segunda-feira, 31 de agosto de 2009

Capitulo 14 [Ciclos Biogeoquímicos.]

*Ciclos Biogeoquímicos


Esquema do Ciclo da Água, um dos principais Ciclos Biogeoquímicos.
O ciclo biogeoquímico é
o percurso realizado no meio ambiente por um elemento químico essencial à vida. Ao longo do ciclo, cada elemento é absorvido e reciclado por componentes bióticos (seres vivos) e abióticos (ar, água, solo) da biosfera, e às vezes pode se acumular durante um longo período de tempo em um mesmo lugar. É por meio dos ciclos biogeoquímicos que os elementos químicos e compostos químicos são transferidos entre os organismos e entre diferentes partes do planeta. O estudo e a compreensão dos ciclos biogeoquímicos pode ajudar a identificar potenciais impactos ambientais causados pela introdução de substâncias potencialmente perigosas nos diversos ecossistemas [1]. Todo ser vivo reage com seu ambiente e produz resíduos. A menos que o ambiente possa dispô-los convenientemente, pela autodepuração, eles poderão intervir no ciclo vital. As relações entre espécies e ambiente físico caracterizam-se por uma constante permuta dos elementos, em uma atividade cíclica, a qual, por compreender aspectos de etapas biológicas, físicas e químicas alternantes, recebe a denominação geral de Ciclo Biogeoquímico. Na verdade, o fenômeno é estritamente cíclico apenas em relaçào ao aspecto químico, no sentido de que os mesmos compostos químicos alterados se reconstituem ao final do ciclo, enquanto que o aspecto físico das rochas não se regenera, necessariamente. Assim, há uma espécie de intercâmbio contínuo entre meio físico, denominado abiótico (relativo à parte sem vida do meio físico) e o Biótico (conjunto de seres vivos), sendo esse intercâmbio de tal forma equilibrado, em relaçào á troca de elementos nos dois sentidos, que os dois meios se mantêm praticamentes constantes.

[Ciclo da Água]


A água da Terra - que constitui a hidrosfera - distribui-se por três reservatórios principais: os oceanos, os continentes e a atmosfera, entre os quais existe uma circulação contínua, o ciclo da água ou ciclo hidrológico. Este ciclo é responsável pela renovação da água no planeta.
O movimento da água no ciclo hidrológico é mantido pela energia solar e pela gravidade.
Na atmosfera, o vapor de água que forma as nuvens pode transformar-se em chuva, neve ou granizo dependendo das condições climatológicas. Essa transformação provoca o fenómeno atmosférico ao qual se chama precipitação.


[Ciclo do Carbono]



Esquema do ciclo do carbono.
O Carbono (C) é o quarto elemento mais abundante no Universo, depois do Hidrogénio (H), Hélio (He) e o Oxigénio (O), e é o pilar da vida como a conhecemos.
Existem basicamente duas formas de carbono, uma orgânica, presente nos organismos vivos e mortos, não decompostos, e outra inorgânica, presente nas rochas.
No planeta Terra o carbono circula através dos oceanos, da atmosfera, da terra e do seu interior, num grande ciclo biogeoquímico. Este ciclo pode ser dividido em dois tipos: o ciclo “lento” ou geológico, e o ciclo “rápido” ou biológico.

[Ciclo do Nitrogênio]

O ciclo do nitrogênio ou ciclo do azoto é o ciclo biogeoquímico que comporta as diversas transformações que este elemento sofre no seu ciclo entre o reino mineral e os seres vivos.



Ciclo do nitrogênio ou ciclo do azoto
O processo pelo qual o nitrogênio ou azoto circula através das plantas e do solo pela ação de organismos vivos é conhecido como ciclo do nitrogênio ou ciclo do azoto. O ciclo do nitrogênio é um dos ciclos mais importantes nos ecossistemas terrestres. O nitrogênio é usado pelos seres vivos para a produção de moléculas complexas necessárias ao seu desenvolvimento tais como aminoácidos, proteínas e ácidos nucleicos.

Capítulo 14 [Energia e Matéria nos Ecossistemas]

Energia e Matéria nos Ecossistemas


- Fluxo de Energia e Níveis Tróficos

Pirâmide de energia de uma comunidade aquática. Em ocre, a produção líquida de cada nível; em azul, respiração, a soma à esquerda é a energia assimilada. Fluxo de energia é a uma análise quantitativa de energia que flui em determinada cadeia alimentar, geralmente medida em joule/m². O fluxo de energia pode ser analisado da seguinte maneira: Parte da energia da presa não é assimilada pelo predador, que corresponde ao material não digerível que será disponibilizado para os decompositores. A eficiência da transferência de energia entre níveis tróficos também é reduzida devido a táticas de fuga da presa, ou de defesas químicas das plantas. Cada organismo consome boa parte de sua energia disponível em suas próprias atividades metabólicas, reduzindo a quantidade de energia disponível para os níveis tróficos superiores. Outra parte da energia de um sistema é simplesmente dissipada na forma de calor. Pode-se perceber que são vários os fatores que propiciam a diminuição do fluxo de energia, através de cada nível trófico, conforme o nível trófico aumenta. A pirâmide de energia consiste em representar graficamente as taxas de fluxo energético entre vários níveis tróficos. Pode-se perceber, então, que a pirâmide de energia sempre possui uma base maior, que representa os seres autótrofos e a cada nível para cima, fica mais estreita, pois representa um ser heterótrofo distinto da cadeia alimentar.

- Biomassa e pirâmides de energia.



A organização dos níveis tróficos e a biomassa convertida em energia transferida de um nível ao outro.
No meio ambiente, o fluxo da matéria entre os níveis tróficos ocorre de forma unidirecional, ou seja, dos produtores (organismos autotróficos: as plantas e algumas algas), para os consumidores herbívoros, seguidos pelos consumidores carnívoros e finalizando nos decompositores.

