qual o que realmente importa são os traços típicos de cada espécie — e cada uma delas tem um tipo, uma referência, um modelo.

Segundo o raciocínio aristotélico (e usando um exemplo já empregado por Sober), esse princípio apresenta dois problemas bem notáveis:

Uma onça-pintada tem um filhote negro. O tipo da espécie Panthera

onca é amarelado com manchas negras. Portanto, o filhote não possui a essência da mãe, e será uma espécie diferente. A mãe estará amamentando outra espécie.

Escola Essencialista

De repente se descobre uma onça vivendo em Marte. Ela jamais viu a Terra, e nenhuma onça terrestre jamais viu nem conheceu essa criatura. Entretanto, são da mesma espécie, pois têm a mesma essência.

Carolus Linnaeus baseou-se nessa escola para escrever Systema

Naturae, em 1758 onde ele propõe um conjunto de regras e categorias para classificação, que foi extremamente útil numa época de explosão de pesquisas e publicações sobre a biodiversidade mundial.◦ Os organismos eram criados por uma divindade com sua forma definitiva e que o

número dos diferentes tipos dos organismos era constante desde a criação do mundo.

Escola Essencialista

ESPÉCIES GÊNEROS FAMÍLIAS ORDENS CLASSES FILOS REINOS

CATEGORIAS TAXONÔMICAS

Nome deve estar escrito em latim, em negrito ou sublinhado;

A nomenclatura para as espécies é binominal, Plasmodium falciparum;

A primeira palavra do nome científico indica o gênero (ex: Plasmodium) e a segunda palavra indica o nome específico (ex: falciparum)

A nomenclatura para as subespécies é trinominal, Crotalus terrificus durissus;

Nome subgenérico, entre o nome genérico e específico, com inicial maiúscula e separado por parênteses, Anopheles (Nyssorhynchus) darlingi;

REGRAS DE NOMENCLATURA

Espécie é um grupo de populações cujos indivíduos são capazes de se cruzar e produzir descendentes férteis, em condições naturais, estando reprodutivamente isolados de indivíduos de outras espécies.

CONCEITO BIOLÓGICO DE ESPÉCIE

Espécie é uma população ou grupo de populações definidas por uma ou mais condições derivadas, constituindo o menor agrupamento taxonômico reconhecível.

CONCEITO FILOGENÉTICO DE ESPÉCIE

Leões m X Tigres f

Liger(estéreis)

Leões f X Tigres m

Tigon

Tigon f X tigre m

Ti-tigon

Charles Darwin e Alfred Wallace atuaram de forma independente e chegaram a conclusões muito parecidas, e Darwin, com seu On the Origin of Species (“A Origem das Espécies”), lançou uma das pedras fundamentais da Ciência contemporânea em 1859.

Não imediatamente, mas pouco a pouco (pois sua teoria, inicialmente tida como anticristã, chegou a ser satirizada), suas ideias passaram a ser consideradas mais seriamente, e já no início do século XX, com o neodarwinismo, tinha se tornado parte do referencial teórico da Biologia Moderna, ciência que começava a adquirir autonomia.

Escola Evolutiva

Trouxe enorme impacto à sistemática e à sociedade em geral (a própria Igreja admitiu oficialmente a evolução em 1996)

Alguns eminentes taxonomistas e sistematas das décadas de 20, 30 e 40 (entre os quais Mayr e Huxley) começaram a imaginar que as classificações deveriam refletir a evolução de alguma forma. Assim surgia a escola evolutiva (Fig. 1a).

Uma das controvérsias que surgiram dessa escola estava no fato de que a definição dos grupos taxonômicos dependia dos “grados”, passos evolutivos considerados importantes. Mas... Como saber o que é “importante”?

Escola Evolutiva

Fig. 1a — Sistemática e a filogenia dos Hominoidea - Escola Evolutiva.Fonte: Adaptado de Hickman et al., 2006.

