Maisbiogeologia: Evolução biológica – Unicelularidade e multicelularidade

O que é Evolução Biológica?

Embora muitas vezes relacionada com progresso, a palavra evolução no sentido biológico não tem esta conotação.
Na verdade, a evolução biológica consiste na mudança das características hereditárias de grupos de organismos ao longo das gerações. Grupos de organismos, denominados populações e espécies, são formados pela divisão de populações ou espécies ancestrais; posteriormente, os grupos descendentes passam-se a modificar de forma independente.

Portanto, numa perspectiva de longo prazo, a Evolução é a descendência, com modificações, de diferentes linhagens a partir de ancestrais comuns.

Dos procariontes aos eucariontes

Os seres vivos, distinguem-se pela sua organização celular, e podem ser:
- Procariontes (células procarióticas);

- Eucariontes (células eucarióticas).

As células procarióticas e eucarióticas possuem em comum determinadas características (semelhanças):

As células são individualizadas por uma membrana citoplasmática, no interior da qual se encontra o hialoplasma;
Possuem DNA e cromossomas.

E possuem também diferenças:

As células procarióticas são células simples, que não possuem núcleo - o DNA concentra-se numa região chamada nucleóide, que não está fisicamente separada do resto da célula;
As células eucarióticas são células mais complexas, e possuem núcleo, individualizado pelo invólucro nuclear, onde se localizam os cromossomas; possui também diversos organelos membranares

Os procariontes constituem, mesmo na actualidade, mais de metade da biomassa da Terra, e colonizaram todos os ambientes. No entanto, o pequeno tamanho das células procarióticas limita a sua actividade metabólica, uma vez que não possibilita a existência de grandes quantidades de DNA nem da maquinaria necessária à sua expressão, o que leva a que a evolução não se satisfizesse com este tipo de vida e surgissem níveis mais complexos de organização.
Isto é admitido, pois de acordo com as informações obtidas dos fósseis, a origem da Vida parece ter ocorrido há cerca de 3400 M.a., e os seres eucariontes terão só surgido há cerca de 1500M.a, ou seja, a volta de 2000M.a depois dos procariontes.

Procuraram-se obter respostas sobre como terá evoluído a vida neste espaço de tempo e como é que os eucariontes surgiram, admitindo que os eucariontes surgiram a partir dos procariontes.
Assim, surgiram vários modelos que permitem explicar a origem das células eucarióticas, que são eles:

Modelo Autogénico:
Numa fase inicial as células desenvolveram sistemas endomembranares resultantes de invaginações da membrana citoplasmática de células procarióticas ancestrais. Essas invaginações terão acabado por se isolar, dando origem a membranas internas; algumas terão rodeado porções de DNA, formando um núcleo. Outras membranas evoluíram no sentido de produzir organelos semelhantes ao retículo endoplasmático.
Numa perspectiva mais alargada, propõe-se que algumas porções do material genético abandonaram o núcleo e evoluíram sozinhas no interior de estruturas membranares, originando as mitocôndrias e os cloroplastos.

Este modelo é apoiado pelo facto das membranas intercelulares das células eucarióticas manterem a mesma assimetria que se verifica
na membrana citoplasmática – a face voltada para o interior dos compartimentos intracelulares é semelhante à face externa da membrana citoplasmática e a face voltada para o hialoplasma é semelhante à face interna da membrana citoplasmática.
Esta hipótese pressupõe que o material genético do núcleo e dos organelos (sobretudo das mitocôndrias e dos cloroplastos) tenha uma estrutura idêntica. Contudo, tal não se verifica. O material genético destes organelos apresenta, geralmente, uma maior semelhança com o das bactérias autónomas, do que com o material genético presente no núcleo.

Modelo Endossimbiótico:
Os seres eucariontes são o resultado de uma evolução gradual dos seres procariontes, onde houve uma associação simbiótica de vários ancestrais procarióticos. Este modelo defende que que as mitocôndrias e os cloroplastos se desenvolveram a partir de células procarióticas que estabeleceram uma relação de emdossimbiose com as células hospedeiras de maiores dimensões, passando a viver dentro delas. Os ancestrais das mitocôndrias
seriam procariontes heterotróficos aeróbios e os ancestrais dos cloroplastos seriam procariontes fotossintéticos.

As vantagens da associação da célula hospedeira (anaeróbia e heterotrófica) com os ancestrais das mitocôndrias e dos cloroplastos:
- maior capacidade de metabolismo aeróbio, num meio ambiente com a concentração de oxigénio livre a aumentar;
- maior facilidade em obter nutrientes, produzidos pelo endossimbionte autotrófico;
A interdependência entre hospedeiro e endossimbionte terá levado à formação de um único organismo.

Este modelo é apoiado pelas seguintes observações:
- As relações de endossimbiose são relativamente comuns e verificam-se em organismos actuais;
-As mitocôndrias e os cloroplastos assemelham-se aos procariontes actuais;

A semelhança entre mitocôndrias e cloroplastos é verificada através de vários aspectos, dos quais se salientam os seguintes:
- o tamanho e a forma são semelhantes aos dos procariontes;
- dividem-se por um processo semelhante à bipartição das bactérias;
- possuem duas membranas, ou seja na membrana interna, localizam-se enzimas e sistemas de transporte como aqueles que são encontrados na membrana citoplasmática dos actuais procariontes;
- possuem um genoma que consiste numa molécula circular de DNA, sem histonas associadas, como acontece na maioria dos procariontes actuais ;
- possuem ribossomas que são mais semelhantes com os ribossomas das células procarióticas do que com os ribossomas da própria célula eucariótica a que pertencem.