Dessa forma, através de uma pirâmide de biomassa, quantidade de matéria orgânica presente em um ser vivo ou no conjunto de seres da mesma espécie, é possível expressar proporcionalmente o teor de energia armazenada por nível ecológico existente. Sendo nos ecossistemas terrestres representada em maior dimensão por organismos produtores, devido ao porte e distribuição dos vegetais, diminuindo à medida que a matéria é repassada gradativamente aos animais.

No meio aquático essa situação se manifesta de forma invertida. A totalidade do fitoplâncton, se comparada ao zooplâncton, possui uma biomassa menor, mesmo contendo organismos produtores, justificado devido ao tamanho destes seres.

Ao contrário da pirâmide de biomassa, a pirâmide de energia nunca é invertida, representando a disponibilidade de matéria acumulada e convertida seqüencialmente de um nível a outro. Durante a transferência (por exemplo, por meio da predação), uma parte da energia do sistema se perde para o meio ambiente, reduzindo consideravelmente até o último nível trófico.

segunda-feira, 17 de agosto de 2009

[Eras Geológicas] 17/Agosto/2009

Eras geológicas



A Via Láctea é a galaxia onde está localizado o Sistema Solar da Terra. É uma estrutura constituída por cerca de 200 bilhões de estrelas e tem uma massa de cerca de 750 bilhões e um trilhão de massas solares.

A Terra foi formada há aproximadamente 4,5 bilhões de anos, quando o Universo já beirava os 10,7 bilhões de anos e a Via Láctea, já existia há pelo menos 5,7 bilhões de anos.

Ao longo desse tempo, ela sofreu uma série de transformações que deixaram marcas bem definidas nas rochas o que permite dividir a sua história numa Escala Geológica de Tempo.

A forma da Terra é aproximadamente a de um elipsóide de revolução, com diâmetro maior, ao longo do equador, de 12.712km e um diâmetro menor, ao longo dos seus pólos, de 12.555km.

Estudos demonstraram que toda essa massa é formada de camadas concêntricas cuja constituição química e física difere entre si.

O Núcleo, composto de ferro e níquel, tem uma espessura aproximada de 3.470 km, enquanto a Camada Intermediária, composta de sulfetos e óxidos, tem uma espessura média de 1.700 km.

O Manto, por seu turno, é composto por silicatos e ferro e tem uma espessura aproximada de 1.100km.

Apenas a Crosta, também chamada de Litosfera, é acessível à observação direta, sendo dividida em Crosta Superior, composta de sedimentos e granitos, com uma espessura variando de 15 a 25 km, e uma Crosta Inferior, composta de rochas basálticas, cuja espessura chega a atingir 75km.

Cerca de 98% do peso da Crosta é composta de apenas oito elementos básicos, distribuídos conforme a seguinte tabela:

Elemento Símbolo %
Oxigênio O 49,2
Silício Si 25,7
Alumínio Al 8,1
Ferro Fe 5,0
Cálcio Ca 3,4
Sódio Na 2,6
Potássio K 2,6
Magnésio Mg 2,1


Os demais elementos ocorrem em quantidades mínimas, só podendo ser explorados quando são eventualmente concentrados por diferentes processos geológicos.

A origem, a formação e as contínuas transformações da Terra, assim como dos materiais orgânicos que a constituem, são estudados pela Geologia, e que, como já visto, divide a história do planeta em eras geológicas. Essa eras correspondem a grandes intervalos de tempo divididos em períodos.

Esses períodos se subdividem em épocas e idades. Cada uma dessas subdivisões corresponde a algumas importantes alterações ocorridas na evolução da Terra, como pode ver na tabela abaixo:

ERA PERÍODO / INÍCIO ÉPOCA PRINCIPAIS EVENTOS
CENOZÓICA Quaternário 1,8 milhões de anos Holoceno
(recente)
- "Era do Homem". O homem torna-se a forma de vida dominante sobre a Terra.
- Estabilização do clima.
Pleistoceno - Glaciações mais recentes.
- Domínio dos mamíferos de grande porte.
- Evolução do homo sapiens
Terciário 65 milhões de anos Plioceno - Avanço das geleiras.
- A vegetação é dominada pelos campos e savanas.
- Aparecimento de mamíferos ruminantes.
Mioceno - Formação de grandes campos.
- Mudanças climáticas levam a formação da calota polar Antártica.
Oligoceno - Aparecimento de elefantes e cavalos.
- Aparecimento de vários tipos de gramíneas.
Eoceno - Surgimentos da maior parte das ordens de mamíferos.
Paleoceno - Domínio dos mamíferos de porte pequeno a médio.
MESOZÓICA Cretáceo
146 milhões de anos

- Primeiras plantas com flores, grupos modernos de insetos, pássaros e mamíferos.
Jurássico
208 milhões de anos

- Pterossauros e primeiros pássaros.
- Dinossauros vagueiam pela Terra.
Triássico
245 milhões de anos

- Primeira aparição dos dinossauros.
PALEOZÓICA Permiano
286 milhões de anos

- Primeiro grande evento de extinção em massa.
- Formação do supercontinente Pangea.
Carbonífero
360 milhões de anos

- Formação das enormes florestas de pteridófitas (samambaias) e o registro das primeiras gimnospermas (espécies com ementes).
Devoniano
410 milhões de anos

- Aparecimento dos primeiros vertebrados terrestres, primeiros artrópodes terrestres, incluindo os insetos e as aranhas;
- Expansão dos diversos tipos de corais;
- Diversificação dos peixes.
Siluriano
440 milhões de anos