Na década de 60, a insatisfação com a escola evolutiva culminou com o surgimento de outra, proposta por Sokal e Sneath. Nessa época, os computadores passavam a ser acessíveis, e os cálculos poderiam ser acelerados consideravelmente. Os feneticistas propunham que, quanto mais parecidas fossem as espécies, mais próximas elas deveriam estar em um cladograma. Portanto, se fossem codificadas em códigos binários todas suas características morfológicas (e depois dos anos 80, moleculares também), seria possível a montagem de grupos inclusivos de similaridade (Fig. 1b).

A Escola Fenética

Fig. 1b — Sistemática e a filogenia dos Hominoidea - Escola Fenética.Fonte: Adaptado de Hickman et al., 2006.

A grande vantagem trazida pelos feneticistas foi a robustez de um método, bem menos subjetivo que os empregados na escola evolutiva.

No entanto, apresenta um problema semelhante ao da escola essencialista: será que a mera semelhança pode nos dizer se uma determinada espécie é parente próximo de outra? Muitos feneticistas sabiam dessas limitações, mas não se importavam: para eles, o importante era organizar as espécies de forma consistente. Dado o contexto científico-cultural presente na sociedade acadêmica, sobretudo, esse método passou a sofrer rejeição; afinal, se não se podia agrupar espécies numa tentativa de descobrir seus parentescos, muitos dos potenciais usos da sistemática iriam ralo abaixo.

A Escola Fenética

O grande entomólogo germânico Willi Hennig publicou seu Grundzüge einer

Theorie der phylogenetischen Systematik, onde aperfeiçoava um dos métodos mais simples e geniais já criados para a sistemática, que lançava raízes no início do século XX. Mesmo sofrendo muitas críticas e reformas, o conceito central permanece há quase 40 anos (Fig. 1c).

De forma simplificada, a sistemática filogenética procura agrupar organismos por novidades evolutivas compartilhadas (sinapomorfias), sendo que as semelhanças presentes há mais tempo na linhagem não devem ser consideradas (simplesiomorfias); afinal, não podemos agrupar uma minhoca com um marisco só porque são invertebrados: não possuem coluna vertebral, é verdade... Mas também não a possuem os pepinos-do-mar, os ácaros, os líquens, os vírus e as cadeiras de plástico — o que não quer dizer que eles tenham um ancestral comum que seja exclusivo deles.

Escola Cladística

Fig. 1c — Sistemática e a filogenia dos Hominoidea - sistemática Filogenética.

Fonte: Adaptado de Hickman et al., 2006.

O tempo transcorre verticalmente, sendo que o topo é mais recente e a base, mais antiga.

Horizontalmente temos a diversidade de grupos ao longo do tempo; a menos que haja extinções, casos nos quais a linha se interrompe antes do topo (como o táxon E, na Fig. 2).

Cada nó é o encontro de pelo menos dois ramos (linhas), e representa o ancestral comum e exclusivo de um grupo monofilético, que encerra todos os descendentes daquele ancestral.

Na Fig. 2, podemos dizer que o grupo BCD é monofilético, mas não os grupos CD, EFG ou ABG, por exemplo.

Cladograma ou árvore filogenética

Fig. 2 — Esquema representando um cladograma. Grupos monofiléticos: ABCDEFG, BCDEFG, BCD, BC, FG, A, B, C, D, E, F, G. O tempo transcorre na vertical; portanto, o ancestral de FG é mais recente que o de BCDEFG, que, por sua vez, pode ser considerado um dos ancestrais de FG.

Representam as relações de parentesco evolutivo entre grupos de seres vivos.

ÁRVORES FILOGENÉTICAS

Época atual

Milhares ou milhões de anos atrás

tempo

Espécies atuais

Espécies ancestrais

A C D EB

Ramos

Cada nó representa a diversificação por cladogênese e o ancestral comum dos dois ramos acima

Característica derivada do grupo D

Característica primitiva derivada do grupo ancestral

Ancestral comum exclusivo dos

grupos D e E

Toda espécie surge de uma espécie ancestral, por um processo denominado especiação.◦ Isolamento entre populações de uma

espécie ancestral (isolamento geográfico);◦ Diversidade gênica;◦ Isolamento reprodutivo;

ORIGEM DE NOVAS ESPÉCIES

VIRUS

MONERA ◦unicelulares, procarióticos, autotróficos

e heterotróficos; PROTISTA

◦Unicelulares e multicelulares, eucarióticos, autotróficos e heterotróficos;

FUNGI◦Unicelulares e multicelulares,

eucarióticos e heterotróficos (nutrição por absorção);

OS REINOS DOS SERES VIVOS

PLANTAE◦multicelulares, eucarióticos e autotróficos;

ANIMALIA◦multicelulares, eucarióticos e heterotróficos (nutrição por digestão).

