Movimento da seiva floémica nas plantas vasculares

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.

A hipótese do fluxo de massa, baseada nos trabalhos de Münch, explica o transporte de matéria orgânica no floema, desde os locais de produção até aos locais de consumo e armazenamento. A matéria orgânica transportada resulta do processo fotossintético ocorrido nas células do mesófilo das folhas. A translocação floémica tem como função remover os compostos orgânicos (normalmente a sacarose) produzidos nas folhas e transportá-los para o seu local de consumo ou para um local de reserva.

A glicose (monossacarídeo), produzida nas células do mesofilo foliar (tecido fotossintético da folha), é transformada em sacarose (dissacarídeo) que é transportada ativamente (por transporte ativo), contra o gradiente de concentração, com gasto de energia (ATP) para os tubos crivosos do floema, passando primeiro pelas células de companhia. A entrada de sacarose nos tubos crivosos provoca um aumento de pressão osmótica no seu interior, possibilitando a entrada de água proveniente do xilema (que se situa ao lado).

Face a esta entrada de água, ocorre o aumento da pressão de turgescência, forçando o deslocamento da seiva floémica para as células seguintes, atravessando as placas crivosas. A sacarose é transportada, deste modo, até aos órgãos de consumo. Com a saída da sacarose do floema para os órgãos de consumo, por transporte ativo, ocorre uma diminuição da pressão osmótica nos tubos crivosos, o que provoca a saída de água para as células vizinhas de xilema.

Embora esta hipótese seja, atualmente, a mais aceite para explicar o movimento da seiva elaborada no interior do floema, há ainda alguns pontos por resolver, nomeadamente o facto de não explicar a existência de fluxos simultâneos, ascendente e descendente, no mesmo tubo crivoso, nalgumas alturas do ano. Também não explica a baixa pressão no tubo crivoso quando comparada com a pressão necessária para a seiva floémica conseguir atrvessar as pequenas perfurações das placas crivosas.

Movimento da seiva xilémica nas plantas vasculares

As plantas vasculares possuem um sistema duplo de tecidos condutores: xilema e floema. A translocação da seiva bruta ou xilémica (água e sais minerais) ocorre sempre no sentido ascendente e de um modo passivo (sem gasto de energia), ao longo do xilema.

Existem duas hipóteses explicativas para o movimento ascensional da seiva bruta a partir da raiz, por ação de forças físicas: hipótese da pressão radicular e hipótese da tensão-coesão-adesão.

Nalgumas plantas, o movimento ascendente da seiva bruta no interior do xilema pode ser explicado pela existência de uma pressão positiva exercida, ao nível do xilema, nas raízes – pressão radicular. A acumulação de sais minerais na raiz é consequência da ocorrência de transporte ativo de iões desde o solo até ao interior da raiz, aumentando o gradiente de concentração entre os dois meios. A manutenção de um meio interno hipertónico relativamente ao exterior torna possível a entrada de água, por osmose, para o interior das células da raiz cujas moléculas sobem passivamente ao longo das células do xilema radicular.

Os fenómenos de exsudação e de gutação constituem evidências da existência de uma pressão radicular. O primeiro consiste na saída contínua de água (seiva bruta) através de um corte de caule perto da raiz e o segundo na libertação forçada de água, no estado líquido, por aberturas que existem nas margens das folhas – os hidátodos. Este último apenas se regista em algumas espécies e quando a humidade atmosférica é elevada e existe muita água no solo. Deste modo, a hipótese da pressão radicular não pode ser generalizada. Além de ser um modelo incapaz de explicar o transporte nas árvores de elevado porte, existem plantas que não apresentam sequer pressão ao nível das raízes (por exemplo as coníferas).

A hipótese da tensão-coesão-adesão é o modelo que permite uma maior generalização para explicar a subida da seiva bruta ao longo do xilema. Quando ocorre transpiração nas folhas, as células do mesófilo perdem vapor de água, estabelecendo-se, na parte superior da planta, um défice hídrico e uma tensão nas células – pressão negativa. Deste modo, regista-se um aumento da pressão osmótica nas células do mesófilo relativamente ao xilema das folhas provocando a passagem da água, por osmose, do xilema para o mesófilo. A tensão passa, agora, para o xilema. O aumento da pressão osmótica no xilema provoca o movimento de água por osmose do xilema caulinar para o xilema das folhas.

