Sistemas de transporte nos animais

Os animais aquáticos de pequenas dimensões e de reduzido grau de diferenciação (hidra e planária) não apresentam um sistema de transporte, havendo a difusão direta das substâncias entre o interior dos organismos e o meio externo. Vamos ver as exceções neste explicador.

Em animais aquáticos de maiores dimensões e em todos os amimais terrestres, a difusão é incapaz de garantir a distribuição dos nutrientes, gases e produtos de excreção. Deste modo, necessitam de um sistema de transporte.

Todos os sistemas de transporte são constituídos por três componentes: um fluido circulante (hemolinfa ou sangue e linfa), um órgão propulsor (coração) e um conjunto de vasos ou lacunas, onde ocorre, em parte ou no todo, a circulação do fluido. Os sistemas de transporte classificam-se em abertos e fechados. No primeiro caso, existente na maioria dos moluscos (caracol, lesma, lula), na estrela-do-mar e nos insetos, crustáceos e aracnídeos, o fluido circulante não circula sempre dentro de vasos, abandona-os e mistura-se com o fluido intersticial, nas lacunas, tornando a circulação mais lenta. Nos animais com sistemas de transporte fechados (minhoca e vertebrado – peixes, anfíbios, répteis, aves e mamíferos), o sangue circula, permanentemente, dentro de vasos.

Nos vertebrados, há uma crescente adaptação ao meio e uma maior eficácia do seu metabolismo, factos relacionados com o grau de complexidade dos seus tipos de circulação. Os peixes apresentam uma circulação simples, pois o sangue passa uma única vez no coração em cada ciclo circulatório (percorre um único circuito). Estes animais possuem um coração com apenas duas cavidades (uma aurícula e um ventrículo), circulando apenas sangue venoso (sangue com maior teor de CO2) no coração. Ao coração chega sangue venoso que passa para as brânquias para efetuar a sua oxigenação, tornando-se arterial (com maior teor de O2), direcionando-se depois para as células corporais. Como o sangue não passa novamente no coração, a circulação é muito lenta.

Nos animais que apresentam circulação dupla (em cada ciclo circulatório, o sangue passa duas vezes no coração – circulação sistémica e circulação pulmonar), a circulação pode ser incompleta ou completa. Nos répteis e anfíbios (animais cujo coração tem três cavidades, duas aurículas e um ventrículo) a circulação é incompleta, pois no coração (e mais concretamente ao nível do ventrículo) ocorre mistura de sangue arterial e venoso, diminuindo, assim, o grau de oxigenação e, consequentemente, a taxa de metabolismo. Porém, essa mistura, nos répteis, é menos significativa, pois entre os ventrículos existe um septo interventricular incompleto.

As aves e os mamíferos (cujo coração tem duas aurículas e dois ventrículos) apresentam uma circulação dupla e completa, não ocorrendo mistura de sangue. Deste modo, ao evitar a mistura de sangues, aumenta-se a eficiência no fornecimento de nutrientes e de O2 aos tecidos. As aves e os mamíferos conseguem, deste modo, ativar mecanismos de regulação da temperatura corporal, conferindo-lhes uma maior capacidade de adaptação ao meio face a condições adversas do meio ambiente.

Reprodução assexuada

Na reprodução assexuada, o processo de divisão celular é a mitose, o que favorece a produção de indivíduos geneticamente idênticos ao progenitor e entre si, garantindo a estabilidade genética das espécies. Este tipo de reprodução é um processo natural de clonagem, originando-se cópias do organismo original (clones).

O ser humano pode obter rapidamente muitos exemplares de plantas com características selecionadas que se reproduzem assexuadamente, o que traz vantagens económicas e sociais, permitindo reduzir o problema da fome de muitas populações. 

Reproduzindo-se assexuadamente, os seres vivos não têm necessidade de encontrar parceiro, não havendo gasto de energia na produção de gâmetas nem na fecundação. As bactérias, por exemplo, em condições favoráveis, conseguem reproduzir-se em muito pouco tempo.