VIRUS

Não pertencem a nenhum reino;

São parasitas intracelulares obrigatórios

É formado por um envoltório proteíco – capsídeo;

Material genético – DNA ou RNA;

Envelope viral - lipoprotéico

VIRUS

TIPOS DE VÍRUS

Lítico – quando destroem as células bacterianas hospedeiras;

Ciclo lisogênico – não destroem as células hospedeiras.

CICLO REPRODUTIVO DOS BACTERIÓGAGOS

Vírus de RNA◦ Cadeia simples

Cadeia + (rubéola e vírus da dengue), cadeia – (hantavirus e o vírus da gripe) e retrovírus (HIV).

◦ Cadeia dupla; Vírus de DNA

◦ Cadeia simples;◦ Cadeia dupla.

GENOMA VIRAL

Genoma – RNAPossuem uma enzima especial – transcriptase reversa

transcrição transcrição tradução

RNA DNA RNAm PROTEÍNA

RETROVÍRUS

AIDS (SIDA) SARAMPO RUBÉOLA REFRIADO GRIPE HEPATITE HERPES

POLIOMIELITE CAXUMBA VARÍOLA RAIVA (HIDROFOBIA)

DENGUE FEBRE AMARELA

ALGUMAS DOENÇAS

NATURALARTIFICIAL

PASSIVA – SORO ATIVA – VACINA

TIPOS DE IMUNIDADE

REINO MONERAArqueas (arqueobactérias) e bactérias (eubactérias);

Procariontes;Apenas ribossomos como organóides;

Revestimento: parede celular e membrana plasmática;

Organização interna da célula bacteriana

Membrana plasmática (lipoprotéica); Citoplasma; Ribossomos e mesossomos; Cromossomo (molécula circular de

DNA); Nucleóide (localiza-se, geralmente, no

centro da célula); Plasmídios (molécula de DNA que

conferem vantagem às bactérias); Flagelos (em algumas bactérias); Cápsula bacteriana (polissacarídeos,

proteínas ou ambos).

BACTÉRIAS

‘

Quanto à fonte de energia que utilizam, as bactérias podem ser classificadas em: fototróficas ( utilizam a luz como fonte primária de energia) e quimiotróficas (dependem de reações de oxi-redução de composto inorgânicos ou de compostos orgânicos para obtenção de energia.

BACTÉRIAS X NUTRIÇÃO

De acordo com a fonte de átomos de carbono para a produção de suas moléculas orgânicas, elas são classificadas em: autotróficas (obtêm carbono diretamente do gás carbônico) e heterotróficas (obtêm carbono de moléculas orgânicas que captam no meio ambiente

BACTÉRIAS x NUTRIÇÃO

Bactérias fotoautotróficasFonte de carbono (gás carbônico) e fonte de energia (luz).Exemplo:

Proclorófitas – possuem clorofila a e b e não apresentam ficobilina.

Cianobactérias – possuem clorofila a e ficobilinas (azul ou vermelha). Também são bactérias capazes de absorver N2 NH+

4

CO2 + H20 C6H12O6 + O2 + H2O

Sulfobactérias – substância doadora de hidrogênio é o gás sulfídrico (H2S) e produzem enxofre elementar (S) como subproduto.CO2 + 2 H2S (CH2O) + 2S + H2OPossuem um tipo especial de clorofila a bacterioclorofila, vivem nos sedimentos pobres em gás oxigênio do fundo de lagos e de lagoas.

