Exercícios: Os grandes grupos de seres vivos

Enumera os grandes grupos (reinos) de seres vivos e escreve uma característica distintiva de cada um que permita reconhecê-lo.

Distingue briófitas, pteridófitas, gimnospérmicas e angiospérmicas tendo em conta a presença de vasos condutores, sementes e flores, e apresenta um exemplo de cada grupo.

Explica o critério que separa os vertebrados dos invertebrados, refere os cinco grupos de vertebrados e uma novidade evolutiva fundamental de cada um.

Distingue um organismo unicelular de um pluricelular com dois exemplos de cada um, e explica que vantagem representa a divisão de trabalho entre células especializadas de um organismo pluricelular.

Classifica cada um destes organismos no seu grande grupo (Monera, Protoctista, Fungos, Plantas ou Animais) e justifica a tua escolha: uma ameba, um cogumelo, um carvalho, uma cianobactéria e uma esponja.

Explica duas características que distinguem os fungos das plantas (composição da parede celular, modo de nutrição, substância de reserva) e justifica por que razão os fungos são filogeneticamente mais próximos dos animais do que das plantas.

Refere três grandes grupos de invertebrados (por exemplo cnidários, anelídeos, artrópodes, moluscos ou equinodermes) e uma inovação evolutiva que caracterize cada um (simetria radial, segmentação, exoesqueleto articulado...).

O que é um protoctista (protista)? Explica por que razão se diz que é um grupo «saco de gatos», o que os seus membros têm em comum e apresenta dois exemplos que evidenciem a sua enorme diversidade (uma alga unicelular e um protozoário).

Identifica a que grande grupo pertence cada organismo com base nestas descrições e justifica a tua resposta: a) organismo unicelular sem núcleo individualizado, com lípidos de membrana unidos por ligações éter, que habita em fontes termais; b) organismo eucariótico multicelular de nutrição heterotrófica por absorção; c) organismo unicelular eucariótico fotossintético do plâncton.

Explica que adaptações anatómicas e fisiológicas permitiram aos primeiros vertebrados passar do meio aquático para o terrestre, e que problemas tiveram de resolver (suporte, respiração, dessecação e reprodução).

A partir da árvore filogenética simplificada do esquema: a) indica que grupo atual partilha um antepassado comum mais recente com os animais; b) explica o que representa o nó assinalado com «?» e que tipo de organização celular partilham todos os grupos que dele descendem; c) justifica se é correto afirmar que as bactérias são «menos evoluídas» do que os animais.

Ordena o aparecimento destas inovações na história das plantas e explica que independência do meio aquático cada uma proporcionou: vasos condutores, semente e flor.

Ordena o aparecimento destas novidades evolutivas dos vertebrados e atribui cada uma ao grupo no qual surgiu: mandíbulas, pulmões e membros com dedos, ovo amniótico e pena.

Explica o que é uma sinapomorfia (carácter derivado partilhado) utilizando o pelo e as glândulas mamárias dos mamíferos, e justifica por que razão os caracteres derivados partilhados, e não as semelhanças gerais, servem para construir árvores evolutivas.

Distingue evolução divergente e convergente utilizando estes exemplos: o braço humano e a asa do morcego (órgãos homólogos) em oposição à asa de uma borboleta e à asa de uma ave (órgãos análogos). Explica o que cada caso indica sobre o grau de parentesco.

As esponjas são os animais vivos com a organização mais simples. Descreve o seu plano corporal (sem tecidos verdadeiros, coanócitos que filtram a água) e justifica o que sugerem sobre a forma como os animais terão surgido a partir de protistas coloniais.

Um estudante do 1.º ano de Bacharelato afirma na aula: «Os crocodilos e os lagartos pertencem à mesma classe (Répteis) porque partilham caracteres como as escamas queratinizadas e a ectotermia, enquanto as aves são um grupo totalmente distinto porque têm penas e homeotermia. Agrupar crocodilos e aves num mesmo clado contradiz a morfologia». A partir dos princípios da sistemática filogenética:

1. a) Rebate a afirmação do aluno explicando por que razão basear a classificação em escamas queratinizadas ou ectotermia gera um grupo parafilético. Diferencia na tua resposta entre plesiomorfias (caracteres ancestrais) e sinapomorfias (caracteres derivados partilhados).
2. b) Desenha ou esquematiza um cladograma no qual situes o ancestral comum dos amniotas, os lepidossauros (lagartos), os crocodilos e as aves. Localiza nos ramos correspondentes pelo menos duas sinapomorfias exclusivas do clado Archosauria (que engloba aves e crocodilos).
3. c) Prevê o que aconteceria se num estrato fóssil descobrisses um organismo com fenestra pré-orbital no crânio e moela muscular, mas coberto de escamas e sem qualquer vestígio de penas: em que ponto do teu cladograma o situarias e que implicação teria para a definição tradicional de «réptil»?

Numa lagoa de alta montanha da Península Ibérica registou-se na última década um colapso populacional de 80 % no sapo-parteiro-comum (Alytes obstetricans), enquanto as populações de cobra-de-água-viperina (Natrix maura) e de libélulas não mostram declínios significativos. As análises ambientais revelam um aumento da radiação UV-B, uma concentração moderada de nitratos de origem pecuária (18,5 mg/L) e a presença do fungo patogénico Batrachochytrium dendrobatidis.

