Biologia módulo Cartas aoAluno, Notas de estudo de Química

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Nome do Aluno

Zoologia

Organizadores

Paulo Takeo Sano

Lyria Mori

Elaboradores

Antonio Carlos Marques

Biologia

módulo

GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO Governador: Geraldo Alckmin Secretaria de Estado da Educação de São Paulo Secretário: Gabriel Benedito Issac Chalita Coordenadoria de Estudos e Normas Pedagógicas – CENP Coordenadora: Sonia Maria Silva

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Reitor: Adolpho José Melfi Pró-Reitora de Graduação Sonia Teresinha de Sousa Penin Pró-Reitor de Cultura e Extensão Universitária Adilson Avansi Abreu

FUNDAÇÃO DE APOIO À FACULDADE DE EDUCAÇÃO – FAFE Presidente do Conselho Curador: Selma Garrido Pimenta Diretoria Administrativa: Anna Maria Pessoa de Carvalho Diretoria Financeira: Sílvia Luzia Frateschi Trivelato

PROGRAMA PRÓ-UNIVERSITÁRIO Coordenadora Geral: Eleny Mitrulis Vice-coordenadora Geral: Sonia Maria Vanzella Castellar Coordenadora Pedagógica: Helena Coharik Chamlian

Coordenadores de Área Biologia: Paulo Takeo Sano – Lyria Mori Física: Maurício Pietrocola – Nobuko Ueta Geografia: Sonia Maria Vanzella Castellar – Elvio Rodrigues Martins História: Kátia Maria Abud – Raquel Glezer Língua Inglesa: Anna Maria Carmagnani – Walkyria Monte Mór Língua Portuguesa: Maria Lúcia Victório de Oliveira Andrade – Neide Luzia de Rezende – Valdir Heitor Barzotto Matemática: Antônio Carlos Brolezzi – Elvia Mureb Sallum – Martha S. Monteiro Química: Maria Eunice Ribeiro Marcondes – Marcelo Giordan Produção Editorial Dreampix Comunicação

Revisão, diagramação, capa e projeto gráfico: André Jun Nishizawa , Eduardo Higa Sokei , José Muniz Jr. Mariana Pimenta Coan , Mario Guimarães Mucida e Wagner Shimabukuro

Carta da

Pró-Reitoria de Graduação

Caro aluno, Com muita alegria, a Universidade de São Paulo, por meio de seus estudantes e de seus professores, participa dessa parceria com a Secretaria de Estado da Educação, oferecendo a você o que temos de melhor: conhecimento. Conhecimento é a chave para o desenvolvimento das pessoas e das nações e freqüentar o ensino superior é a maneira mais efetiva de ampliar conhecimentos de forma sistemática e de se preparar para uma profissão. Ingressar numa universidade de reconhecida qualidade e gratuita é o desejo de tantos jovens como você. Por isso, a USP, assim como outras universidades públicas, possui um vestibular tão concorrido. Para enfrentar tal concorrência, muitos alunos do ensino médio, inclusive os que estudam em escolas particulares de reconhecida qualidade, fazem cursinhos preparatórios, em geral de alto custo e inacessíveis à maioria dos alunos da escola pública. O presente programa oferece a você a possibilidade de se preparar para enfrentar com melhores condições um vestibular, retomando aspectos fundamentais da programação do ensino médio. Espera-se, também, que essa revisão, orientada por objetivos educacionais, o auxilie a perceber com clareza o desenvolvimento pessoal que adquiriu ao longo da educação básica. Tomar posse da própria formação certamente lhe dará a segurança necessária para enfrentar qualquer situação de vida e de trabalho. Enfrente com garra esse programa. Os próximos meses, até os exames em novembro, exigirão de sua parte muita disciplina e estudo diário. Os monitores e os professores da USP, em parceria com os professores de sua escola, estão se dedicando muito para ajudá-lo nessa travessia. Em nome da comunidade USP, desejo-lhe, meu caro aluno, disposição e vigor para o presente desafio.

Sonia Teresinha de Sousa Penin. Pró-Reitora de Graduação.