Bactérias fotoheterotróficas

Utilizam luz como fonte de energia e compostos orgânicos como fonte de carbono. São bactérias anaeróbicas

Bactérias quimioautotróficasUtilizam oxidações de compostos inorgânicos como fonte de energia para a síntese de substâncias orgânicas e de H provenientes de substâncias diversas.

As bactérias do gênero Nitrosomonas obtêm energia pela oxidação de amônia a nitrito. 2NH3 + 3O2 2NO-

2 + 2H+ + Energia

Bactérias quimioheterotróficas

São bactérias que têm como fonte de energia quanto a de átomos de carbono, a matéria orgânica que ingerem como alimento.

De acordo com a fonte das substâncias que lhe servem de alimento, as bactérias heterotróficas são classificadas em saprófitas ou parasitas.

A maioria das bactérias quimioheterotróficas utiliza a oxidação de moléculas de glicídios como fonte de energia, através de dois processos:◦Respiração celular;

Aeróbica – aceptor final de elétrons é o O2 e produto final CO2 e H2O.

Anaeróbica – aceptor final compostos inorgânicos (nitratos ou sulfatos) e o produto final é o CO2 e substâncias inorgânicas. É realizada por bactérias que vivem no solo ou em águas estagnadas, onde o suprimento de O2 é escasso. Pseudomonas e Bacillus utilizam nitratos como

aceptores de H, transformando-os em nitritos, óxidos nitroso e gás nitrogênio ( processo de desnitrificação).

Desulfovibrio sp sulfato como aceptor final de H , transformando em sulfeto de H (gás sulfídrico), reciclam o elemento enxofre na natureza.

Fermetação; Fermentação láctica (utilizada na produção de alimentos – queijos, iogurtes, coalhada), por exemplo, os lactobacilos; Fermentação alcoólica; Fermentação acética (convertem álcool etílico – etanol – em acido acético), por exemplo, acetobactérias (gêneros Acetobacter e Gluconobacter).

CLASSIFICAÇÃO DAS BACTÉRIAS QUANTO À NUTRIÇÃO

Tipo de nutrição

Fonte de energia

Fonte de carbono Exemplos

Fotoautotrófica Luz Gás

carbônico

Sulfobactérias verdes, cianobactérias, proclorófitas.

Fotoheterotró-fica Luz

Compostos organicos

Bactérias não-sulforosas verdes.

Quimioautotró-fica

Eletróns de compostos orgânicos

Gás carbônico

Bactérias do enxofre, bactérias do ferro, bactérias nitrificantes, bactérias do hidrogênio.

Quimiohetero-trófica

Eletróns de compostos orgânicos

Compostos orgânicos

Maioria das espécies das bactérias.

Bactérias aeróbicas – sobrevivem na presença de gás oxigênio;

Bactérias anaeróbicas facultativas – podem obter energia tanto por meio da respiração aeróbica quanto da fermentação, dependendo da disponibilidade ou não de gás oxigênio, por exemplo, salmonelas e lactobacilos.

Bactérias anaeróbicas obrigatórias – não toleram a presença de gás oxigênio .(água oxigenada, H2O2, em contato com enzimas do ferimento transforma-se em água e gás oxigênio), por exemplo, bacilo do tétano e botulismo.

Possuem quatro tipos distintas: Cocos => Têm a forma de esferas; Podem viver isoladas ou em grupos,

formando colônias; Bacilos => Tem a forma de bastonete; Espirilos => Tem a forma de espiral; Vibriões => Tem a forma de vírgula.

TIPOS DE BACTÉRIAS

TIPOS DE BACTÉRIAS

LipoprotéicaDelgada;Visível apenas ao microscópio eletrônico;

Também chamada de plasmolema.

MEMBRANA PLASMÁTICA

Composição: mucopolissacarídeo Protege a célula de agressões físicas

do ambiente; Antibióticos do grupo das penincilinas

impedem a formação da parede bacteriana, causando a morte das bactérias.

PAREDE CELULAR

Assexuada◦ divisão binária◦ esporos bacterianos

REPRODUÇÃO

Recombinação genética ◦ conjugação – transferência de DNA

diretamente de uma bactéria doadora para uma receptora.

