Exercícios: A evolução das espécies

Explica o que é uma espécie de acordo com o critério biológico (cruzamento com descendência fértil) e apresenta um exemplo de dois animais com parentesco próximo que pertençam a espécies distintas.

Observa o esquema, que mostra três etapas na evolução de uma população que fica dividida por uma barreira geográfica. O que é a especiação? Explica, etapa por etapa, como o isolamento geográfico pode conduzir à formação de uma nova espécie, e indica o que verificarias nos dois grupos assinalados com ? para saber se já são espécies distintas.

Define biodiversidade e refere os seus três níveis, apresentando um exemplo de cada um.

Distingue população de comunidade com um exemplo do mesmo local: todos os pardais de um parque em comparação com todos os seres vivos desse parque. Porque é que o conceito de espécie se aplica a populações e não a comunidades?

Um cavalo e um burro podem cruzar-se e originar uma mula, mas pertencem a espécies distintas. Explica, aplicando o critério biológico de espécie, por que razão a mula não «une» as duas espécies.

Desafio do tema. Cita três exemplos de barreiras geográficas que podem dividir uma população de seres vivos (por exemplo, uma cordilheira, um rio que muda de curso ou um braço de mar) e explica o que impede exatamente cada barreira aos indivíduos de ambos os lados.

Será valorizado que nomeies três barreiras geográficas diferentes e que expliques que impedem que os indivíduos de ambos os lados se encontrem e se cruzem entre si.

Explica o que é uma radiação adaptativa e descreve-a com o exemplo dos tentilhões das ilhas Galápagos: de uma espécie ancestral chegada do continente surgiram várias espécies com bicos adaptados a diferentes alimentos.

Explica o que é uma extinção e quando se fala de extinção em massa, referindo dois exemplos da história da Terra (por exemplo, a do final do Pérmico ou a que extinguiu os dinossauros no final do Cretácico).

Numa população de escaravelhos existem indivíduos com carapaças mais claras e mais escuras, e os predadores veem melhor os claros sobre a casca escura das árvores. Explica passo a passo como atuará a seleção natural sobre a frequência de cada cor nas gerações seguintes.

Distingue isolamento geográfico de isolamento reprodutivo e explica por que razão o segundo é o que determina que duas populações já constituem espécies diferentes.

De cada lado do Grand Canyon vivem espécies de esquilos muito semelhantes, mas distintas. Explica que tipo de especiação este exemplo ilustra e reconstitui o processo que a originou.

Algumas moscas põem os seus ovos em macieiras e outras, muito aparentadas com elas, em espinheiros, e cada grupo cruza-se quase sempre dentro da sua planta hospedeira. Explica o que é a especiação simpátrica e em que se distingue do caso clássico da barreira geográfica.

Certas moscas-da-fruta estão há centenas de gerações a ser criadas num laboratório, isoladas das selvagens, e já quase não se cruzam com elas quando colocadas juntas. Raciocina, aplicando o critério biológico de espécie, se podemos afirmar que as de laboratório estão a caminho de ser uma espécie distinta.

Explica por que razão as ilhas são consideradas «laboratórios naturais de evolução»: que papel desempenham o isolamento, os novos ambientes com poucos competidores e as radiações adaptativas. Apresenta um exemplo (Galápagos, Canárias ou Madagáscar).

O tubarão (peixe), o pinguim (ave) e o golfinho (mamífero) possuem um corpo hidrodinâmico muito semelhante sem serem parentes próximos. Explica o que é a convergência evolutiva, como ambientes semelhantes selecionam soluções parecidas e por que razão a semelhança não é indicador de parentesco.

Refere as principais causas pelas quais as atividades humanas aceleram hoje a perda de biodiversidade (destruição de habitats, espécies invasoras, sobre-exploração, poluição e alterações climáticas) e explica resumidamente como atua cada uma delas.

Um paciente diagnosticado com uma infeção bacteriana interrompe aos 4 dias um tratamento antibiótico prescrito para 10 dias porque já não tem sintomas. Duas semanas depois, a infeção reaparece com maior agressividade e o mesmo antibiótico revela-se ineficaz. O seu familiar afirma: «As bactérias habituaram-se ao medicamento para sobreviver e agora tornaram-se imunes». Rebate a afirmação do seu familiar com base na teoria da seleção natural e prevê fundamentadamente como terão mudado as frequências de bactérias sensíveis e resistentes na população bacteriana entre o início do tratamento, o dia 4 e a recaída.

Numa ilha oceânica recém-formada após uma erupção, uma tempestade arrasta uma pequena jangada de vegetação com 8 escaravelhos de uma espécie continental (6 verdes e 2 castanhos). No continente vivem milhões destes escaravelhos, onde 95 % são castanhos camuflados e apenas 5 % são verdes, já que as aves predam facilmente os verdes. Ao fim de várias gerações, na ilha (onde não existem aves predadoras) 75 % dos escaravelhos são verdes. Justifica a que mecanismo evolutivo se deve a diferença inicial e prevê como influenciará a deriva genética face à seleção natural se a população da ilha continuar a ser reduzida.

