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Atualmente, o Neodarwinismo é a teoria explicativa mais aceite pela comunidade científica para compreender o processo evolutivo da origem e evolução das espécies biológicas. Esta adiciona os conceitos de mutação e recombinação génica aos já introduzidos por Darwin em 1859. Estes fenómenos são responsáveis pela origem de variabilidade intraespecífica numa determinada população. Caso se dê alguma alteração no ambiente sobreviverão, por seleção natural, os indivíduos com os genes mais favoráveis à referida alteração. De seguida, por reprodução diferencial, os indivíduos com estes genes, mais aptos, reproduzem-se de forma mais significativa do que os restantes, pelo que se observa uma mudança no fundo genético desta população.

Figura1a

Fig. 1. Charles Darwin, publica a “Origem das Espécies”, 1859.

Se por um lado, a evolução das espécies é-nos explicada à luz desta teoria, por outro lado é impossível ignorar que quase todos os seres vivos apresentam associações simbióticas (simbiose, pode ser definida como a vida conjunta de organismos diferentes, De Bary, 1878).

Figura2

Fig. 2. Constantin Merezhkowsky, introduz o conceito de Simbiogénese, 1909.

A importância dos processos simbióticos na origem e evolução das espécies foi referenciada por vários autores, entre os quais Constatin Merezhkowsky, que em 1909, introduziu o conceito de simbiogénese como “a origem dos organismos através da combinação ou associação de dois ou mais seres vivos que entram em simbiose“.

Este mecanismo evolutivo tem sido negligenciado pela abordagem neodarwinista mas, no entanto, devido à sua importância, pode implicar uma nova interpretação do processo evolutivo, uma vez que a simbiose contribui para a introdução de inovação, aparecimento de novas valências e diversidade nos seres vivos. A simbiogénese como mecanismo evolutivo e integrada na teoria simbiogénica da evolução explica o desenvolvimento, a organização e a evolução do mundo biológico usando os princípios darwinistas mas não se limitando apenas a estes para explicar este processo. Um dos aspetos mais importantes é o facto de que muitas associações simbióticas produzirem substâncias e estruturas que nenhum dos indivíduos que constituem o consórcio geram individualmente. Assim, a nova entidade ou superorganismo é poligenómico, em que os genes agem de forma coletiva e complementar em prol de um objetivo comum. A seleção natural irá então atuar nesta nova entidade como um todo e não de forma individual nos seus diferentes constituintes como dita o pensamento tradicional.

Projeto “Cooperar para Evoluir”

No âmbito dos concursos “FCT Nova Challenge 2017” e “Jovens Talentos, Almada, cidade Educadora, 2017”, a equipa Biofurther, composta pelos alunos de Biologia do 12º ano da Escola Secundária Daniel Sampaio, Ana Brito, Daniel Pereira, Filipe Lima, Lara Gonçalves e Sandra Afonso e coordenada pela professora Telma Rodrigues, realizou um projeto com a finalidade de divulgar a simbiogénese no contexto da evolução biológica.

Figura3

Fig. 3. Equipa Biofurther.

 

fig.4 fig.5

Fig. 4. e 5. Equipa Biofurther no campo, na recolha do material biológico e a trabalhar no laboratório.

Assim, com o objetivo de melhor compreender as relações, processos e alterações que se estabelecem em casos de simbiose e a sua relevância para a especiação e evolução da vida, estudámos três associações simbióticas:

  • Líquenes (Parmelia sp) – Os líquenes resultam da associação de um fungo e uma alga. O fungo forma uma superfície externa, que mantêm o interior húmido, tornando o ambiente mais estável e seguro para a alga. A alga produz hidratos de carbono através da fotossíntese que servem de alimento ao fungo. Por vezes a alga pode ser substituída por cianobactérias e estudos recentes indicam a presença de um terceiro organismo, as leveduras.
fig6 fig7

Fig. 6. Líquenes                                                 Fig.7 Secção de um línquen observada ao microscópio

  • Feto aquático (Azolla filiculoides) – No lobo dorsal das folhas de Azolla filiculoides existe uma cavidade extracelular, onde se encontram cianobactérias filamentosas Anabaena azollae. Estas últimas apresentam heterocistos, células com capacidade de fixar azoto atmosférico e convertê-lo em amónia, que é utilizado pela Azolla na síntese de aminoácidos.
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   Fig. 8. Azolla filiculoides                                                     Fig. 9. Cianobactérias Anabaena azollae                                                                                                               observadas ao  microscópio ótico.

  • Térmitas (Reticulitermes sp) – As térmitas são insetos que se alimentam exclusivamente de celulose. Estes organismos vivem em simbiose com protozoários que degradam a celulose permitindo que as térmitas absorvam os nutrientes necessários. Os protozoários, por sua vez, recebem um microambiente com proteção e alimento garantidos.
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Fig. 10. Térmitas Reticulitermes sp.            Fig. 11. Protozoários flagelados do intestino da térmita                                          observados ao microscópio ótico.

Para além dos endossimbiontes referidos, Azolla e as térmitas também possuem bactérias, mas não foi possível observá-las ao microscópio ótico.

Mais importante do que realçar a existência de benefício mútuo como denominador comum do processo simbiótico, este deve ser visto como um todo e como resultante final da interação dos constituintes do fenómeno simbiótico, isto é, como um superorganismo. Novas capacidades metabólicas e orgânicas são adquiridas e desenvolvidas pelos parceiros, que estabelecem um novo nível de organização que vai para além das capacidades individuais de qualquer um deles.

Após este trabalho experimental foram desenvolvidos protocolos experimentais para a observação destas associações simbióticas, que foram partilhados com os professores do Agrupamento e internacionalmente com as escolas parceiras através do projeto Erasmus+ KA2 SMiLES – “Effective Methods for Strengthening the Learning Process in Teaching Science” atualmente a decorrer na nossa escola. Estes protocolos foram ainda aplicados numa aula de 12ºano e demonstrados no dia Aberto da escola à restante comunidade escolar.

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Fig. 12. Aula a uma turma de 12ºano      Fig.13. Dia Aberto da Escola Secundária Daniel Sampaio.

Com o intuito de melhor percebermos a simbiogénese e de partilharmos esse conhecimento com os nossos colegas, convidámos o Prof. Dr. Francisco Carrapiço (FCUL/DBV/CE3C) para proferir uma palestra sobre este tema na nossa escola.

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Fig. 14. Palestra com o Prof. Dr. Francisco Carrapiço (FCUL/DBV/CE3C)

Relativamente ao ensino da biologia, a simbiogénese não faz parte do currículo e é omitida no estudo da evolução, sendo as ideias que lhe estão subjacentes apenas abordadas na teoria endossimbiótica sequencial (Sagan, 1967). Assim, pela simplicidade e facilidade de replicação dos nossos protocolos experimentais por outras escolas, bem como a fácil aquisição do material biológico utilizado, uma vez que foi recolhido na Mata dos Medos na Costa da Caparica (zona envolvente da escola), Parque da Paz em Almada e Jardim Botânico da Universidade da Lisboa, a implementação desta temática no ensino da biologia é certamente possível e contribui para alargar os nossos horizontes sobre a origem e evolução das espécies.

Conclusão

Após o estudo destas associações simbióticas, onde encontrámos representantes dos cinco reinos de Whittaker (1979) e de acordo com a bibliografia consultada, verificámos que as relações simbióticas não são exceções, mas sim regra no mundo natural. O próprio Homem é exemplo disso, possuindo no trato intestinal uma importante comunidade microbiótica.

Figura15

Fig. 15. Representação das bactérias no trato intestinal humano

Julgamos assim que a teoria simbiogénica da evolução deve ser considerada tão importante para interpretação do processo evolutivo como o neodarwinismo, possibilitando mesmo a compreensão de alguns aspetos pouco explicados à luz desta última teoria, como a transferência lateral de genes, o papel dos microrganismos no processo evolutivo e o facto da evolução ocorrer por vezes de forma brusca e não gradual. Estes conceitos podem ser transpostos para o plano social na medida em que devemos reforçar a componente cooperativa, sendo esta ideia a verdadeira base do conceito do mais apto.

Equipa Biofurther: Ana Brito, Daniel Pereira, Filipe Lima, Lara Gonçalves, Sandra Afonso e Telma Rodrigues

Um agradecimento especial ao Professor Doutor Francisco Carrapiço pela colaboração e revisão científica do artigo.

Protocolos experimentais desenvolvidos (descarregar pdf.)

Referências bibliográficas:

  • Carrapiço, F. (2010). How simbiogenic is evolution?. Theory Biosci. 129:135–139. Acedido em 23 de abril, 2017. DOI 10.1007/s12064-010-0100-1
  • Carrapiço, F. (2015). Beyond neo-Darwinism. Building a Symbiogenic Theory of Evolution.  Kairos. Revista de Filosofia & Ciência 12: 47-53. Acedido em 23 de abril, 2017. Disponível em: http://azolla.fc.ul.pt/publicacoes.html
  • Carrapiço, F. (2015). Can We Understand Evolution Without Symbiogenesis?. Reticulate Evolution, Interdisciplinary Evolution Research 3. Acedido em 23 de abril, 2017. DOI 10.1007/978-3-319-16345-1_3
  • Carrapiço, F. & Rita, O. (2009). “Simbiogénese e Evolução”. In “Evolução. Conceitos e Debates”, Levy, A., Carrapiço, F., Abreu, H. & Pina, M. (eds). Esfera do Caos, Lisboa, pp.175-198.
  • De Bary A (1878) Ueber symbiose—Tageblatt 51 Versamml. Deutscher Naturforscher u. Aerzte, Cassel, pp 121–126
  • Duarte, S., Duarte, M., Borges, P.A.V. & Nunes, L. (2017) Dietary-driven variation effects on the symbiotic flagellate protist communities of the subterranean termite Reticulitermes grassei Clément. Journal of Applied Entomology, 141, 300-307. DOI:10.1111/jen.12331
  • Duarte, S., L. Nunes, P.A.V. Borges, C.G. Fossdal & T. Nobre 2017. Living inside termites: an overview of symbiotic interactions, with emphasis on flagellate protists. Arquipelago. Life and Marine Sciences 34: 21-42. (in press)
  • Merezhkowsky C (1909) The theory of two plasms as foundation of symbiogenesis. A new doctrine on the origins of organisms. Proceedings of studies of the Imperial Kazan University, vol 12. pp 1–102
  • Rita, O. M. C. F. (2006).  Contribuição para o Ensino da Simbiómica na Escola. Tese de Mestrado em Ciências da Terra e da Vida para o Ensino. Faculdade de Ciências – Universidade de Lisboa.
  • Sagan L (1967) On the origin of mitosing cells. J Theor Biol 14:225–274
  • Whittaker, R.H. (1969). New Concepts of Kingdoms of Organisms. Science 163 (3863): 150-160

Referências das imagens:

Figura 1:

Figura 2:

Figura 6:

Figura 10:

Figura 15:

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BRYSON, Bill, Breve História de Quase Tudo,  Bertrand Editora, 2009

Bill Bryson é um escritor americano de renome que, basicamente, escreveu livros sobre as suas viagens como The Lost Continent e Notes of a Small Island. Para grande surpresa, Bryson levou a cabo uma intensa pesquisa científica de vários anos, consultando centenas de obras, resultando num livro com um título nada modesto, Breve História de Quase Tudo (uma espécie de “viagem” pelo mundo da ciência!).

Esta obra toca todas as áreas da ciência ao longo de mais de quinhentas páginas e nada mais óbvio do que começar com o ínicio do universo, há cerca de 13,7 mil milhões de anos, salientando não só a insignificância que representamos em comparação com o resto do universo (uma das grandes capacidades literárias de Bryson são as suas admiráveis analogias – parafraseando Bryson: se imaginássemos a Terra do tamanho de uma ervilha, Júpiter estaria a 300 metros de distância, Plutão ficaria a cerca de 2,5 quilómetros de distância, e a Próxima de Centauro, a estrela mais próxima da Terra, estaria a 16 mil quilómetros), como também o privilégio que o nosso planeta possui por ter vida, tendo em conta as infinitas condições para que tal possa acontecer (por exemplo, para que o universo existisse como tal, possibilitando a existência de vida, é necessário que sete milésimos da massa do hidrogénio seja convertido em energia para a formação de hélio, porém se esse valor fosse ligeiramente superior, todo o universo era constituído somente de hidrogénio).

sistema solar - dimensões comparativas

Mas a obra de Bryson não se restringe à história do universo, este é  somente o início de um  guia de descobertas científicas. Posteriormente, ele explora os mais variados campos da ciência, desde a física quântica até à biologia, passando pela origem da vida e o consequente processo evolutivo até ao Homo sapiens (referindo a teoria de Darwin, e a importância do ADN e cromossomas), e  a geologia, nomeadamente a possibilidade de extinção de dinossauros causada por um meteorito e a possibilidade de se detectar esses corpos celestes antes de chocarem na superfície terrestre (apresentando as características da estrutura interna da Terra).

Bill Bryson

Embora esta obra de Bryson possua um carácter bastante superficial (como não podia deixar de ser, tendo em conta o seu  título), assim como um registo um pouco apressado e por vezes até confuso, pois a sequência de informação ao longo da obra não apresenta uma ordem específica, é de elogiar a maneira como explica cada área das ciências. Isto porque uma das características da sua escrita é o humor que percorre toda a obra. Ao ler o livro, é possível começarmos a rir perante determinados exemplos dados pelo autor, ou pelo modo como descreve a vida dos cientistas que fizeram grandes descobertas (especialmente as suas atitudes excêntricas). Este elemento, juntamente com um pouco de teoria, de prática, de números e factos, leva o leitor a querer sempre saber mais, cativando-o até à última página. Recomenda-se uma atenção especial ao epílogo de Bryson, que está genial, pois leva-nos a reflectir sobre as  eventuais consequências da explosiva evolução científica que hoje presenciamos.

Em suma, ao acabar de ler o livro, fica-se com a ideia de que na verdade não sabemos mesmo quase nada, ao contrário da primeira impressão que nos é sugerida pelo título. Como disse Sócrates, “só sei que nada sei”.

 Filipe Hanson, 11ºB

Nota do editor: 3º texto mais votado pelos alunos no concurso de artigos críticos sobre obras de divulgação científica

imagens: daqui  e daqui

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