Os primeiros seres vivos: as bactérias

Esquema de célula procariótica vista em corte, com base em observações ao microscópio eletrônico. No citoplasma existem vários ribossomos, que também ocorrem nas células eucarióticas e estão relacionados com a síntese de proteínas; eles não são estruturas delimitadas por membranas. (Cores-fantasia.)
Esquema de célula procariótica vista em corte, com base em observações ao microscópio eletrônico. No citoplasma existem vários ribossomos, que também ocorrem nas células eucarióticas e estão relacionados com a síntese de proteínas; eles não são estruturas delimitadas por membranas. (Cores-fantasia.)

Acredita-se que os primeiros seres vivos eram unicelulares, ou seja, apresentavam o corpo formado por uma única célula. Essa célula seria estrutural e funcionalmente muito simples, formada por membrana plasmática delimitando o citoplasma, no qual estava presente uma molécula de ácido nucleico, em uma região denominada nucleoide.

Células assim organizadas são denominadas células procarióticas e os organismos que as apresentam são denominados procariontes ou procariotos. Como regra geral, as células procarióticas apresentam parede celular, que é uma estrutura externa à membrana plasmática.

Atualmente, os organismos procariontes existentes são as bactérias e as cianobactérias (algas azuis e cianofíceas).

O surgimento das células mais complexas: as eucarióticas

A partir dos procariontes anaeróbios ancestrais, teriam derivado também os organismos com estrutura celular mais complexa: os eucariontes ou eucariotos. Estes apresentam células chamadas eucarióticas, formadas por membrana plasmática, citoplasma e núcleo.

O surgimento da célula eucariótica deve ter ocorrido há cerca de 1,7 bilhão de anos. Atualmente, a maior parte dos seres vivos é eucarionte, sejam unicelulares, como as amebas, ou multicelulares, como as plantas e os animais.

As primeiras células eucarióticas teriam surgido a partir das células procarióticas, que passaram a desenvolver dobramentos da membrana plasmática, tornando-se ainda maiores e mais complexas. Esses dobramentos teriam dado origem a organelas citoplasmáticas e à carioteca, estrutura membranosa que delimita o núcleo, onde se concentra o material genético da célula.

Dentre as organelas membranosas, apenas as mitocôndrias e os cloroplastos parecem ter tido origem diferente. As mitocôndrias são responsáveis pela respiração celular, ocorrendo em praticamente todos os eucariontes. Os cloroplastos são responsáveis pela fotossíntese, estando presentes apenas nos seres fotossintetizantes, como as plantas.

Supõe-se que os primeiros eucariontes eram anaeróbios e que tinham por hábito englobar bactérias como alimento. Em algum momento da evolução desses organismos, algumas dessas bactérias, que já tinham a capacidade de realizar a respiração, foram mantidas no citoplasma dos eucariontes, uma vez que realizavam para eles a respiração.

A respiração é um processo de liberação de energia dos alimentos muito mais eficiente que a fermentação. Para a bactéria, essa condição também era vantajosa, pois recebia proteção e nutrientes dos eucariontes Essa relação simbiótica com benefícios para ambos os indivíduos (mutualismo) teria se perpetuado, e essas bactérias teriam dado origem às atuais mitocôndrias.

Algum tempo depois de estabelecida essa relação simbiótica, alguns eucariontes iniciaram outra relação simbiótica, desta vez com cianobactérias. Estas realizavam a fotossíntese para o eucarionte e dele recebiam proteção e matéria-prima. Essa relação mostrou-se tão vantajosa que se perpetuou, e essas cianobactérias teriam dado origem aos atuais cloroplastos.

Esquema da sucessão de eventos que podem ter ocorrido na evolução da célula eucariótica a partir da célula procariótica. (Células vistas em corte e elementos representados fora da proporção. Cores-fantasia.)
Esquema da sucessão de eventos que podem ter ocorrido na evolução da célula eucariótica a partir da célula procariótica. (Células vistas em corte e elementos representados fora da proporção. Cores-fantasia.)