- Estabilização do clima.
- Derretimento do gelo glacial, elevação dos níveis dos oceanos.
- Evolução dos peixes. Aparecimento dos peixes com mandíbulas;
- Primeiras evidências de vida no meio terrestre, incluindo alguns parentes das aranhas e das centopéias, além das primeiras plantas vasculares.
Ordoviciano
505 milhões de anos

- É conhecido pela ocorrência de invertebrados marinhos diversos.
Cambriano
544 milhões de anos

- Segundo registros fósseis, este período marca o aparecimento da maioria dos grupos principais de animais.
PROTEROZÓICA

2,5 bilhões de anos
- A formação das terras continentais se estabiliza;
- Registro dos primeiros fósseis de organismos unicelulares;
- Primeira evidência de oxigênio na atmosfera.
ARQUEANA 3,8 bilhões de anos
- Formação de 70% das massas dos continentes;
- Aparecimento dos primeiros organismos vivos anaeróbicos, isto é, utilizam metano ou hidrogênio no metabolismo, em vez de oxigênio.
HADEANA
Não é um período geológico. Não existem rochas na Terra, tão antigas.
4,5 bilhões de anos
- Formação do Sistema Solar.
- Solidificação da crosta terrestre.


No quadro acima está representada a passagem do tempo no sentido de baixo para cima, ficando na parte de baixo o representante mais velho. Esta, aliás, é a forma como as rochas normalmente se apresentam na natureza: a mais nova acima da mais velha.

Desta forma, a Era Arqueana é mais velha que a Proterozóica e é mais nova que a Hadeana.

Como é muito difícil raciocinar com intervalos de tempo da ordem de milhões de anos, na tabela abaixo o tempo geológico foi convertido em um período de apenas 24 horas. Na última coluna, vê-se a duração de cada período geológico na mesma escala de 24 horas. Veja:

ESCALA GEOLÓGICA DE TEMPO (Conversão para 24 horas)
ERA PERÍODO INÍCIO DURAÇÃO (horas)
EM ANOS 24 HORAS
Cenozóica Quaternário 1.800.000 23h 59min 25s 00h 00min 35s
Terciário 65.000.000 23h 39min 12s 00h 20min 13s
Mesozóica Cretáceo 146.000.000 23h 13min 17s 00h 25min 55s
Jurássico 208.000.000 22h 53min 26s 00h 19min 50s
Triássico 245.000.000 22h 41min 36s 00h 11min 50s
PALEOZÓICA Permiano 286.000.000 22h 28min 29s 00h 13min 07s
Carbonífero 360.000.000 22h 04min 48s 00h 23min 41s
Devoniano 410.000.000 21h 48min 48s 00h 16min 00s
Siluriano 440.000.000 21h 39min 12s 00h 09min 36s
Ordoviciano 505.000.000 21h 18min 24s 00h 20min 48s
Cambriano 544.000.000 21h 05min 55s 00h 12min 29s
PROTEROZÓICA 2.500.000.000 10h 40min 00s 10h 25min 55s
ARQUEANA 3.800.000.000 03h 44min 00s 06h 56min 00s
HADEANA 4.500.000.000 00h 00min 00s 03h 44min 00s


Agora, imagine uma máquina do tempo que pode deslocar-se a uma absurda velocidade de 52.083 anos por segundo. Dessa forma, a cada 19,2 segundos percorre um milhão de anos.

Sendo assim, pode-se fazer uma "viagem no tempo" iniciando às 0h00min, quando a Terra foi formada (há 4,5 bilhões de anos), e deslocar-se para o presente, de baixo para cima na Escala, até o fim do Quaternário, sabendo de antemão que levar-se-á exatas 24 horas nessa "viagem".

A Era Hadeana (de hades = inferno) seriam as primeiras 3h44min, e certamente, as mais monótonas de todas. Foi iniciou-se a formação da Terra a partir da poeira e gás que orbitavam o Sol há aproximadamente 4,5 bilhões de anos.

Ao consolidar-se, a superfície do planeta transformou-se em um oceano de rochas em ebulição e enxofre líquido. Enormes crateras, resultantes do intenso bombardeio de asteróides e das explosões vulcânicas, completavam a paisagem.

Com o tempo, formou-se uma atmosfera quente, densa e carregada de poeira e cinzas, sendo composta principalmente de nitrogênio, amônia, hidrogênio, monóxido de carbono, metano e vapor de água, oriundos dos vulcões.

Qualquer rocha que conseguisse resfriar e tomar forma, era imediatamente soterrada por novo fluxo de lava ou explodia em pedaços atingida por outro asteróide.

É provável que a Terra tenha sido atingida por um asteróide do tamanho do planeta Marte, ainda no início da Era Hadeana, arrancando um grande pedaço que acabou ficando em órbita do planeta, como seu satélite natural (a Lua).

Jamais foram encontradas rochas dessa Era. Apenas meteoritos e rochas lunares são tão velhas. A Era Hadeana durou aproximadamente 700 milhões de anos, ou, numa escala de 24 horas, 3:44 horas.

Gradativamente o planeta perdeu calor, permitindo que o vapor de água exalado dos vulcões e oriundos dos cometas formasse as primeiras chuvas, de modo que por volta das 4h já se podia ver um imenso oceano cobrindo toda a Terra, ainda bastante quente (Era Arqueana).

A Era Arqueana iniciou-se 700 milhões de anos após a formação da Terra. A maior parte das rochas superficiais havia esfriado e a maior parte do vapor de água condensou-se, formando um oceano global.

Até mesmo a maior parte do dióxido de carbono havia sido mudado químicamente e foi depositado no fundo do oceano como calcário. A atmosfera era então composta principalmente de nitrogênio e vapor de água, e o céu está repleto de nuvens.