Em cerca de vinte e quatro horas, obtêm-se populações com milhões destes seres unicelulares procariontes do Reino Monera. Trata-se de uma forma de reprodução que permite uma colonização rápida de um habitat, sem especialização de estruturas reprodutoras. Contudo, a homogeneidade da população configura-se uma desvantagem porquanto se houver qualquer modificação das condições ambientais, que ao deixarem de ser propícias a esses indivíduos, poderá ocorrer a eliminação/desaparecimento dessas populações. 

Existem várias estratégias/processos de reprodução assexuada:  

-Bipartição; 

-Gemulação; 

-divisão múltipla; 

-Esporulação; 

-Fragmentação; 

-multiplicação vegetativa e  

-partenogénese. 

A possibilidade de um rápido crescimento populacional e em grandes quantidades são potencialidades que são aproveitadas para a agricultura. As batateiras, por exemplo, obtêm-se por propagação (multiplicação vegetativa natural) a partir de fragmentos dos respetivos caules subterrâneos (batata).  

Muitas das árvores de fruto e ornamentais são produzidas por reprodução assexuada a partir de caules ou folhas de uma planta com boas características e que interessam para o ser humano. A enxertia (união dos tecidos de duas plantas), a estacaria (enterramento do ramo de uma planta, sem folhas, com um corte na diagonal, de modo a criar raízes) e a mergulhia (enraizamento de uma parte da planta que se pretende propagar) são exemplos de técnicas de multiplicação vegetativa artificial baseadas na reprodução assexuada. 

Em laboratório, as plantas também podem ser multiplicadas, recorrendo a técnicas de cultura in vitro de células. A partir de fragmentos do único progenitor, consegue isolar-se células e promover o seu desenvolvimento em novos indivíduos. Desta forma, obtém-se um número ilimitado de indivíduos geneticamente iguais, entre si e em relação à planta progenitora, num curto intervalo de tempo. A Engenharia Genética consegue também introduzir, nas células que vão ser clonadas, genes com interesse, do ponto de visa económico, para o ser humano. 

A reprodução assexuada não garante a variabilidade genética, pelo que se pode tornar perigosa para a sobrevivência da própria espécie. 

Fluídos circulantes: sangue e linfa

Há, nos vertebrados, dois fluidos circulantes, extracelulares, que asseguram a dinâmica de trocas de substâncias com as células: o sangue e a linfa. Constituem meios de transporte, distribuição e remoção de substâncias que, deste modo, garantem o metabolismo celular.

O sangue é formado por uma fração líquida, o plasma, e por uma fração celular, com os seguintes elementos figurados: glóbulos vermelhos (ou hemácias ou eritrócitos), glóbulos brancos (ou leucócitos) e plaquetas sanguíneas (ou trombócitos). É um fluido que circula no interior de vasos (sanguíneos) ou em cavidades corporais (hemolinfa) e é bombeado pelo coração.  

Como principais funções do sangue salientam-se as seguintes:  

-transporte de oxigénio e dióxido de carbono,

-nutrientes, hormonas e metabolitos de excreção;  

-defesa do organismo (proteção contra corpos estranhos, através da ação dos leucócitos, durante o fenómeno de fagocitose);  

-coagulação (graças às plaquetas);  

-regulação da temperatura corporal (pois distribui o calor por todo o organismo). 

A parede muito fina dos capilares sanguíneos possibilita a troca de substâncias entre o sangue e o fluido intersticial. Os leucócitos têm a capacidade de atravessar os capilares, por entre as células das suas paredes (diapedese) pelo que uma parte do sangue (plasma e leucócitos) abandona os vasos sanguíneos e passa a constituir a linfa intersticial (fluido incolor e transparente) que banha as células, fornecendo-lhes oxigénio e nutrientes.  

Este líquido difere do plasma sanguíneo principalmente por não conter proteínas que, por serem macromoléculas, não conseguem atravessar a parede dos capilares. Todos os produtos de excreção das células são lançados para a linfa intersticial. Grande parte desta linfa é, posteriormente, drenada para os capilares linfáticos que existem nos diferentes órgãos entre os vasos sanguíneos e que constituem o sistema linfático.  

Os capilares linfáticos aglomeram-se e formam as veias linfáticas. O fluido que, agora, circula no interior dos vasos linfáticos denomina-se linfa circulante, é constituída por plasma e glóbulos brancos e teve origem na linfa intersticial. Será lançada na corrente sanguínea em veias que abrem na veia cava superior.  

O sistema linfático desempenha funções cruciais no nosso organismo, nomeadamente:  

-recolha da linfa intersticial, fazendo-a regressar ao sangue;  

-defesa do organismo (mecanismos imunitários);  

-absorção de gorduras no intestino. 

Os fluidos extracelulares (sangue, linfa intersticial e linfa circulante) integram o meio interno dos Vertebrados e asseguram inúmeras funções vitais. 

Estruturas respiratórias

Todos os seres vivos necessitam de energia para levar a cabo as várias funções vitais. Um processo de obtenção de energia, comum à maioria dos organismos, é a respiração aeróbia (que exige a presença de oxigénio). É, pois, necessário que os seres possuam estruturas adequadas, não só para abastecerem as células de oxigénio, como também para libertar o dióxido de carbono resultante do metabolismo celular. 

Nos animais de reduzidas dimensões, a razão área/volume é elevada, pelo que a superfície corporal é suficiente para, através, dela, ocorrer a troca de gases. Contudo, com o aumento de tamanho, diminui essa razão e é necessária a existência de estruturas respiratórias especializadas. As superfícies respiratórias são, pois, estruturas através das quais se realizam as trocas gasosas nos seres vivos. 

A comunicação entre a superfície respiratória e as células, na concretização das trocas gasosas, pode efetuar-se por duas vias:  

-difusão direta, quando a própria superfície respiratória está em contacto com as células,  

-difusão indireta, quando há um fluido especializado no transporte dos gases respiratórios de e para as células. 

A difusão dos gases através das superfícies respiratórias é influenciada por vários fatores, pelo que as superfícies respiratórias devem ter características que facilitem a difusão. Salientam-se as seguintes características comuns:  

-humidade permanente (que facilita a difusão dos gases);  

-pequena espessura (são estruturas finas, geralmente, com uma única camada de células);  

-intensa irrigação sanguínea (estruturas muito vascularizadas por capilares, nos animais com difusão indireta);  

-grande área de superfície de contacto entre os meios interno e externo. 

Podem considerar-se os seguintes tipos de superfícies respiratórias nos animais:  

-tegumento,  

-traqueias,  

-brânquias e pulmões.  

Nos animais mais simples, como já referido, as trocas gasosas ocorrem diretamente entre o meio e as células, através da superfície corporal – hidra, esponja, medusa, planária, lombriga. Em animais como a minhoca e os anfíbios, o tegumento funciona como superfície respiratória, havendo trocas gasosas com intermédio do sangue (por hematose cutânea) – difusão indireta.  

Nos insetos, os gases difundem diretamente entre a superfície respiratória e as células e o sistema circulatório, que é aberto, não intervém. O ar entra através dos espiráculos e circula no interior das traqueias e traquíolas até às células, onde se efetuam as trocas gasosas.  

Nos animais aquáticos, as superfícies respiratórias são as brânquias, ocorrendo, por isso, hematose branquial. Nos vertebrados terrestres, é nos pulmões que se realizam as trocas gasosas entre o ar dos alvéolos e o sangue e entre este e as células – difusão indireta. 

Mitose e Meiose

A mitose é um mecanismo de divisão nuclear em que as duas células filhas que se originam possuem o mesmo número de cromossomas que a célula inicial. A meiose, por sua vez, garante a redução, para metade, do número de cromossomas em cada uma das quatro células formadas. Importa abordar, com pormenor, as semelhanças e diferenças entre estes dois processos de divisão. 

Com a ocorrência da mitose, não há alteração da ploidia da célula mãe. Por mitose, depois da duplicação do DNA, uma célula haploide origina duas células haploides e uma célula diploide origina duas células diploides. As células filhas podem sofrer várias mitoses consecutivas. A informação genética das células finais é idêntica entre si e à da célula mãe. Na mitose não há emparelhamento de cromossomas (os cromossomas têm comportamentos independentes) nem crossing-over. Na metafase, os cromossomas alinham-se a meio da célula, constituindo a placa equatorial, com os centrómeros a ocupar a zona equatorial. Na anafase, há clivagem longitudinal dos centrómeros e ascensão polar dos cromatídios. A mitose é fundamental para a renovação e reparação das células. 