1. a) Interpreta, relacionando-o com a anatomia e a fisiologia dos anfíbios (trocas gasosas através do tegumento, ciclo reprodutor bifásico e metamorfose), por que razão estes fatores afetam de forma devastadora os anfíbios e não os répteis da mesma massa de água.
2. b) Desenha um plano de ação com duas medidas de conservação específicas e viáveis no terreno para travar o desaparecimento do sapo-parteiro neste enclave. Justifica o mecanismo biológico pelo qual cada uma das tuas propostas contrariará as causas concretas do declínio.

Numa parcela experimental de uma floresta caducifólia aplicou-se um fungicida sistémico de largo espetro no solo durante três anos, mantendo inalteradas a radiação solar, a pluviosidade e a concentração de CO₂ atmosférico. Após esse período constataram-se três observações empíricas:

1. A espessura da camada de folhada sem decompor aumentou em 180 %.

2. Os exemplares jovens de carvalho-roble (Quercus robur) experimentaram uma redução de 45 % no seu crescimento e uma acentuada deficiência foliar de fósforo e azoto.

3. A taxa de respiração do solo reduziu-se drasticamente.

1. a) Justifica as observações 1 e 3 a partir da estratégia metabólica e do modo de digestão externa característicos dos fungos saprófitas em comparação com a nutrição autótrofa vegetal.
2. b) Explica o mecanismo biológico subjacente à observação 2: que interação simbiótica específica foi destruída no solo e que fluxo líquido de nutrientes entre fungo e planta ficou interrompido?
3. c) Prevê fundamentadamente como afetará a médio prazo a ausência continuada de fungos a produtividade primária líquida da floresta e o ciclo biogeoquímico do carbono.

Numa amostra de permafrost ártico isolou-se um microrganismo («A-24») com as seguintes propriedades: possui uma cápside icosaédrica de 400 nm, um genoma bicatenário de ADN de 1,2 Mb (maior do que o de bactérias como Mycoplasma genitalium), codifica enzimas de reparação do ADN e várias aminoacil-tRNA sintetases, mas carece de ribossomas próprios, de ATP-sintases e de potencial de membrana. Apenas se multiplica ao penetrar numa amiba de vida livre.

1. a) Avalia criticamente se o «A-24» deve ser considerado um organismo vivo ou uma partícula vírica segundo a teoria celular e os postulados metabólicos tradicionais.
2. b) Contrasta como explicariam a origem evolutiva do «A-24» a «hipótese da redução» (células parasitas degeneradas) e a «hipótese do escape génico». Que assinaturas genómicas específicas esperarias encontrar no «A-24» para apoiar a hipótese da redução face à do escape?
3. c) Um grupo de biólogos propõe criar um «quarto domínio da vida» para situar estes vírus gigantes juntamente com Bacteria, Archaea e Eukarya. Utilizando os fundamentos da filogenia molecular de Carl Woese baseada no ARN ribossómico (16S/18S), refuta a viabilidade técnica desta proposta e apresenta uma alternativa taxonómica coerente.

Numa amostragem biológica recolhe-se um organismo pluricelular terrestre séssil, provido de paredes celulares e com nutrição heterotrófica por absorção. A classificação linneana tradicional situá-lo-ia próximo das plantas pelo seu aspeto morfológico. No entanto, as análises laboratoriais revelam:

1. Presença de cadeias poliméricas de N-acetilglucosamina na sua parede celular.

2. Armazenamento de reservas energéticas sob a forma de glicogénio e lípidos, com ausência absoluta de amido.

3. Nas árvores filogenéticas baseadas em sequências de ARN ribossómico e proteínas contráteis, este organismo forma um clado monofilético com animais e coanoflagelados (Opisthokonta).

1. a) Justifica por que razão as semelhanças morfológicas com as plantas (séssil, presença de parede) são homoplasias (convergências adaptativas) e não homologias evolutivas.
2. b) Argumenta, empregando os conceitos de homologia molecular e sinapomorfia, por que razão os dados 1, 2 e 3 demonstram que este fungo partilha um antepassado comum mais recente com um caracol do que com um feto.
3. c) Um estudante comenta: «Se antigamente os fungos eram plantas e agora dizem que são aparentados com os animais, as classificações biológicas são meras invenções arbitrárias». Rebate o seu comentário fundamentando a diferença metodológica entre uma classificação fenomenológica e uma sistemática filogenética baseada em hipóteses testáveis.

Num jazigo do Cretácico extrai-se um esqueleto fóssil atribuído a um terópode não aviano (Dromaeosauridae). O fóssil apresenta:

• Penas de contorno assimétricas nas extremidades anteriores.

• Uma fúrcula ossificada em «V» e esterno carenado incipiente.

• Esqueleto apendicular com ossos ocos pneumáticos.

• Dentes serrilhados nas mandíbulas e uma longa cauda óssea articulada.