O interior da Terra ainda estava bastante quente e ativo e erupções vulcânicas eram comuns, formando um grande número de pequenas ilhas alinhadas em cadeias.

Essas ilhas eram empurradas de sua posição original, como resultado dos movimentos que ocorriam em profundidade e, ocasionalmente, colidiam entre si formando ilhas cada vez maiores.

Apesar dessas ilhas serem ainda estéreis, olhando bastante de perto seria possível enxergar, no imenso oceano original, inúmeras de bactérias e algas primitivas, que gradativamente assimilaram o dióxido de carbono da atmosfera, liberando oxigênio livre.

Os mais antigos fósseis da Terra foram encontrado em rochas do Arqueano, com cerca de 3,5 bilhões de anos.

O Arqueano durou aproximadamente 1,3 bilhões de anos ou 6h56min, até as 10h40min da manhã.

A Era Proterozóica foi a mais longa de todas, durando quase 2 bilhões de anos, até por volta das 21hmin hs na escala de 24 hs.

Agora já havia bastante terra firme para ser vista. Dois supercontinentes acabaram por ser formados ao longo do equador, em lados opostos do planeta, resultado das colisões entre as pequenas ilhas iniciadas no Arqueano e que prosseguiram durante todo o Proterozóico.

Uma vez que a Terra esfriou mais um pouco, existia uma menor quantidade de vulcões ativos e os núcleos dos dois continentes eram agora mais largos e bem mais estáveis.

A vida não mudou muito ao longo desses 2 bilhões de anos, sendo encontrada ainda exclusivamente no oceano, porém as criaturas unicelulares, aparentemente tinham um núcleo verdadeiro e, faltando apenas 30 milhões de anos para o fim do Proterozóico (às 20h51min) surgiram as primeiras criaturas multicelulares.

Tais criaturas ainda não possuíam partes duras, como conchas ou dentes, daí a dificuldades de serem encontrados seus fósseis.

Apesar da aparente calma, um grande desastre estava em andamento. Durante os últimos 2 bilhões de anos, as algas e bactérias que dominaram o oceano das 11h até às 21h, consumiram bastante dióxido de carbono, liberando no processo um terrível poluente: o oxigênio livre.

Boa parte desse oxigênio foi combinado com ferro e outros elementos, formando grandes depósitos minerais, não sem antes provocar um dos maiores desastres ecológicos que se tem notícia. A maioria das bactérias que dominaram o planeta até então eram anaeróbicas e, por não conseguir sobreviver nesse ambiente rico em oxigênio, foram dizimadas.

A Terra, no final do Proterozóico, estava muito fria e coberta por uma imensa camada de gelo, visível mesmo ao longo das regiões equatoriais.

A Era Proterozóica formou, junto com a Arquena e a Hadeana o chamado período Pré-Cambriano, que durou aproximadamente 4 bilhões de anos, quase 90% da História Geológica da Terra

A partir das 21h06min tudo começou a acontecer de forma muito rápida. Entrou-se na Era Paleozóica (paleo = antigo + zoico = vida), que se estendeu até as 22h28min e que, por ter sido tão rica em eventos, teve que ser dividida em 6 períodos bem distintos.

A atividade vulcânica, no Paleozóico, era bem mais amena, alternando-se períodos de calmaria com grandes explosões em todo o planeta.

Os primeiros peixes, esponjas, corais e moluscos surgiram ainda no período Cambriano, mas teve-se que esperar pelo menos 12 minutos (até o período Ordoviciano) para ver as primeiras plantas terrestres.

O clima mudava com tanta frequência que provocava sucessivas extinções em massa de espécies recém surgidas. Como agora as espécies passaram a apresentar partes duras (conchas, dentes etc.), algumas delas podiam ser preservadas como fósseis, possibilitando a sua descoberta e estudo.

Finalmente os continentes foram invadidos por insetos. Milhões e milhões de diferentes espécies de insetos, alguns dos quais sobreviveram até hoje.

No período Devoniano, por volta das 21h50min, ocorreu uma grande catástrofe ecológica que dizimou quase 97% de todas as espécies existentes. Passados mais 10 minutos, no período Carbonífero, grandes florestas e pântanos foram formados e destruídos sucessivamente, formando os depósitos de carvão explorados até hoje.

Às 22h41min entrou a Era Mesozóica (a era dos répteis) que durou pouco menos que uma hora (180 milhões de anos).

No início do Mesozóico assistiu-se à formação de um supercontinente, chamado hoje de Pangea, que foi depois dividido em dois grandes continentes que passaram a ser conhecidos como Laurásia, ao norte, e Gonduana, ao sul.



Viu-se, também, o surgimento de uma imensa variedade de dinossauros, herbívoros em sua maioria, que reinaram no planeta durante mais de 160 milhões de anos.

Por volta das 23h39min, porém, um meteoro de pelo menos 15km de diâmetro atingiu a atual península de Yukatan (México) jogando bilhões de toneladas de poeira na atmosfera. Uma grande noite se abateu sobre o planeta, impedindo a fotossíntese das plantas, que não puderam alimentar os herbívoros, que por sua vez não puderam servir de alimento aos carnívoros.

Pelo menos a metade das espécies existentes foi extinta nessa grande catástrofe, inclusive todos os grandes dinossauros, abrindo espaço para que os mamíferos iniciassem o seu reinado, que perdura até os dias atuais.



Faltando pouco mais que 20 minutos para o fim da viagem entrou-se na Era Cenozóica, e assistiu-se à fragmentação dos grandes continentes até a conformação atual.

A América do Sul separou-se da África, surgindo o Oceano Atlântico Sul; a Austrália separou-se da Antártica e a América do Norte separou-se da Europa. Grandes cadeias de montanhas foram formadas nessa deriva continental e novos ecossistemas foram formados e isolados dos demais, permitindo a especialização de algumas espécies.

Por volta das 23h59min57s (150.000 anos atrás), faltando apenas 3 segundos para o término desta viagem, viu-se os primeiros grupos de Homo sapiens caçando no continente africano. Essa nova espécie sobreviveu à última glaciação e migrou apressadamente para os demais continentes.

Dominou todas as outras espécies e começou a usar a escrita e, portanto, a fazer História, no último décimo do último segundo.

Quando é que surgiu o primeiro ser vivo?

Apesar dos fenômenos que levaram à formação da Terra terem o seu início há 4,6 milhões de anos, como já visto, a prova de vida mais antiga encontrada na natureza são fósseis de seres vivos semelhantes a organismos do reino protista, com cerca de 3,5 milhões de anos na África do Sul e Austrália. Apesar de, durante estes milhões de anos o nosso planeta ter sido um planeta morto, foram-se criando as condições para o aparecimento da vida.

Mas onde é que surgiu a vida?

Pensa-se que esse fenômeno terá tido origem no mar, sob condições completamente diferentes das que existem na atualidade. Experiências laboratorias têm tentado reconstituir o que terá se passado nos mares naquela altura. A atmosfera da Terra primitiva seria principalmente formada por hidrogênio, azoto e vapor de água. Estes gases, sujeitos à ação de várias fontes de energia, nomeadamente as elevadas temperaturas que se faziam sentir, teriam sido "cozidos", reagindo entre si, formando os primeiros compostos orgânicos, que eram moléculas muito simples. Os compostos formados na atmosfera primitiva transferiram-se depois para os oceanos, que ficaram carregados de substâncias minerais e orgânicas, transformando-se numa "sopa primitiva", muito nutritiva. Estas substâncias continuaram a reagir entre si, conduzindo à formação de substâncias mais complexas, incluindo aminoácidos, que são fundamentais à formação da vida. Estas moléculas constituíram, depois, unidades individualizadas do meio e com as condições ambientais apropriadas surgiram as primeiras células, ou seja, a Vida. Elas eram muito simples, semelhantes a bactérias. É claro que das substâncias orgânicas até ao aparecimento do primeiro organismo vivo, muitas reações químicas tiveram de ocorrer, mas elas ainda não estão completamente compreendidas.

Passados dois mil milhões de anos, a vida continuava a restringir-se aos oceanos e a organismos unicelulares, muito simples. A atmosfera que até então tinha a mesma constituição, começa agora a ter oxigênio.

Como é que o oxigênio se formou?

O oxigênio formou-se por atividade dos organismos vivos, mais precisamente através da fotossíntese realizada por algas microscópicas que flutuavam nos oceanos. No entanto, no início, o oxigênio era venenoso para os primeiros organismos e só muito mais tarde é que as formas de vida adquiriram as características dos organismos atuais.

Como é que eram os primeiros seres vivos?

Os primeiros seres vivos eram heterotróficos muito simples, que se alimentavam da matéria orgânica que existia nas águas. Depois disso apareceram os primeiros autotróficos, pois nos primeiros heterotróficos teria surgido a síntese da clorofila, substância que permitiu a esses seres utilizarem a energia luminosa e convertê-la em energia química, para manterem as suas atividades celulares. Estes seres, ao utilizarem a água para a fotossíntese, libertavam o oxigênio resultante para a atmosfera. Estava assim "inventada" a fotossíntese. Este processo evitava que os compostos orgânicos das águas se esgotassem, permitindo a evolução da vida para outros seres mais complexos.

Certos seres autotróficos e heterotróficos passaram, então, a utilizar o oxigênio nas suas reações vitais, como a respiração. À medida que o oxigênio foi se acumulando na atmosfera, ao reagir com as radiações solares, formou-se a camada de ozônio, que começou a reter os raios ultravioleta, permitindo que os organismos conquistassem o meio terrestre.

As grandes extinções

O mais conhecido dos cataclismos que causaram extinções em massa na Terra ocorreu há 65 milhões de anos e fez desaparecer os dinossauros. Mas a maior extinção terá sido a “Grande Extinção do Permiano”, que ocorreu há 250 milhões de anos, matando 90 por cento de todas as espécies marinhas e 70 por cento dos vertebrados terrestres.

O desencadear desta situação, segundo revelou uma equipe de cientistas norte americanos, deve-se ao impacto de um asteróide ou de um cometa na Terra, com um diâmetro entre 6 e 12 quilômetros, que foi seguido da maior atividade vulcânica que o planeta jamais conhecera, libertando-se grandes quantidades de energia. Além disso, verificaram-se alterações no teor de oxigênio dos oceanos, no nível destes e no clima em geral.

Para documentar estas conclusões, os investigadores basearam-se na análise de gases encontrados dentro de moléculas na camada geológica que marca a passagem do Cretássio para a o Terciário, na China, no Japão e na Hungria.

Estas complexas moléculas de carbono, chamadas futebolenos, foram deixadas na Terra em grande número pelo impacto, e têm a particularidade de encarcerar na sua estrutura circular, gases nobres, como o hélio e o argônio.

Os cientistas encontraram nas moléculas isótopos desses gases, que são raríssimos na Terra, e apenas se formam em ambientes de temperaturas e pressões extremamente altas, em estrelas de carbono, atribuindo-lhes, assim, uma origem espacial.

A cratera do impacto ainda não foi encontrada, o que deverá ser complicado, vendo-se que foram necessários 12 anos para detectar a cratera de Chicxulub, no Golfo do México, que possivlemente foi produzida na época da extinção dos dinossauros.

segunda-feira, 10 de agosto de 2009

Capítulo 13 [Fundamentos da Ecologia.]