Na meiose, ocorrem duas divisões do núcleo consecutivas (divisão I, reducional, e divisão II, equacional) havendo a formação de quatro células haploides a partir de uma célula diploide, ficando, cada célula filha, com metade do número de cromossomas da célula mãe. Deste modo, apenas as células diploides podem sofrer meiose. Regista-se, na profase da divisão I, o emparelhamento dos cromossomas homólogos (formando-se bivalentes, díadas cromossómicas ou tétradas cromatídicas) e o fenómeno de crossing-over. 

Na metafase da divisão I, os pares de cromossomas dispõem-se na placa equatorial, estando, num bivalente, os centrómeros de cada cromossoma voltados para polos opostos.  A ocupar o plano equatorial encontram-se os pontos de quiasma (resultantes do crossing-over). A divisão dos centrómeros ocorre apenas na anafase da divisão II, já que na anafase da divisão I os centrómeros não se dividem nem os cromatídios irmãos sofrem separação – são os cromossomas, com dois cromatídios, que ascendem aos polos da célula. 

A divisão II da meiose é igual à mitose no que aos acontecimentos de cada fase diz respeito. Assim, nas quatro células filhas (tétrada celular), a informação genética é diferente entre si e relativamente à célula mãe. A meiose é um fenómeno importante pois permite a formação de gâmetas (nos animais) e de esporos (nas plantas). 

Interações bióticas/abióticas, extinção e conservação de espécies

Biosfera é o subsistema do planeta Terra que integra todos os seus organismos vivos, os ambientes que habitam e as relações que estabelecem entre si. Se observarmos o ambiente à nossa volta, com atenção, facilmente nos apercebemos da enorme variedade de seres vivos existentes.

A diversidade biológica ou biodiversidade expressa o número e a variedade de formas de vida existentes num determinado ambiente, assegurando a produção de alimentos e, por exemplo, a reciclagem dos elementos essenciais, como o carbono, o oxigénio e o nitrogénio.

Nos ecossistemas (comunidade biótica + biótopo e suas interações), verifica-se uma constante interação entre os fatores abióticos (parâmetros físicos e químicos como a temperatura, a luz, o pH, o solo, a água, a humidade atmosférica) e os fatores bióticos (relações entre seres vivos pertencentes à mesma espécie – relações intraespecíficas e entre organismos de espécies diferentes – relações interespecíficas). Os ecossistemas tendem a manter-se em equilíbrio porque, face às mudanças constantes do meio ambiente, os seres vivos conseguem adaptar-se, permitindo a evolução dos ecossistemas no sentido de reposição do equilíbrio inicial.

As intervenções antrópicas têm vindo a afetar a dinâmica dos ecossistemas, diminuindo a capacidade de adaptação dos seres vivos, podendo causar o desaparecimento e a extinção de espécies. A extinção de determinada espécie consiste na diminuição gradual do número de indivíduos até ao seu completo desaparecimento. A extinção de uma espécie representa, pois, a perda irreversível de um potencial genético único.

Podem distinguir-se três tipos de extinção: de fundo, em massa e antropogénica. A extinção de fundo é um tipo natural de extinção associada a mecanismos de evolução biológica, causada por alterações do meio ambiente e consequente desaparecimento das espécies que não se encontram adaptadas. A extinção em massa, também devida a causas naturais, reporta-se à morte de um grande número de espécies em consequência de um mesmo evento catastrófico cujos impactes podem fazer-se sentir local ou globalmente (vulcões, furacões, queda de meteoritos). A extinção antropogénica é provocada pela ação do ser humano.

A extinção de muitas espécies deve-se, fundamentalmente, à destruição do habitat e à sua fragmentação excessiva, à introdução e proliferação de espécies exóticas e invasoras, à exploração excessiva, através da caça e da pesca, dos recursos biológicos e à redução do potencial genético aquando do aumento do cruzamento entre indivíduos geneticamente próximos (consanguinidade).