As moléculas de água tendem a ligar-se umas às outras por ligações de hidrogénio, mantendo-se uma coluna contínua de água no interior do xilema através de forças de coesão (capacidade que as moléculas de água têm de se manterem unidas entre si). Concomitantemente, as moléculas de água ligam-se a outras moléculas da parede do xilema (celulose e lenhina) através, também, de ligações de hidrogénio (adesão). A ascensão da água para o xilema caulinar cria um défice hídrico, potenciando a absorção ao nível da raiz e a entrada de água do solo para o interior da planta.

Aspetos estruturais e funcionais do xilema

As plantas vasculares possuem um sistema duplo de tecidos condutores: xilema e floema. A translocação da seiva bruta ou xilémica (água e sais minerais) ocorre sempre no sentido ascendente e de um modo passivo (sem gasto de energia), ao longo do xilema.

O xilema (ou lenho ou tecido traqueano) tem continuidade ao longo de toda a planta, assegurando o transporte de água e sais minerais, contra a gravidade, num sentido ascendente, desde as raízes até aos órgãos fotossintéticos.

O xilema é constituído, essencialmente, por células mortas. Nele, podemos encontrar quatro tipo de células: os elementos de vaso, os traqueídos ou tracoides, as fibras lenhosas e o parênquima lenhoso. A seiva bruta circula apenas ao nível dos elementos condutores que são os elementos de vaso e os traqueídos.

Os elementos de vaso são células que sofreram uma morte programada, perdendo todo o seu conteúdo celular. Não apresentam paredes transversais, formando, deste modo, um tubo oco constituído exclusivamente pelas paredes celulares, laterais, com espessamentos de lenhina (substância impermeável). Assim, a parede fica resistente e o espaço interior vazio, formando verdadeiros vasos condutores, com as células colocadas topo a topo.

Os traqueídos ou tracoides são células mortas alongadas e fusiformes, que se dispõem em colunas. A parede destas células esta também reforçada por depósitos de lenhina, mas de modo descontínuo e diferente de umas células para as outras, constituindo ornamentações muito variadas: anelares, espiraladas, reticuladas. A passagem da seiva bruta, entre células contíguas, faz-se através de pontuações (poros), onde a membrana se mantém muito fina.

Nas angiospérmicas (plantas com flor), o transporte da seiva bruta ocorre principalmente nos elementos de vaso, pois têm maior diâmetro e, como não há, paredes transversais, o tubo oco permite um transporte mais eficaz, estando admiravelmente adaptados para a principal função do xilema.

As fibras lenhosas são, tal como os elementos condutores (elementos de vaso e traqueídos), células mortas. Apresentam paredes espessas devido também à deposição de lenhina e a sua função é conferir rigidez e suporte ao sistema condutor.

O parênquima lenhoso é constituído por células vivas que realizam a fotossíntese e asseguram o armazenamento e a reserva de substâncias.

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

Fotossíntese: espetro de absorção dos pigmentos

A fotossíntese é um processo pelo qual, utilizando a energia luminosa, os seres fotoautotróficos produzem matéria orgânica a partir de dióxido de carbono e água, com libertação de oxigénio.

A fotossíntese não se resume apenas às plantas; alguns protistas (por exemplo as algas) e as cianobactérias realizam-na também. Contudo, nestes últimos organismos, o processo tem lugar ao nível de lamelas internas localizadas no citoplasma ou em extensões da membrana citoplasmática. Nos seres eucariontes (plantas e algas), realiza-se nos cloroplastos.

Para a realização da fotossíntese são necessários pigmentos fotossintéticos que se localizam no interior dos cloroplastos. A função dos pigmentos é absorver energia luminosa e convertê-la em energia química, sendo responsáveis, também, pelas cores das folhas das plantas, nas diferentes fases do seu desenvolvimento. As clorofilas são as mais abundantes e imprimem uma cor verde; os carotenoides conferem tons amarelos e laranja característicos durante o outono, quando ocorre o processo de degradação das clorofilas, que deixam de mascarar a presenças dos carotenoides.

A energia emitida pelo Sol integra um largo espetro de radiações com diferentes comprimentos de onda designado por espetro eletromagnético. A radiação visível pelo olho humano corresponde aos comprimentos de onda entre 380 nm e 750 nm. Quando atravessa um prisma ótico, a luz visível decompõe-se nas suas radiações constituintes, desde o violeta até ao vermelho, como num arco-íris. A propagação da luz ocorre através de fotões.

Os vários tipos de pigmentos fotossintéticos apresentam estruturas diferentes e captam radiações de diferentes comprimentos de onda. Quando absorvem fotões, os eletrões dos pigmentos são excitados e passam para níveis energéticos superiores, podendo ser transmitidos a outras moléculas acetoras de eletrões. Ocorrem, assim, reações de oxidação-redução. Quando uma molécula perde um eletrão, sofre oxidação e fica oxidada. O aceitador de eletrões, por sua vez, ao receber o eletrão, sofre redução e fica reduzido.

Quando a luz incide sobre as folhas das plantas, as clorofilas absorvem, essencialmente, as radiações do espetro visível de comprimentos de onda correspondentes ao azul-violeta e ao laranja-vermelho, enquanto que as radiações correspondentes ao verde são refletidas e, por isso, vemos as folhas de cor verde. Há, deste modo, uma relação entre o espetro de absorção dos pigmentos fotossintéticos e o espetro de ação da fotossíntese, evidenciando a eficiência fotossintética em função dos comprimentos de onda das diferentes radiações absorvidas. As faixas com maior intensidade fotossintética são as azul-violeta e laranja-vermelho, pois são aquelas onde ocorre maior absorção. A menor intensidade fotossintética verifica-se na faixa do verde, pois existe uma menor absorção.

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.

Células animais e vegetais

As células eucarióticas são caracterizadas por apresentarem um sistema endomembranar com estruturas muito organizadas e individualizadas e entram na constituição, por exemplo, das plantas e dos animais. Não obstante as células animais e as células vegetais evidenciarem diferenças entre si, ambas possuem núcleo, membrana citoplasmática, hialoplasma, ribossomas, retículo endoplasmático (liso e rugoso), complexo de Golgi, vacúolos hídricos, mitocôndrias e citoesqueleto.

As células vegetais encontram-se compartimentadas pela parede celular rígida, apresentando, por isso, quase sempre, forma poliédrica. Nas plantas, a parede celular é composta, fundamentalmente, por camadas de celulose que se espessam com o crescimento e desenvolvimento da célula, protegendo-a das agressões do meio externo e proporcionando suporte estrutural. Para além das células das plantas, também as células dos fungos e as células procarióticas apresentam parede celular. Nas células procarióticas, a parede celular é constituída por peptidoglicano e nas células dos fungos (eucarióticas) é composta por quitina.

Para além da parede celular, os cloroplastos são também organitos característicos das células vegetais e ausentes das células animais. Contudo, nem todas as células vegetais apresentam cloroplastos. As células dos órgãos subterrâneos, por exemplo, são desprovidas destes organitos, apresentando outro tipo de plastos (amiloplastos, por exemplo, que constituem reservas de amido). Nas plantas, apenas os tecidos aéreos verdes possuem cloroplastos (folhas, caule). A função dos cloroplastos é a realização da fotossíntese, permitindo às plantas a produção de matéria orgânica.

Os vacúolos, cavidades delimitadas por membranas e com função de armazenamento de água, compostos orgânicos, pigmentos, iões, gases e produtos tóxicos, predominam nas células vegetais, onde são em menor número, mas de dimensões elevadas, ocupando grande parte do volume das células mais velhas. Alguns vacúolos podem, ainda, acumular enzimas hidrolíticas – vacúolos líticos.

As células animais apresentam, normalmente, uma maior variedade de formas uma vez que não possuem parede celular. É a membrana citoplasmática que, neste tipo de células, define o limite entre o meio interno e o meio externo. Os centríolos (estruturas relacionadas com a divisão celular) e os lisossomas (estruturas com enzimas digestivas) são organitos que apenas se encontram nas células animais.

Ao microscópio ótico composto, é, sobretudo, a existência de cloroplastos, parede celular e de vacúolos de grandes dimensões que permitem distinguir a célula vegetal da animal.

Lamarckismo, do darwinismo e da perspetiva neodarwinista

A explicação da grande diversidade de seres vivos no nosso planeta sempre foi uma questão central no pensamento humano. A longo do tempo foram surgindo tentativas explicativas da evolução dos seres vivos. Lamarck e Darwin (século XIX) foram os principais defensores das ideias evolucionistas, que admitem uma evolução constante, lenta e gradual dos seres vivos, desde os mais simples aos mais complexos.

Para Lamarck, a necessidade de adaptação ao meio desencadeia, em cada indivíduo, o seu processo evolutivo, através do uso e do desuso contínuo de determinados órgãos (Lei do Uso e do Desuso), levando ao seu maior desenvolvimento ou ao seu desaparecimento (ou atrofia), respetivamente.  

Pode dizer-se que a função que certa estrutura desempenha é importante na determinação da sua estrutura e adaptação ao meio. Todas estas alterações individuais, que surgem em consequência da adaptação ao meio, são transmitidas à descendência (Lei Transmissão dos Caracteres Adquiridos).  