- [ FUNDAMENTOS DA ECOLOGIA ].


[ O que é Ecologia? ]

Ecologia é um conceito que a maioria das pessoas já possui intuitivamente, ou seja, sabemos que nenhum organismo, sendo ele uma bactéria, um fungo, uma alga, uma árvore, um verme, um inseto, uma ave ou o próprio homem, pode existir autonomamente sem interagir com outros ou mesmo com ambiente físico no qual ele se encontra. Ao estudo dessas inter-relações entre organismos e o seu meio físico chama-se Ecologia.





Mas, para termos uma definição histórica: “Pela palavra ecologia, queremos designar o conjunto de conhecimentos relacionados com a economia da natureza - a investigação de todas as relações entre o animal e seu ambiente
orgânico e inorgânico, incluindo suas relações, amistosas ou não, com as plantas e animais que tenham com ele contato direto ou indireto, - numa palavra, ecologia é o estudo das complexas inter-relações, chamadas por Darwin de condições da luta pela vida”. Foi assim que Ernest Haeckel, em 1870, definiu ecologia.
Assim, como em qualquer outra área, em Ecologia são definidas unidades de estudo, as quais são fundamentais para melhor compreensão desta Ciência. Utilizando-se um modelo de níveis de organização, fica mais fácil de compreendermos as unidades de estudo da Ecologia.



[ B I O S F E R A ]


Biosfera é o conjunto de todos os ecossistemas da Terra. É um conceito da Ecologia, relacionado com os conceitos de litosfera, hidrosfera e atmosfera. Incluem-se na biosfera todos os organismos vivos que vivem no planeta, embora o conceito seja geralmente alargado para incluir também os seus habitats, passando a biosfera a ser tratada como o conjunto de todos os biociclos englobando assim toda a zona habitável de um planeta.




O termo "Biosfera" foi introduzido, em 1875, pelo geólogo austríaco Eduard Suess. Entre 1920 e 1930 começou-se a aplicar o termo biosfera para designar a parte do planeta ocupada pelos seres vivos. O conceito foi criado por analogia a outros conceitos empregues para nomear partes do planeta, como, por exemplo, litosfera, camada rochosa que constitui a crosta, e atmosfera, camada de ar que circunda a Terra. Biosfera é o conjunto de todas as partes do planeta Terra onde existe ou pode existir vida. A biosfera é um tanto irregular, devido à escassez, ou mesmo inexistência, de formas de vida em algumas áreas. Os seus limites vão dos fins das mais altas montanhas até às profundezas das fossas abissais marinhas. A vida na Terra terá surgido há cerca de 3800 milhões de anos.


[ Populações, comunidades e biótopos ]


População:

As populações de seres vivos são estudadas em particular em Biologia populacional e Genética de populações, ramos da Ecologia.
Uma espécie pode incluir uma ou mais populações separadas. Uma população pode consistir em apenas alguns indivíduos ou em milhões deles, desde que esses indivíduos de facto produzam descendência. Um grupo de indivíduos que não se pode reproduzir não constitui uma população. Assim, por exemplo, as últimas 10 andorinhas da subespécie Ammodramus maritimus nigrescens, nativa do Sul dos Estados Unidos, não constituíam uma verdadeira população, pois eram todas machos.




Embora os indivíduos de uma população possam estar limitados a se reproduzir entre si devido ao isolamento físico, biologicamente podem reproduzir-se com todos os outros membros da
espécie ou subespécie.
A densidade populacional corresponde ao número de indivíduos por unidade de área.
A capacidade máxima de uma área geográfica representa a população máxima que essa área pode suportar.


Comunidades:
O termo "comunidade" tem uma história de uso bastante flexível na literatura ecológica, quase sempre para fazer referência a um agrupamento de espécies que vivem temporariamente juntas. Dos três níveis tradicionais de estudo em ecologia (organismos individuais, populações de indivíduos, comunidades de espécies), a comunidade representa o mais arbitrário e abstrato de todos, pois, como nem todas as espécies que vivem juntas interagem de modo significativo, muitas vezes é difícil decidir quem participa ou não da comunidade. A rigor, na ausência de mudanças bruscas de hábitat, quando a paisagem natural tende então a diferir de modo mais evidente, a delimitação de comunidades é quase sempre uma decisão arbitrária, que varia de acordo com os interesses do observador.



Dificuldades metodológicas e operacionais, no entanto, não impedem que comunidades sejam um foco recorrente de estudos científicos. Antes de mais nada, o enfoque comunitário é necessário para investigar de modo apropriado uma série de fenômenos ecológicos emergentes (ciclagem de nutrientes, mimetismo, partilha de recursos, sucessão etc.), que não poderiam ser explicados ou reduzidos ao nível populacional - a exemplo, aliás, do que ocorre com atributos populacionais, que não podem simplesmente ser reduzidos ao nível individual.

Biótopos:

Em Ecologia, um biótopo ou ecótopo (do grego βιος - bios = vida + τόπoς = lugar, ou seja, lugar onde se encontra vida) é uma região que apresenta regularidade nas condições ambientais e nas populações animais e vegetais.[1] Corresponde à menor parcela de um habitat que é possível discernir geograficamente.

Para viver, a biocenose depende de fatores físicos e químicos do meio ambiente. No exemplo duma floresta, o biótopo é a área que contém um tipo de solo (com quantidades típicas de minerais e água) e é afetada por um determinado clima (umidade, temperatura, grau de luminosidade e outros fatores). Os fatores abióticos dum biótopo afetam diretamente a biocenose, e também são por ela influenciados. O desenvolvimento de uma floresta, por exemplo, modifica a umidade do ar e a temperatura de uma região.


[ Habitat e Nicho Ecológico ]


Quando estudamos as relações ecológicas entre as espécies biológicas, tanto plantas quanto animais, é comum, no entanto errado, confundir ou mesmo associar o Habitat de uma determinada espécie ao Nicho Ecológico que a mesma ocupa.

Portanto, o termo Habitat refere-se ao lugar que um organismo ocupa no ecossistema, e o nicho ecológico à descrição do seu modo de
vida.

Através de uma analogia simples temos:

O hábitat representa o endereço de um organismo no ecossistema;
E o nicho ecológico corresponde ao papel que o organismo desempenha dentro desse ecossistema.

Quando dizemos que o Tamanduá Bandeira (Myrmecophaga tridactyla) é um animal típico do cerrado, referimos ao seu habitat, porém quando dizemos que essa espécie é grande predador de formigas, referimos ao nicho ecológico desse animal.


[ O ambiente (hábitat) e o hábito alimentar (nicho ecológico), do tamanduá. ]



segunda-feira, 3 de agosto de 2009

Capítulo 11 [Origem das Espécies e dos Grandes Grupos de Seres Vivos.]

Capítulo 11
- Origem das Espécies e dos Grandes Grupos de Seres Vivos.

















Em 24 de novembro de 1859, o cientista inglês Charles Robert Darwin lançou o livro A Origem das Espécies, onde apresentava questões relacionadas à gênese, ao desenvolvimento da vida. Nele, rejeitou o princípio de fixidez das espécies, aderindo à noção de variação gradual dos seres vivos graças ao acúmulo de modificações pequenas, sucessivas e favoráveis e não por modificações extraordinárias, surgidas repentinamente.
Foi nessa obra que Darwin apresentou o núcleo de sua concepção evolutiva - a seleção natural ou a persistência do mais capaz. Além disso, fazia parte das idéias de Darwin, ainda que mal esboçada no Origem, a incorporação do ser humano no reino animal.
Tal foi o grande impacto de suas teorias em sua época que a primeira edição da Origem, com tiragem de mil duzentos e cinquenta exemplares, esgotou-se no primeiro dia. O Darwinismo apresentado por Charles Darwin e Wallace - naturalista inglês, evolucionista, geógrafo, antropólogo, crítico social e teorista, e que foi também co-inventor da teoria da Seleção Natural e a base do desenvolvimento da biogeografia - na sua obra “Origem das Espécies” propõe, baseados em Malthus, que as populações crescem mais rapidamente que as suas fontes de alimento, o que conduz a uma luta pela existência na qual cada indivíduo fará uso das diferenças individuais herdadas dos seus ancestrais; os mais aptos sobrevivem num processo de seleção natural e, como meios diferentes selecionarão indivíduos diferentes, isto originará novas espécies.
As idéias de Darwin logo encontraram fortes oponentes, desde muitos cientistas - que viam na teoria a incapacidade para explicar a origem das variações entre espécies e indivíduos de uma espécie - até líderes religiosos, pois as idéias de Darwin iam contra quaisquer concepções da origem da vida segundo os preceitos teológicos vigentes.

O problema da não aceitação da teoria darwiniana por parte de cientistas obrigou Darwin a utilizar-se das idéias de Lamarck quanto à adaptação ao meio. Sua teoria, no entanto, passaria a ser aceita pelo meio científico apenas no século XX, depois das descobertas de Mendel acerca da transmissão hereditária de caracteres. Somente em 1997 a teoria recebeu anuência do representante máximo da Igreja Católica, o Papa João Paulo II. A teoria de Darwin revolucionou definitivamente o modo como o mundo científico e o homem de maneira geral compreendem a existência da vida no planeta.

11.1 Os Conceitos de Anagênese e Cladoganese













O processo evolutivo envolve dois mecanismos de especiação: a anagênese e a cladogênese.

Anagênese (ana = para cima; gênesis = origem): representa a progressiva evolução de caracteres que surgem ou se modificam, alterando a freqüência genética de uma população. Portanto, uma inovação orgânica, favorável ou desfavorável, selecionada e adaptada ao ambiente. Geralmente se estabelecem por eventos relacionados à mutação e permutação em cromossomos homólogos.

Cladogênese (clado = ramo): compreende a ramificação filogenética, ocasionando a ruptura na coesão de uma população, que em função de contínuas transformações anatômicas e funcionais, em resposta às condições ambientais, resultam na dicotomia (separação, neste caso em grupos) da população, estabelecendo diferenças capazes de originar clados não compatíveis.




11.2 Gradualismo e Equilíbrio Pontuado












A escala geológica e as teorias segundo a especiação das espécies.

Durante o processo de evolução das espécies, correntes de pensamentos divergentes propuseram teorias para explicar a formação e perpetuação de novas espécies, através de mecanismos de especiação.

Por volta de 1859 a 1972, vigorava a teoria do Gradualismo, proposta por Charles Darwin, defendendo o acúmulo de pequenas modificações ao longo de várias gerações, portanto um evento lento, condicionado pela transferência hereditária de mudanças no comportamento morfológico e fisiológico do indivíduo.

Contrária a essa corrente, surgiu uma teoria científica formulada após 1972, pelos paleontólogos evolucionistas Stephen Jay Gould e Niles Eldredge, denominada de equilíbrio pontuado (saltacionismo, pontualismo ou teoria dos equilíbrios intermitentes). Segundo essa linha de pensamento, a evolução de uma espécie não ocorre de forma constante, mas alternada em períodos de escassas mudanças, com súbitos saltos que caracterizam alterações estruturais ou orgânicas adaptadas e selecionadas.

Este entendimento, para compreensão da especiação, fundamentou-se em questionamentos acerca da descontinuidade do registro fóssil, conseqüência da não constatação de indícios com relação às mudanças graduais.