A taxa de extinção fóssil natural («de fundo») é estimada em 1 espécie por cada milhão de espécies por ano, enquanto a taxa atual devida à ação humana é entre 100 e 1 000 vezes maior. Sabendo que após as grandes extinções em massa do passado (como a do Pérmico ou a do Cretácico) a biosfera demorou entre 5 e 10 milhões de anos a recuperar a sua biodiversidade através da radiação adaptativa, analisa e justifica por que razão o ritmo atual de destruição de habitats não pode ser amortecido pelo aparecimento de novas espécies e que impacto terá isso, à escala geológica, na árvore da vida.

No lago Vitória coexistem centenas de espécies de ciclídeos originadas em apenas 15 000 anos graças à exploração de micronichos e ao facto de as fêmeas escolherem os machos guiadas visualmente por padrões de coloração muito vivos em águas transparentes. Nas últimas décadas, as descargas de efluentes e a desflorestação turvaram gravemente a água do lago. Prevê e justifica que consequências evolutivas imediatas tem a perda de visibilidade sobre as barreiras reprodutoras entre espécies de ciclídeos e fundamenta o que acontecerá à diversidade genética e ao número de espécies diferenciadas.

Uma ilustração clássica de um livro antigo mostra a evolução do cavalo como uma fila indiana: o pequeno Hyracotherium (de quatro dedos, ramoneador em florestas) caminha atrás de formas intermédias que vão aumentando de tamanho e perdendo dedos de forma constante até chegar ao cavalo moderno (Equus, de grande porte, corredor de pradarias com um único dedo). A legenda diz: «A evolução segue uma direção fixa rumo a formas maiores, complexas e perfeitas». Rebate esta afirmação apontando pelo menos dois erros conceptuais e justifica por que razão os paleontólogos representam hoje a filogenia do cavalo como um arbusto ramificado adaptado a alterações climáticas e não como uma escada progressiva.

Um centro de investigação agrícola produz uma variedade de trigo clonado (geneticamente idêntico em 100 %) que rende 40 % mais do que qualquer variedade tradicional sob seca moderada. O agrónomo afirma: «Atingimos o fenótipo ideal; eliminar a variabilidade genética dos nossos campos é a estratégia evolutiva mais segura a longo prazo». Prevê fundamentadamente o que acontecerá a esta cultura se surgir uma nova praga fúngica imprevista em comparação com uma cultura tradicional diversa, e justifica por que razão, em ambientes mutáveis, conservar variabilidade genética é vantajoso para as populações naturais em vez de se homogeneizarem num único tipo supostamente ideal.

O peixe subterrâneo Astyanax mexicanus carece de olhos funcionais e de pigmentação, ao contrário dos indivíduos da mesma espécie que habitam rios iluminados na superfície. Um aluno propõe duas hipóteses: 1) «Ao viverem na escuridão, deixaram de usar os olhos, estes atrofiaram-se e os seus descendentes herdaram essa falta de visão»; 2) «Perder órgãos não pode ser evolução por seleção natural, porque evoluir consiste sempre em ganhar estruturas mais complexas». Rebate ambas as hipóteses: demonstra o erro lamarckista da primeira e justifica, em termos de custo metabólico e balanço energético num meio com pouco alimento, por que razão a atrofia ocular e pigmentar pode ter representado uma vantagem adaptativa.

O urso-polar (Ursus maritimus) e o urso-pardo (Ursus arctos) divergiram há cerca de 500 000 anos e apresentam adaptações morfológicas e metabólicas muito distintas. Devido ao recuo do gelo ártico, as suas áreas de distribuição sobrepõem-se cada vez mais e foram documentados híbridos férteis em liberdade («ursos-grolar»). Com estes dados: a) Questiona as limitações do conceito biológico de espécie aplicado a este caso. b) Prevê e justifica que consequências genéticas a longo prazo este fluxo génico poderia ter para a conservação das adaptações específicas do urso-polar se o gelo continuar a desaparecer.

Desafio do tema. Imagina que trabalhas como biólogo evolutivo e deves avaliar o impacto potencial das alterações climáticas na fauna do teu concelho.

1. Obtenção de dados: Acede ao site oficial do IPMA (secção de séries climáticas ou visualizador de alterações climáticas) e anota a anomalia ou variação da temperatura média anual no teu distrito durante as últimas décadas (por exemplo, $+1,4$ ºC).

2. Seleção do modelo: Escolhe uma espécie autóctone (como o pardal-comum ou a lagartixa-ibérica) e investiga uma característica fenotípica associada à termorregulação (por exemplo, comprimento médio corporal de $14,2$ cm ou tonalidade da pele/plumagem).

3. Relatório evolutivo: Redige um relatório breve ($1$ página) com uma tabela comparativa onde expliques como interpretariam a adaptação dessa população a esse aumento térmico: a) o lamarckismo (necessidade, uso/desuso e herança dos caracteres adquiridos) e b) a teoria sintética (mutação aleatória, variabilidade preexistente e seleção natural). Conclui com uma proposta fundamentada sobre como um isolamento geográfico prolongado entre populações urbanas e rurais poderia culminar numa especiação.

Valorizar-se-á:

• Precisão na recolha e interpretação do dado climático real do IPMA.

• Distinção rigorosa e contrastada entre os mecanismos da teoria de Lamarck e da teoria sintética.

• Coerência na justificação da seleção natural e das etapas de especiação.