Existem fortes evidências a favor da hipótese. A mais importante delas refere-se ao fato de que os atuais cloroplastos e mitocôndrias são as únicas organelas citoplasmáticas que possuem seu próprio ácido nucleico, sendo capazes de se dividir independentemente da divisão da célula. Além disso, esse material genético comanda uma série de reações dentro dessas organelas, independentemente do comando do material genético da célula.

O surgimento da célula eucariótica foi um passo importante para a multicelularidade. Assim que esse tipo de célula surgiu, pouco tempo depois surgiram os seres multicelulares.

O esquema abaixo representa de forma simplificada um calendário do tempo biológico em que cada dia representa 150 milhões de anos. Ele deixa claro que o surgimento da multicelularidade é um evento recente, quando se pensa em tempo evolutivo, e que o surgimento da especie humana é mais recente ainda.

Esquema de forma simplificada do tempo biológico.
Esquema de forma simplificada do tempo biológico.

O tempo geológico

A diversidade atual dos seres vivos é muito grande, mas nem sempre foi igual á que temos hoje. Em épocas passadas, havia muitos seres diferentes dos de hoje, como é o caso dos dinossauros, extintos há cerca de 65 milhões de anos.

Com base em registros que os seres vivos deixaram principalmente nas rochas (fósseis) e em estudos das mudanças nas condições ambientais pelas quais o nosso planeta passou até os dias de hoje, os cientistas dividem o tempo geológica em eras, as quais são subdividas em períodos, que são formados por épocas.

Era Período Início Principais modificações físicas na Terra Alguns eventos na história da vida
Cenozoica Quartenário 1,64 milhão de anos Clima frio e seco Evolução do ser humano
Glaciações repetidas Extinção de grandes mamíferos
Terciário 65 milhões de anos Continentes em posições semelhantes às atuais Radiação das aves e mamíferos, plantas superiores e insetos
Clima ameno
Mesozoica Cretáceo 146 milhões de anos Continentes do norte ligados Radiação dos dinossauros
Começa a deriva de Gonduana Diversificação dos mamíferos e plantas superiores
Meteorito cai na península de Yucatán Extinção em massa ao final do período (cerca de 76% das especies desaparecem)
Jurássico 210 milhões de anos Dois grandes continentes se formam: Laurásia (norte) e Gonduana (sul) Diversificação dos dinossauros
Clima aquecido Primeiras aves
Duas extinções menores
Triássico 248 milhões de anos Pangeia lentamente começa a se mover Dinossauros primitivos
Clima quente e úmido Primeiros mamíferos
Diversificação dos invertebrados marinhos
Extinção em massa ao final do período (cerca de 65% das especies desaparecem)
Paleozoica Permiano 290 milhões de anos Continentes agregados na Pangeia Radiação dos répteis
Grandes formações glaciares Declíneo dos anfíbios
Clima seco no interior da Pangeia Extinção em massa ao final do período (cerca de 96% das especies desaparecem)
Carbonífero 363 milhões de anos Clima ameno Florestas de samambaias
Gradientes climáticos latitudinais Primeiros répteis
Radiação dos insetos
Plantas com flores primitivas
Devoniano 409 milhões de anos Colisão dos continentes no final do período Diversificação dos peixes
Provável colisão com asteroide Primeiros insetos e anfíbios
Extinção em massa ao final do período (cerca de 75% das especies desaparecem)
Siluriano 439 milhões de anos Nível dos mares sobe Diversificação dos peixes mandibulados
Dois grandes continentes são formados Surgimento dos primeiros peixes ósseos
Clima quente e úmido Plantas e animais colonizam o ambiente marinho
Ordoviciano 510 milhões de anos Glaciações em massa Extinção em massa ao final do período (cerca de 75% das especies desaparecem)
Nível do mar baixa 50 m
Cambriano 570 milhões de anos Nível de oxigênio se aproxima do atual Surge a maioria dos filos animais e diversos grupos de algas
Pré-cambriana 600 milhões de anos Nível de oxigênio é cerca de 5% do atual Fauna abundante
2,5 bilhões de anos Nível de oxigênio é cerca de 1% do atual Evolução dos eucariontes
Surgem vários filos animais
3,8 bilhões de anos Atmosfera primitiva Origem da vida
Surgimento e evolução dos procariontes

Essas mudanças na composição da fauna e da flora de nosso planeta ao longo do tempo foram acompanhadas também por profundas mudanças climáticas e por alterações na crosta terrestre. A Terra foi e ainda é um planeta em transformação.