Contudo, a verificação intermitente (de tempo em tempo) de espécies fósseis, contidas em extratos sedimentares formados ao longo da escala geológica, demonstrava um contexto evolutivo em que as especiações provavelmente ocorressem em períodos pontuais, ou seja, bem curtos, pelos quais os organismos passavam por mudanças, estabilizados em momento subseqüente (em saltos).

No entanto, várias contestações surgiram, partidas da tendência tradicional Darwinista, visto que o registro fossilífero é impreciso e falho (incompleto).



11.3 O conceito de Espécie Biológica


- Species = tipo.
- Espécies representam a unidade básica da sistemática, evolução, genética e outras áreas da biologia.
- Espécies são categorias da folk biology.
- Ao procurarmos definir “espécie”, devemos ter em mente que:
a) Definições são convenções. Portanto, não podem ser caracterizadas nem como falsas, nem verdadeiras;
b) No entanto, definições podem ser mais ou menos úteis e podem ser mais ou menos bem sucedidas em caracterizar um conceito ou um objeto de discussão.
Existe uma concordância entre os biólogos de que espécies são as unidades individuais da diversidade e que podem ser identificadas. O problema surge quando se tenta definir essas unidades.
1. O conceito tipológico (Linneus). Baseado na filosofia grega do eidos. (Para Platão: a natureza genuína e imutável de alguma coisa). Indivíduos são da mesma espécie se eles conformam-se a um tipo que tem propriedades essenciais fixadas.
Problemas: existência de variações entre organismos [dimorfismo sexual, formas sexuadas e assexuadas, existência de estágios de desenvolvimento (ovo, larva, pupa, adulto; gametófito e esporófito), polimorfimos em cada estágio], torna impossível identificar uma “essência” da espécie. Além disso, essências são imutáveis.
2. O Nominalismo de Darwin: Espécies são construtos da mente humana impostos sobre um continuum de variações.
3. E. Mayr (1942) documentou que:
a) Muitas características variam entre os membros de uma população de indivíduos que cruzam entre si. Algumas vezes essas variações são contínuas, outras vezes são discretas (Figura 1).
b) Populações em localizações geográficas diferentes normalmente diferem em um ou mais caracteres. Muito freqüentemente, existem formas intermediárias onde essas populações se encontram.
c) Às vezes, o que parece ser uma única espécie pode incluir duas ou mais populações que ocupam uma mesma área, mas que não cruzam entre si (Ex. Figura 2. Espécies crípticas)







Figura1. Variação Polimórfica. As duas formas são encontradas na mesma ninhada.



Figura 2. Sibling Species. Cethia brachydactyla e C. familiares são morfologicamente idênticos.





- Isso levou à aceitação geral do CONCEITO BIOLÓGICO DE ESPÉCIE (CBE): “Espécies são grupos de populações real- ou potencialmente intercruzantes que estão isoladas reprodutivamente de outros grupos”. (Dobzhansky, 1937; Muller, 1942 e Mayr, 1942)
- Discussões Sobre o CBE:
1. Domínio restrito de aplicação [a) organismos assexuados?, b) antepassados de formas atuais devem ter o mesmo nome?]
2. A definição é posta em termos de população, não de organismos individuais. Dois indivíduos podem ser incapazes de intercruzamento (dois machos, Cão Dinamarquês e Chihuahua) e, mesmo assim, serem membros de uma mesma comunidade reprodutiva ou gene pool.
3. O critério é intercruzamento ou, mais exatamente, troca genética, entre populações na natureza, não fertilidade ou esterilidade. No entanto, muitos cruzamentos podem produzir prole estéril (Ex.: mula). Ainda, existem muitos exemplos de cruzamentos entre espécies diferentes que produzem descendentes férteis (Figura 3).






Figura 3. Apesar das diferenças conspícuas, essas duas espécies podem gerar híbridos férteis.




Tabela 1. Uma Plétora de Conceitos de Espécie
Conceito
§ Definição

Biológico
§ Uma espécie é um grupo de indivíduos completamente férteis entre si, mas isolados reprodutivamente de outros grupos semelhantes por suas propriedades fisiológicas (produzindo qualquer incompatibilidade de pais, ou esterilidade dos híbridos, ou ambos). (Dobzhansky, 1935).
§ Espécies são grupos de populações real- ou potencialmente intercruzantes que estão isolados reprodutivamente de outros grupos. (Mayr, 1942).

Evolutivo
§ Uma espécie é uma linhagem (uma seqüência ancestral-descendente) de populações ou organismos que mantêm identidade em relação a outras linhagens e que possui suas próprias tendências evolutivas e destino histórico (Wiley, 1978).
Filogenético
§ Uma espécie é um grupo simples de organismos que é diagnosticamente distinto de outros grupos, e dentro do qual existe um padrão parental de ancestralidade e descendência (Cracaft, 1989)
§ Uma espécie é o menor grupo monofilético de um ancestral comum (de Queiroz & Donoghue, 1990)
Identificação
§ Uma espécie é uma população de organismos que compartilham um sistema de fertilização comum (Paterson, 1985).
Conceito
Ecológico
§ Uma espécie é uma linhagem (ou intimamente relacionado conjunto de linhagens) que ocupam uma zona adaptativa minimamente diferente de outras linhagens e que evolui separadamente de todas as outras linhagens (Van Valen, 1976).
Conceito
Internodal
§ Organismos individuais são da mesma espécie em virtude da pertença comum a uma parte da rede genealógica entre dois eventos permanentes ou entre uma divisão permanente e um evento de extinção (Kornet, 1993).

- Nominalismo X Realismo
- Conceito Pluralista de Espécie

Não há razão para supor que a evolução forneceu qualquer classificação objetiva e exclusivamente privilegiada do mundo biológico.