1. a) Interpreta estes caracteres à luz do conceito de exaptação (cooptação funcional): demonstra por que razão estruturas associadas ao voo moderno (penas e esqueletos pneumáticos) não evoluíram inicialmente 'para' voar, mas sim sob pressões seletivas distintas em dinossauros terrestres.
2. b) Um meio de comunicação de divulgação científica publica o título: «Um novo fóssil ajuda a perceber como os dinossauros se extinguiram e deram origem às aves». Identifica o erro concetual cladístico do título e redige uma formulação taxonomicamente rigorosa baseada no conceito de grupo monofilético.
3. c) Explica que consequências taxonómicas teria para a classe «Reptilia» manter as aves numa classe separada: que tipo de grupo resultaria ser Dinosauria se excluíssemos expressamente a linhagem das aves viventes?

Ao analisar o registo fóssil das jazidas continentais antes e depois da crise biológica do limite Pérmico-Triásico (~252 Ma), observa-se que os terapsídeos (sinapsídeos conhecidos como «répteis mamalianos»), que dominavam mais de 70 % das comunidades faunísticas de herbívoros e carnívoros, sofreram uma extinção em massa superior a 85 % das suas famílias. Durante o Triásico, os arcossauros basais — anteriormente escassos e marginais — experimentaram uma rápida diversificação, ocupando a grande maioria dos nichos ecológicos terrestres.

1. a) Interpreta esta substituição faunística aplicando os conceitos de gargalo ecológico, vacância de nichos e radiação adaptativa. A diversificação dos arcossauros foi consequência de uma «superioridade biológica competitiva» prévia ou de uma contingência histórica?
2. b) Aplica o mesmo raciocínio ao evento de extinção do limite Cretácico-Paleogénico (K-Pg): justifica se o auge ecológico dos mamíferos placentários após o impacto meteorítico apoia a ideia de progresso evolutivo cumulativo ou a de contingência.
3. c) Perante a atual crise de perda de biodiversidade provocada pela ação humana, um relatório afirma: «As espécies dominantes hoje (humanos, aves de capoeira, roedores) garantem a estabilidade dos ecossistemas futuros porque a sua abundância demonstra o seu sucesso adaptativo». Julga criticamente esta afirmação apoiando-te nos padrões de sobrevivência observados nas grandes extinções do registo fóssil.

O departamento de ambiente da tua cidade quer avaliar a saúde ecológica de um parque periurbano submetido a dois regimes distintos: a Zona A (com corte contínuo da relva, remoção de folhas secas e uso de herbicidas) e a Zona B (renaturalizada, sem desbastes sistemáticos nem fitofármacos).

1. a) Desenha um protocolo de amostragem padronizado para quantificar e comparar a diversidade de dois grupos taxonómicos-chave: artrópodes edáficos e fungos do solo. Para cada grupo, indica: método de captura ou recolha de amostras no terreno, esforço de amostragem (número de réplicas ou área) e uma variável biológica quantitativa concreta que medirias no laboratório.
2. b) Ao analisar a água de um charco do parque com amostragem visual e redes planctónicas convencionais não se deteta a presença de anfíbios nem de macroinvertebrados bentónicos ameaçados. Desenha uma estratégia analítica baseada em ADN ambiental (eDNA) e metabarcoding que permita verificar se estas espécies frequentam ou habitam a massa de água, indicando que alvo genético comum se utiliza para a identificação taxonómica e duas vantagens críticas desta técnica face aos métodos de censo tradicionais.
3. c) Prevê que diferenças quantitativas e estruturais esperarias encontrar entre a teia trófica da Zona A e a da Zona B após dois anos de gestão diferenciada, justificando como o maneio repercutirá na taxa de decomposição da matéria orgânica e na capacidade de resiliência do ecossistema.

Desafio do tema. Imagina que trabalhas como consultor científico para um museu de ciências naturais. A tua missão é analisar como os grandes marcos da história da vida explicam a biodiversidade que hoje habita no teu território.

Segue estas fases:

1. Obtenção de dados reais: Acede à plataforma oficial GBIF.pt e consulta os dados de biodiversidade do teu distrito ou região. Extrai o número de espécies registadas de quatro linhagens: bactérias, plantas, fungos e animais.

2. Reconstrução evolutiva: Desenha uma tabela cronológica onde situes o aparecimento de cada grupo na escala geológica (desde as primeiras evidências de vida celular há $\approx 3,8$ Ga até à explosão câmbrica há $\approx 0,54$ Ga). Adiciona em cada caso uma inovação adaptativa determinante (como a fotossíntese oxigénica, a simbiogénese ou a pluricelularidade).

3. Relatório de síntese: Elabora um gráfico comparativo da riqueza de espécies atual face à sua antiguidade e redige uma proposta fundamentada ($1$ página) que argumente como as extinções e radiações adaptativas modelaram a biosfera local que observas.

Será valorizado:

• Rigor na extração e tabulação de dados biológicos reais a partir da base oficial.

• Correção científica ao datar os marcos evolutivos e associá-los às suas novidades biológicas.

• Qualidade da análise crítica ao relacionar a história geológica com os padrões atuais de biodiversidade.