Desde a origem do nosso planeta, há cerca de 4,5 bilhões de anos, a superfície terrestre tem sofrido modificações. Grandes massas de terra, chamadas placas tectônicas, movimentam-se formando novos continentes, montanhas e lagos. Essa movimentação geralmente é gradual, mas movimentos bruscos ocorrem, provocando terremotos, maremotos e erupções vulcânicas. Atualmente, os continentes ainda se movem, mas a um taxa de apenas alguns centímetros por ano.

Esquema da teoria das placas tectônicas. Cerca de 200 a 250 milhões de anos atrás todas as massas da Terra estavam unidas em um supercontinente: a Pangeia. Há cerca de 180 milhões de anos a Pangeia começou a se separar formando a Laurásia e a Gonduana, que depois se separaram, dando origem aos continentes atuais. Os continentes continuam se movimentando em função das placas tectônicas.
Esquema da teoria das placas tectônicas. Cerca de 200 a 250 milhões de anos atrás todas as massas da Terra estavam unidas em um supercontinente: a Pangeia. Há cerca de 180 milhões de anos a Pangeia começou a se separar formando a Laurásia e a Gonduana, que depois se separaram, dando origem aos continentes atuais. Os continentes continuam se movimentando em função das placas tectônicas.

No início do Triássico havia apenas um supercontinente: a Pangeia (=Terra toda). No final do Triássico, a Pangeia começou a se separar em dois continentes: Laurásia, ao norte, e Gonduana, ao sul, separados um do outro pelo mar de Tétis, do qual o atual Mediterrâneo foi o que restou.

No final do Jurássico, a Laurásia já aparece dividida em dois continentes: América do Norte e Europa-Ásia. Gonduana, mais afastada para o sul, dá origem à América do Sul, África, Índia, Antártica e Austrália. Atualmente, a Índia encontra-se unida à Ásia; dessa união surgiram as montanhas do Himalaia.

A teoria das placas tectônicas é sustentada por uma série de fatores, dentre eles o aparente ajuste entre as formas dos contornos dos continentes, especialmente América do Sul e África. Essa teoria explica muitas das distribuições de plantas e de animais em continentes distintos, como é o caso da grande semelhança entre os fósseis de animais encontrados na África e na América do Sul e ainda o de várias semelhanças de fauna e flora atuais em ambos os continentes.

A atual distribuição geográfica das aves que não voam, chamadas ratitas, também tem sido explicada por essa teoria. Observe o mapa da distribuição atual desses organismos:

Localização aproximada das aves ratitas.
Localização aproximada das aves ratitas.

Uma das hipóteses para explicar essa distribuição propõe que essas especies descendem de um ancestral comum que vivia em todo o hemisfério Sul quando África, Austrália, Madagáscar, Nova Guiné, Nova Zelândia e América do Sul estavam unidas. Com a movimentação das placas tectônicas, houve a separação dessas massas de terra, fragmentando as populações de aves ratitas que as habitavam. Agora separadas, eles evoluíram de forma independente em cada local, dando origem às atuais aves ratitas.

Além desses casos, existem outros exemplos de organismos que se assemelham e ocupam distintos da Terra. Acredita-se que são casos de especiação relacionados à separação dos continentes devido à movimentação lenta e contínua das placas tectônicas.

A canela-de-ema, encontrada nos campos rupestres do Brasil (região de Minas Gerais), é uma planta que cresce no alto dos chapadões e demora cerca de 500 anos para atingir 2 metros de altura; especies semelhantes são encontradas na África e na península Arábica. Os marsupiais da América do Sul (gambás) e da Austrália (cangurus e coalas) provavelmente se diferenciam a partir da separação do grande continente Gonduana.

A biosfera

Os seres vivos que existem hoje em nosso planeta encontram-se distribuídos ocupando o ambiente aquático, o ambiente terrestre e também o ar. Toda a porção da Terra que contém vida recebe o nome de biosfera.