Apesar de terem um genoma próprio, as mitocôndrias e os cloroplastos não são geneticamente auto-suficientes – alguns dos genes necessários para o seu funcionamento estão presentes no núcleo da célula eucariótica, o que poderia ser um argumento a favor do
modelo autogénico. Todos os organismos eucariontes possuem mitocôndrias, mas apenas os autotróficos têm cloroplastos, o que leva a supor que a endossimbiose com os ancestrais das mitocôndrias terá sido anterior à endossimbiose com os ancestrais dos cloroplastos.
Também (e muito importante) o facto de não conseguir explicar a origem do núcleo da célula eucariótica, descredibiliza esta hipotese.

Modelo 3:
Este modelo é uma junção dos outros 2 anteriormente referidos, pois se por um lado o modelo endossimbiótico explica a origem das mitocôndrias e dos cloroplastos por outro lado, o modelo autogénico explica o aparecimento da membrana nuclear e do retículo. Assim esta associação dos dois modelos permite compensar as falhas de um modelo com os pontos fortes do outro e vice-versa.

Origem da multicelularidade

É fácil compreender que devido a fenómenos de predação, os organismos aumentassem o seu tamanho para obter vantagens, como por exemplo uma maior facilidade na captura de outras células. Tal como isto é de tão fácil compreensão, o facto de os organismos não poderem indefinidamente aumentar o seu tamanho, também é.
Assim, há medida que as dimensões de um organismo aumentam, diminui a sua relação área/volume, ou seja, a sua superfície não aumenta à mesma taxa que o volume.

Qual o significado deste facto?

A vida depende do metabolismo, efectuado em todo o volume celular, mas as trocas com o meio, nomeadamente a entrada de nutrientes e a saída de excreções, são realizadas através da superfície celular.
O que acontece é que quando há um aumento de volume, aumenta também o metabolismo, mas a célula não possui um aumento equivalente na eficácia das trocas com o meio externo.

Como tal, há actualmente duas formas de um organismo com mais de 1mm sobreviver:
- Reduz o seu metabolismo (menos trocas com o meio externo), como é o caso da tabularia;
- Apresenta multicelularidade.

Os organismos multicelulares foram conseguidos pelo desenvolvimento de uma maior complexidade estrutural e metabólica dos organismos. A cooperação e a divisão de tarefas tornam possível a exploração de recursos que uma só célula não pode utilizar.
Assim, a verdadeira multicelularidade, apenas presente em seres eucariontes, caracteriza-se por uma associação de células em que há interdependência estrutural e funcional entre elas.

Nalguns tipos de associação colonial relativamente simples, as células, após a divisão, mantêm-se unidas por uma matriz e são morfológica e fisiologicamente equivalentes, podendo, cada uma delas, dar origem a uma nova colónia.
Como por exemplo:
Colónias de Chlamydomonas – esta alga unicelular pode formar colónias, móveis por acção dos flagelos individuais. As células estão ligadas apenas por filamentos citoplasmáticos;
Colónias de Pandorina – esta alga apresenta colónias mais elaboradas, envoltas numa massa coloidal, com polaridade.

Em associações coloniais mais complexas, e envolvendo um maior número de células, verifica-se comunicação entre as células, coordenação das actividades celulares, especialização de células e divisão de tarefas. A especialização e a cooperação permitem que as células se combinem, formando um organismo com mais capacidades do que cada uma das suas partes constituintes.
O volvox é um ser que permite admitir, que a multicelularidade possa ter surgido na Terra por evolução de colónias mais simples para colónias mais complexas.

Este ser, intermediário destas duas “fases” coloniais, é um género de algas verdes que origina colónias com a forma de uma esfera oca, pois é envolto numa camada monoestratificada de mais de 1000 células biflageladas.
Estas células são puramente somáticas, não intervindo na reprodução. Essa função está reservada a células maiores, que, assexuadamente, se dividem e originam colónias-filhas. A reprodução sexuada também é possível. Deste modo, pode concluir-se que nesta colónia existe polaridade, especialização e coordenação.

No entanto, apesar desta especialização, ela não é suficiente para a volvox ser considerada um ser pluricelular. Apesar de esta ser constituída por várias células e já existir uma interdependência estrutural ainda não há uma diferenciação celular, excepto nas células reprodutoras (células maiores). Assim, o grau de especialização funcional é muito baixo e por Volvox é sim uma colónia e não um organismo multicelular.

O que se admite é que a evolução destas colónias tenha sido efectuada por um aumento do número e tamanho das suas células, aumento da especialização e desenvolvimento progressivo das estruturas sexuais.
Na actualidade, pode afirmar-se que a multicelularidade ocorre apenas nos seres eucariontes, apesar de as cianobactérias formarem colónias e filamentos com especialização de algumas células.

A multicelularidade tem várias vantagens, sendo estas as quatro principais:

Permite uma maior diversidade de seres vivos que levou a uma maior adaptação a diversos ambientes;
Favorece a existência de seres vivos de maiores dimensões, sem comprometer as trocas com o meio externo (existência de células especializadas);
A especialização celular que ao reduzir a taxa metabólica favorece a um gasto de energia mais eficaz;
Uma maior independência em relação ao meio devido à sua capacidade de manter o meio interno em perfeito estado de equilíbrio dinâmico.

VÍDEOS:

Volvox: