Exercícios: A origem e a evolução da vida

Resuma a hipótese heterotrófica de Oparin e Haldane sobre a origem da vida e explique em que consistiu o experimento de Miller e Urey, o que eles obtiveram e o que demonstraram.

O que são estromatólitos e que organismos os formam? Explique por que razão são considerados uma das evidências de vida mais antigas na Terra.

Compare a hipótese da «sopa primordial» com a hipótese da panspermia: em que coincidem, em que diferem e que problema a segunda deixa por resolver.

Explique o que são coacervados ou protobiontes e que propriedades «quase vivas» apresentam (membrana, trocas com o meio, crescimento por incorporação), indicando o que falta a eles para serem considerados células.

O que é a hipótese do «mundo de RNA»? Explique por que o RNA é melhor candidato do que o DNA para ter sido a primeira molécula da vida, recorrendo à sua dupla função: armazenar informação e catalisar reações.

Distinga um organismo autótrofo de um heterótrofo e justifique por que é mais plausível que os primeiros seres vivos tenham sido heterótrofos (aproveitando as moléculas orgânicas do meio) em vez de fotossintéticos.

Descreva como era a atmosfera primitiva da Terra de acordo com a hipótese clássica (sem oxigênio, com $\text{CO}_2$, vapor de água, metano e amônia) e explique que diferença fundamental a separa da atmosfera atual.

Apresente três diferenças entre uma célula procariótica e uma eucariótica, e indique quais características das mitocôndrias (tamanho, dupla membrana, DNA próprio, ribossomos) revelam a sua origem bacteriana.

O esquema representa a teoria endossimbiótica da origem da célula eucariótica proposta por Lynn Margulis. Explique o que ocorre entre as células 1 e 2 para originar a célula 3, e cite três evidências que apoiam essa teoria relacionadas às mitocôndrias e aos cloroplastos.

Ordene cronologicamente estes marcos da história da vida e justifique a ordem escolhida: surgimento da fotossíntese oxigênica, primeiras células procarióticas, explosão cambriana, primeiras células eucarióticas, conquista do meio terrestre pelas plantas.

Há cerca de $2\,400$ milhões de anos, o oxigênio começou a se acumular na atmosfera (a Grande Oxidação). Explique que organismos o produziram e descreva duas consequências dessa alteração para a vida e para a superfície do planeta.

A experiência de Miller e Urey assumiu uma atmosfera fortemente redutora, o que hoje é considerado pouco provável. a) Explique o que assumiram e o que obtiveram ainda assim. b) Justifique por que razão a experiência continua sendo considerada um marco histórico, mesmo que a atmosfera real fosse diferente: que princípio demonstrou? c) Indique que outros cenários (fontes hidrotermais, espaço) poderiam ter fornecido as moléculas orgânicas.

Os meteoritos carbonáceos (condritos) contêm aminoácidos e outras moléculas orgânicas. Explique o que essa descoberta acrescenta ao estudo da origem da vida, em que ela difere da hipótese da panspermia e por que razão demonstra que a química orgânica é comum no universo.

O que é o LUCA, o último ancestral comum universal? Explique que características lhe são atribuídas (célula procariótica, código genético, metabolismo) e que evidência molecular — o código genético praticamente idêntico em todos os seres vivos — sustenta que todos descendemos dele.

Compare uma mitocôndria e um cloroplasto: tamanho, número de membranas, tipo de DNA e de ribossomos. Justifique, com base nesses dados, por que se pensa que a mitocôndria foi incorporada antes do cloroplasto na célula eucariótica (que eucariontes possuem mitocôndrias mas não cloroplastos?).

Ordene estas etapas rumo à primeira célula e justifique a ordem escolhida: aparecimento de uma molécula autorreplicativa, formação de membranas lipídicas, síntese de monômeros orgânicos, polimerização e integração de metabolismo, hereditariedade e invólucro.

Numa sondagem geológica do Pré-Cambriano analisam-se estratos compreendidos entre os 2700 e os 2100 Ma. Nos níveis inferiores (2700-2400 Ma) são registrados abundantes depósitos de formações ferríferas bandadas (BIF) com uraninita e pirita detrítica (minerais instáveis na presença de O2), juntamente com bioassinaturas de cianobactérias. Por volta dos 2200 Ma, os BIF quase desaparecem e surgem as primeiras camadas vermelhas continentais (ricas em óxidos de Fe³⁺), ao mesmo tempo que o registro fóssil mostra uma queda drástica na diversidade de microfósseis anaeróbios.

1. a) Justifique por que razão existiu um descompasso de centenas de milhões de anos entre o aparecimento dos primeiros organismos fotossintéticos oxigênicos e a oxigenação efetiva da atmosfera livre.
2. b) Um estudante afirma: «O oxigênio foi um resíduo tóxico que quase acabou com a biosfera, mas sem ele os organismos eucariontes complexos nunca teriam sido energeticamente viáveis». Avalie criticamente esta afirmação comparando o balanço energético (rendimento em ATP) e as adaptações bioquímicas necessárias diante do estresse oxidativo.

Analise a seguinte informação evolutiva sobre os mamíferos e os dinossauros:

• Durante o Mesozoico (cerca de 140 Ma), os mamíferos conviveram com os dinossauros mantendo um tamanho corporal reduzido (menos de 5,0 kg), hábitos majoritariamente noturnos e uma morfologia dentária pouco variada, apesar de já possuírem endotermia e pelo.

• No limite K-Pg (há 66 Ma) extinguiram-se os dinossauros não avianos. Nos 15 Ma seguintes (Paleoceno e Eoceno), o registro fóssil mostra uma explosão morfológica nos mamíferos, com o aparecimento repentino de formas voadoras (quirópteros), marinhas (primeiros cetáceos) e grandes herbívoros de mais de 1000 kg.

1. a) Explique este contraste temporal utilizando os conceitos de «nicho ecológico vago» e «radiação adaptativa». Por que razão as adaptações vantajosas dos mamíferos não foram suficientes por si sós para provocar a sua diversificação antes do limite K-Pg?
2. b) Um colega afirma: «As catástrofes e extinções em massa são o motor primário que cria novas espécies e acelera a taxa de mutação». Refute de forma fundamentada esta afirmação, esclarecendo qual é o verdadeiro papel biológico das extinções em massa na macroevolução.
3. c) Preveja de forma fundamentada que grupo animal atual (por exemplo, aves não voadoras, roedores ou artrópodes) teria uma maior probabilidade de experimentar uma radiação adaptativa equivalente se desaparecessem todos os grandes mamíferos terrestres na atualidade, e que pressões seletivas guiariam a sua divergência.

Um espectrógrafo espacial de alta resolução analisa a composição atmosférica de dois exoplanetas rochosos localizados na zona de habitabilidade das suas estrelas:

• Exoplaneta Áuriga-1: A sua atmosfera contém 80,0 % de N2, 18,0 % de CO2, 1,8 % de vapor de água e vestígios persistentes de metano (CH4, 0,2 %), com níveis de O2 inferiores ao limite de detecção (0,001 %).

• Exoplaneta Áuriga-2: A sua atmosfera contém 90,0 % de CO2, 6,0 % de O2 livre e 4,0 % de vapor de água. A análise complementar revela níveis elevados de monóxido de carbono (CO) e ausência total de metano.

1. a) Aplique os princípios da química prebiótica e a história da atmosfera terrestre para justificar por que razão Áuriga-1 constitui um candidato sólido a abrigar vida análoga à do Arqueano terrestre, apesar de carecer completamente de oxigênio livre.
2. b) Um título afirma: «Descoberto O2 em Áuriga-2: confirmada vida fotossintética extraterrestre». Rebata este título identificando um processo fotoquímico abiótico que explique o acúmulo de O2 e justifique por que razão a presença simultânea de CO reforça a hipótese abiótica.
3. c) Elabore uma previsão: que par de gases em desequilíbrio termodinâmico simultâneo (que reajam rapidamente entre si se não houver renovação biológica contínua) você procuraria na atmosfera de um exoplaneta para considerá-lo uma bioassinatura quase inequívoca de metabolismo ativo?