Embora as ideias sugeridas por Lamarck tenham tido uma enorme importância, enquanto primeira tentativa de explicação do mecanismo de evolução, não são aceites atualmente pela comunidade científica. 

Segundo a teoria de Darwin, o Darwinismo, entre os indivíduos de uma população ancestral há variabilidade intraespecífica. Face a alterações do meio ambiente (pressões seletivas), os indivíduos mais bem adaptados (com as características mais vantajosas) a essas novas condições ambientais são selecionados e conseguirão sobreviver mais tempo que os outros (seleção natural).  

Os indivíduos mais aptos reproduzir-se-ão mais. Esta reprodução diferencial leva à acumulação de características adequadas a cada uma das condições ambientais, passando a haver mais descendentes com essas características na geração seguinte. 

No século XX encontraram-se as causas para a variabilidade intraespecífica existente nas populações que sofrem evolução (que Darwin não conseguiu explicar). O Neodarwinismo vem explicitar os fatores que promovem essa diversidade de seres vivos no seio de uma população: ocorrência de mutações e de recombinações génicas (meiose, através do crossing-over e da disjunção aleatória dos cromossomas homólogos, e fecundação, devido à junção aleatória dos gâmetas). As pressões seletivas (o ambiente) conduzem à seleção natural dos indivíduos mais aptos e, consequentemente, à sua sobrevivência diferencial. A reprodução diferencial promove o aumento da frequência dos genes responsáveis pelas novas características, mais vantajosas, alterando a frequência de determinados genes na população. 

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. 

Sistema de classificação de Whittaker

Aristóteles, no século IV a.C., organizou os seres vivos em dois Reinos distintos: Animalia e Plantae. Este sistema de classificação simples, que perdurou até ao século XVIII, baseava-se em dois critérios: o tipo de nutrição e a mobilidade dos seres vivos. Nas Plantas foram inseridos todos os indivíduos sem mobilidade e autotróficos e no Reino Animal foram incluídos todos os organismos móveis e heterotróficos. 

Em 1866, Ernest Haeckel, na sequência de observações microscópicas, propôs a criação de um terceiro Reino, Reino Protista, nele incluindo todos os seres unicelulares e pluricelulares muito simples sem diferenciação celular (protozoários, bactérias, fungos). 

Em 1956, Herbert Copeland sugere a classificação dos seres vivos em quatro Reinos. O avanço da tecnologia e, mais concretamente, o aparecimento do microscópio eletrónico e o desenvolvimento de técnicas citológicas e bioquímicas veio permitir a descoberta de seres que, a nível celular, apresentam diferenças. As bactérias foram incluídas num Reino distinto, o reino Monera, por não terem um núcleo individualizado (seres procariontes). 

Em 1969, Whittaker propôs um sistema de classificação em cinco Reinos, introduzindo o Reino Fungi (seres decompositores). Foram três os critérios que estiveram na base: nível de organização celular (tipo e número de células), tipo de nutrição e interação nos ecossistemas. Em 1979 Whittaker propôs uma reformulação, retirando todas as algas (unicelulares e multicelulares) do Reino das Plantas, que passaram a integrar, tal como os fungos flagelados, o Reino Protista. 

No Reino Monera incluem-se todos os seres procariontes, autotróficos (fotossíntese ou quimiossíntese) e heterotróficos (absorção), produtores e microconsumidores. O Reino Protista integra todos os organismos eucariontes, uni e multicelulares com reduzida diferenciação, autotróficos (fotossíntese) e heterotróficos (absorção e ingestão), produtores, micro e macroconsumidores. No Reino Fungi encontram-se seres eucariontes, uni e multicelulares com fraca diferenciação, heterotróficos (absorção) e microconsumidores. O Reino Animalia inclui organismos eucariontes e multicelulares, heterotróficos (ingestão) e macroconsumidores. No Reino Plantae, os seres são eucariontes e multicelulares, autotróficos (fotossíntese) e produtores. 

Não obstante atualmente se continuar a aceitar a classificação em cinco Reinos de Whittaker, Carl Woese e colaboradores, propuseram, em 1990, um sistema de classificação inovador baseado em comparações de sequências de nucleótidos de RNA ribossómico. Esta proposta separa os seres procariontes em dois domínios (Bacteria e Archaea), reconhecendo a existência de diferenças genéticas entre eles, e inclui todos os organismos eucariontes no domínio Eukarya. O domínio Bacteria engloba os procariontes mais comuns na natureza e o domínio Archaea integra os procariontes que vivem em condições ambientais extremas. 

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.