É urgente o desenvolvimento de ações que previnam e atenuam o desaparecimento de espécies, neutralizando e eliminando as causas da extinção. A criação e a gestão de áreas protegidas, a aposta na investigação científica em prol da conservação da natureza e a dinamização de campanhas de sensibilização são exemplos de medidas que podem inverter a tendência de declínio das espécies.

Fermentação e respiração aeróbia

O conjunto de fenómenos bioquímicos celulares é designado por metabolismo. As séries sequenciais de reações que ocorrem no metabolismo são as vias metabólicas.

Integradas nestas, as vias catabólicas (fermentação e respiração aeróbia) são as que estão implicadas na síntese de ATP através da degradação de substratos oxidáveis, nomeadamente a glicose, constituindo um processo exoenergético, em que os produtos das reações contêm menos energia potencial do que os reagentes, havendo, portanto, uma transferência de energia para fora da reação igual à diferença de energia potencial entre os reagentes e os produtos. 

Os dois processos catabólicos permitem a formação de moléculas de ATP, sendo a fermentação uma via mais rápida do que a respiração aeróbia. 

A fermentação é uma via catabólica em que o substrato orgânico inicial (glicose) é degradado, de forma incompleta, em metabolitos que possuem ainda energia química potencial acumulada. Este processo tem, pois, um fraco rendimento energético. A fermentação, que ocorre na ausência de oxigénio, realiza-se em bactérias, alguns fungos e em algumas células do ser humano (células musculares, quando a quantidade de oxigénio disponível para as células não é suficiente).

Este processo inclui uma primeira etapa denominada glicólise seguida da redução do ácido pirúvico (no caso da fermentação lática, produzindo-se ácido lático, C3H6O3) e da descarboxilação do ácido pirúvico e da redução do aldeído acético (na fermentação alcoólica, produzindo-se álcool etílico, C2H5OH, e dióxido de carbono). No final de qualquer um dos processos, são obtidos compostos orgânicos, ainda ricos em energia química potencial, e o rendimento é de duas moléculas de ATP, por cada molécula de glicose degradada. 

A equação geral da fermentação alcoólica é a seguinte:  

-C6H12O6 + 2 ADP + 2 Pi → 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 ATP  

e a da fermentação lática:  

-C6H12O6 + 2 ADP + 2 Pi → 2 C3H6O3 + 2 ATP. 

A via catabólica de elevado rendimento energético é a respiração aeróbia. Na presença de oxigénio, a primeira etapa da respiração aeróbia também é a glicólise, com produção de ácido pirúvico no hialoplasma. Contudo, neste processo, esta molécula vai entrar num organito especializado, a mitocôndria, no interior do qual prosseguem todas as outras etapas sequenciais:  

-formação de acetil coenzima A,  

-ciclo de Krebs  

-e cadeia respiratória, ao longo da qual, ocorre a oxidação de NADH, cujos eletrões vão reduzir o O2, produzindo-se H2O.  

No final, o rendimento energético é, por molécula de glicose degradada, de 38 moléculas de ATP. A equação geral é a seguinte:  

-C6H12O6 + 38 ADP + 38 Pi + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP. 

Aspetos estruturais e funcionais do floema

As plantas vasculares possuem um sistema duplo de tecidos condutores: xilema e floema. A translocação da seiva elaborada ou floémica (água e compostos orgânicos – sacarose, hormonas, nucleótidos, aminoácidos e iões orgânicos) ocorre num sentido bidirecional (ascendente e descendente), ao longo do floema, para todas as células vivas da planta. 

O floema (ou líber ou tecido crivoso) tem continuidade ao longo de toda a planta, assegurando o transporte de água e substâncias orgânicas, em todos os sentidos, desde os locais de produção (órgãos fotossintéticos ou órgãos onde ocorre a hidrólise do amido) para os locais de consumo ou armazenamento/reserva. 

O floema é um tecido muito heterogéneo, constituído, essencialmente, por células vivas. Nele, podemos encontrar quatro tipo de células: células dos tubos crivosos, células de companhia, parênquima floémico e fibras liberinas. A seiva elaborada circula apenas ao nível das células dos tubos crivosos. 