Esse termo foi criado por semelhança aos utilizados para designar camadas ou esferas relacionadas aos componentes abióticos (a = prefixo de negação, bio = vida; isto é, sem vida) da Terra, que são:

  • hidrosfera (hidro = água): camada ou esfera da Terra formada por água. É constituída por oceanos, mares, lagos e rios, ocupam ¾ da Terra. Abaixo do solo temos os lençóis freáticos que estão localizados desde poucos a milhares de metros subterrâneos;
  • litosfera (lito = pedra): camada ou esfera da Terra formada pelas rochas e pelos solos. É constituída por uma grande variedade de rochas que em sua maioria está coberta por solo e outros depósitos de sedimentação;
  • atmosfera (atmós = gás): camada ou esfera da Terra formada pelo ar. É constituída por nitrogênio (78%), oxigênio (21%), gás carbônico (0,03%), gases nobres e vapor d’água.

A biosfera, assim como as demais “esferas”, não é uma camada homogênea, pois as condições ambientais do nosso planeta não são homogêneas.

As condições ambientais são muito importantes na distribuição dos seres vivos. Nos locais onde tais condições são mais favoráveis, a diversidade de formas vivas é maior, ocorrendo o contrário quando as condições não são favoráveis.

A biosfera é o espaço que possui vida na Terra.
A biosfera é o espaço que possui vida na Terra.

Os limites da biosfera são definidos em função de registros que indicam a presença de seres vivos. Esses limites vão desde aproximadamente 11.000 metros de profundidade, nos oceanos, até cerca de 7.000 metros de altitude, na atmosfera.

Os reinos de seres vivos

Antigamente, os cientistas dividiam os seres vivos em dois grandes reinos: o das plantas e o dos animais. Com o avanço no estudo dos seres vivos e em especial dos seres microscópicos, começou a ficar cada vez mais difícil manter esse sistema de classificação, pois muitos seres não se encaixam nem em um reino nem em outro.

Atualmente, a maioria dos cientistas adota um sistema de classificação estabelecido por Whittaker, em 1969, e modificado por outros pesquisadores, como Margulis e Schwartz na década de 1980: o sistema de cinco reinos.

Esse sistema agrupa os seres vivos do seguinte modo:

  • Reino Monera: organismos procariontes, unicelulares, coloniais ou não, autótrofos (fotossintetizantes ou quimiossintetizantes) ou heterótrofos. Os heterótrofos obtêm seus alimentos por absorção direta a partir do meio. Esse reino compreende as bactérias e as algas azuis (atualmente denominadas cianobactérias).
  • Reino Protista ou Protoctista: organismos eucariontes, unicelulares, coloniais ou multicelulares que não possuem tecidos verdadeiros. Nesse grupo existem diversos métodos nutricionais, incluindo-se a fotossíntese, a absorção e a ingestão. Esse reino compreende as algas, que são fotossintetizantes, e os protozoários, organismos heterótrofos que podem obter seus alimentos por absorção ou por ingestão.
  • Reino Fungi: organismos eucariontes, heterótrofos, geralmente multicelulares. O modo de nutrição é por absorção. Esse reino compreende os fungos.
  • Reino Plantae: organismos eucariontes, multicelulares e fotossintetizantes com tecidos verdadeiros. São também conhecidos por metáfitas. Esse reino compreende as plantas, desde as briófitas (por exemplo, musgos) até as plantas que produzem frutos (angiospermas).
  • Reino Animalia: organismos eucariontes, multicelulares e heterótrofos. Nutrem-se primariamente por ingestão. São também chamados de Metazoa ou metazoários. Algumas poucas formas alimentam-se por absorção. Esse reino compreende os animais, desde as esponjas até o ser humano.

Todos os sistemas de classificação que existem, e este não foge à regra, não incluem os vírus, pois ainda se discute se eles são ou não seres vivos.

Embora bem aceita, essa proposta de classificação tem recebido críticas e existem outras propostas que buscam melhorar a compreensão das relações evolutivas entre os seres vivos.

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