◦ transformação bacteriana – ocorre pela absorção de moléculas ou fragmentos de moléculas de DNA que estejam dispersas no ambiente.

◦ transdução bacteriana – transferência de segmentos de moléculas de DNA de uma bactéria para outra, tendo como vetor bacteriófagos.

REPRODUÇÃO

Bactérias Gram-negativas – parede celular fina;

Bactérias Gram-positivas – parede celular grossa;

Micoplasma – sem parede celular.

CLASSIFICAÇÃO DAS BACTÉRIAS

Biotecnologia◦Utilização de bactérias na indústria –

indústria de laticínios (produção de queijos, iogurtes, vinagre, ácido glutamico – utilizado em temperos); indústria farmacêutica (produção de antibióticos e vitaminas); indústria química – produção de metanol, butanol e acetona); na Engenharia Genética (técnica de DNA recombinante, produção de hormônio do crescimento e insulina).

◦Manipulação genética.◦Biorremediação - utilização de

microrganismos para limpar áreas ambientais contaminadas por poluentes.

IMPORTÂNCIA DAS BACTÉRIAS

PODEM SER ENCONTRADAS: Lugares pobres ou sem oxigênio; Não apresentam peptidioglicanos na

parede celular; Fundo de pântanos; Tubo digestório de cupins e animais

herbívoros, onde produzem gás metano.

Ambientes saturados de sal; Águas ácidas e quentes de fontes

termais, com temperatura > 80°.

ARQUEAS

ENGENHARIA GENÉTICA

TECNOLOGIA NA QUAL OS GENES PODEM SER ISOLADOS,TRANSFERIDOS PARA OUTRAS CÉLULAS OU ORGANISMOS.

É A MODIFICAÇÃO DE SERES VIVOS PELA MANIPULAÇÃO DIRETA DO DNA.

DNA recombinante

ENZIMAS DE RESTRIÇÃOTESOURAS MOLECULARES

1950 - cepas de E.coli resistentes à infecção.

1962 - Sistema de restrição e modificação.1970 - enzima Hind II

somente atividade de restrição corte do DNA em seqüência

específica

RESTRIÇÃO/MODIFICAÇÃO

CBMEG/Genética Humana

ENZIMAS DE RESTRIÇÃOTIPOS IIsomente atividade de restriçãocortam DNA em seqüências específicasReconhecem em geral 4 ou 6 nucleotídeos

Enzimas de restriçãocorte em sítios específicos

CBMEG/Genética Humana

5´GGATCC 3´3´CCTAGG 5´

5´G GGATCC 3´3´CCTAGG G 5´

EXTREMIDADES COESIVASStick ended

Bam HI

5´GGCC 3´3´CCGG 5´

5´GG CC 3´3´CC GG 5´

EXTREMIDADES abruptasblunt ended

Hae III

Enzimas de restrição

ligação

DNA ligase

DNA recombinante

CBMEG/Genética Humana

Ampr

Plasmídeo

Gene de resistência à antibiótico Sítios

de clonage

m

Eco RI

Bam HI

Pequena molécula de DNA circularcarregam genes essencias

para vida da bactéria

Bactéria

DNA genômic

o

Ampr

Sítios de

clonagem

Plasmídeo

CBMEG/Genética Humana

Amplificação

CBMEG/Genética Humana

2 cópias do gene/célula 500 cópias/célula

1013 células/indivíduo 5X1011 células/litro

2X1013 cópias 25X1013 cópias

Massa atômica do gene = 1,26X106 Daltons/gene6,02X1023 Daltons/grama

42 g de DNA/gene -globina 527 g de DNA/gene -globina

CBMEG/Genética Humana

CORTE COM ENZIMA DE RESTRIÇÃO

CLONAGEM

Inserção na bactéria

CBMEG/Genética Humana

Tipos de VetoresPrincipais

Plasmídeos conferem vantagens seletivas às bactérias, principalmente resistência a antibióticos

Bacteriófagos vírus que se multiplicam em bactérias

CBMEG/Genética Humana

CBMEG/Genética Humana

CBMEG/Genética Humana

CBMEG/Genética Humana