As células dos tubos crivosos são células altamente especializadas e vivas cujo conteúdo celular está reduzido a uma fina película de citoplasma, com ou sem núcleo, junto da parede. Apresentam uma forma alongada e ligam-se entre si topo a topo, formando colunas de células, os tubos crivosos. As suas paredes transversais apresentam orifícios que permitem o estabelecimento de ligações entre os citoplasmas de células consecutivas. Estas paredes transversais altamente perfuradas, fazendo lembrar crivos, denominam-se placas crivosas. As paredes laterias das células dos tubos crivosos possuem poros que permitem a comunicação com outras células do floema, nomeadamente as células de companhia. 

As células de companhia são células vivas que se localizam junto das células dos tubos crivosos, mantendo, com estas, ligações citoplasmáticas, auxiliando-as na sua função. Contêm um elevado número de mitocôndrias. 

O parênquima floémico é formado por células vivas pouco diferenciadas, com função de reserva de substâncias. 

As fibras liberinas são as únicas células do floema que são mortas. São alongadas, de comprimento variável e conferem resistência a todos os restantes tecidos. Desempenham, assim, uma função de suporte. 

Os tecidos condutores associam-se, formando feixes condutores, que apresentam disposições diferentes consoante o órgão da planta onde se localizam. O floema tem uma localização central na raiz, alternando com o xilema, no caule tem uma localização periférica e, nas folhas, está associado ao xilema nas suas nervuras. 

Ultraestrutura celular, fermentação e respiração aeróbia

A fermentação é o processo enzimático através do qual as células obtêm ATP a partir da degradação parcial da glicose, em condições anaeróbias (sem oxigénio).

A respiração aeróbia realiza-se na presença de oxigénio e apresenta um rendimento muito superior ao da fermentação. O processo fermentativo realiza-se exclusivamente no hialoplasma enquanto a maior parte das etapas da respiração aeróbia tem lugar nas mitocôndrias.

As células procarióticas apresentam uma dimensão mais reduzida e têm uma estrutura mais simples que as células eucarióticas, não possuem organitos membranares e o seu material genético está disperso no hialoplasma. Nas bactérias, por exemplo, a maquinaria das células é suficiente para os processos, por exemplo, de síntese proteica e de produção de energia (ATP) através da fermentação. 

As duas etapas que integram qualquer dos tipos de fermentação, glicólise e redução do ácido pirúvico, processam-se exclusivamente no hialoplasma. Aqui, encontram-se os intervenientes necessários para a ocorrência de todas as reações químicas do processo, desde enzimas específicas, ATP, ADP, glicose, NAD+, Pi. A respiração aeróbia integra quatro etapas sequenciais:  

-glicólise,  

-formação de acetil-coenzima A,  

-ciclo de Krebs e cadeia respiratória.  

Apenas a primeira ocorre no hialoplasma. Todas as outras realizam-se nas mitocôndrias. 

A mitocôndria é um organito, normalmente em forma de bastonete, com dupla membrana. A membrana externa é lisa e permeável, não sendo uma barreira significativa à movimentação de materiais entre o hialoplasma e o espaço intermembranar. Pelo contrário, a membrana interna é uma barreira à maior parte dos solutos. Esta membrana apresenta uma estrutura pregueada, com cristas (invaginações membranosas) que aumentam muito a sua superfície.  

Tal como a membrana celular, as membranas das mitocôndrias são constituídas por fosfolípidos e proteínas. Na membrana interna, principalmente ao nível das cristas mitocondriais, as moléculas proteicas formam arranjos especiais que constituem unidades funcionais, formando uma cadeia respiratória, com inúmeros transportadores de eletrões, ordenados segundo a sua afinidade crescente para os eletrões que transportam.  

No interior da mitocôndria existe um gel viscoso de pouca consistência – a matriz. Nesta, encontram-se moléculas de ATP, ADP, DNA, RNA e inúmeras enzimas, nomeadamente as que catalisam a maior parte das reações da respiração aeróbia. 

A formação de acetil-coenzima A e o ciclo de Krebs são etapas da respiração aeróbia que ocorrem na matriz mitocondrial e a cadeia respiratória tem lugar ao nível das cristas da membrana interna. Todos esses espaços internos da mitocôndria contêm todos os ingredientes e reúnem todas as condições necessárias à realização das reações químicas que aí ocorrem.