Carta da

Secretaria de Estado da Educação

Caro aluno, Com a efetiva expansão e a crescente melhoria do ensino médio estadual, os desafios vivenciados por todos os jovens matriculados nas escolas da rede estadual de ensino, no momento de ingressar nas universidades públicas, vêm se inserindo, ao longo dos anos, num contexto aparentemente contraditório. Se de um lado nota-se um gradual aumento no percentual dos jovens aprovados nos exames vestibulares da Fuvest — o que, indubitavelmente, comprova a qualidade dos estudos públicos oferecidos —, de outro mostra quão desiguais têm sido as condições apresentadas pelos alunos ao concluírem a última etapa da educação básica. Diante dessa realidade, e com o objetivo de assegurar a esses alunos o patamar de formação básica necessário ao restabelecimento da igualdade de direitos demandados pela continuidade de estudos em nível superior, a Secretaria de Estado da Educação assumiu, em 2004, o compromisso de abrir, no programa denominado Pró-Universitário, 5.000 vagas para alunos matriculados na terceira série do curso regular do ensino médio. É uma proposta de trabalho que busca ampliar e diversificar as oportunidades de aprendizagem de novos conhecimentos e conteúdos de modo a instrumentalizar o aluno para uma efetiva inserção no mundo acadêmico. Tal proposta pedagógica buscará contemplar as diferentes disciplinas do currículo do ensino médio mediante material didático especialmente construído para esse fim. O Programa não só quer encorajar você, aluno da escola pública, a participar do exame seletivo de ingresso no ensino público superior, como espera se constituir em um efetivo canal interativo entre a escola de ensino médio e a universidade. Num processo de contribuições mútuas, rico e diversificado em subsídios, essa parceria poderá, no caso da estadual paulista, contribuir para o aperfeiçoamento de seu currículo, organização e formação de docentes.

Prof. Sonia Maria Silva Coordenadora da Coordenadoria de Estudos e Normas Pedagógicas

Apresentação

da área

Antes de virar estas páginas, faça uma pausa... Você se dá conta que, nesse exato momento, enquanto seus olhos percor- rem cada letra deste texto, milhões de informações chegam até você pela reti- na? Pense nisso! Pense também que essas informações, para saírem do papel e alcançarem as células nervosas de seu cérebro, percorrem um caminho longo e fantástico! Caminho que pode começar muito antes do que a gente vê... Pode começar quando essa folha de papel era ainda uma árvore, que fazia parte de uma floresta, que por sua vez abrigava outras árvores e inúmeros animais... Você consegue enxergar tudo isso através dessas páginas? Sim? Não? Vamos ajudá-lo: é sobre essas coisas tão próximas de você que vamos falar aqui...

Você vai saber um pouco mais sobre a célula e seus componentes; sobre o funcionamento de cada uma e do organismo que elas compõem. Aprenderá a respeito de como os seres vivos se organizam e se distribuem nesse nosso planetinha azul. Vamos falar de plantas e de bichos, de vírus e bactérias, de fungos e do ser humano. Sim, do ser humano, de você inclusive! Como você funciona por dentro e por fora. Como suas ações podem ter resultados que vão muito além daqueles que se espera.

E já que falamos de resultados, esperamos que os seus, durante a vida, sejam os melhores! Estamos aqui para colaborar com isso... Porém, não se esqueça: depende muito mais de você! Nós, aqui, só vamos direcionar um pouco seu olhar para algumas coisas importantes, mas quem vai enxergar, de fato, é você! Portanto, não confie só no que está ao longo dessas páginas. Vá além! Leia muito! Jornais, revistas, coisas sobre ciências e sobre o mundo - afinal, ele é grande demais para caber em alguns fascículos! Não se esqueça que acumular conhecimento é o ganho mais efetivo que se pode ter: não se desgasta e ninguém nos tira!

Conte conosco durante essa tarefa. Pode estar certo: torcemos por você!

As bases para o estudo

Unidade 1

Organizadores Paulo Takeo Sano Lyria Mori Elaboradores Antonio Carlos Marques

A área da Biologia que se ocupa do estudo dos animais é a Zoologia^1. Você sabe que os animais estão em nossa vida cotidiana e, por isso, acabamos nos familiarizando com uma série de aspectos dos mesmos, sem necessariamente sermos zoólogos. Pense nos animais que você conhece, começando pelos que convivem em nossas casas, às vezes, desejados (cães, gatos, peixes, aves), ou indesejados (formigas, baratas, morcegos, percevejos, pulgas, carrapatos). Há animais que são utilizados pelo ser humano, seja como alimento (boi, porco, cabrito, polvo, camarão, mexilhão, – até baratas e ratos são alimentos em al- guns locais do mundo), como transporte (cavalo, boi, jumento etc.) ou como diversão (cavalo, golfinhos), além dos muitos astros das telas como esponjas falantes, gato e rato que se perseguem incessantemente, peixes e formigas as- tros de filmes. Nossa interação com os animais às vezes tem conseqüências bem maiores. Há animais responsáveis por sérios problemas, para a espécie humana, como envenenamentos (por águas-vivas, cobras, aranhas), doenças (inúmeras verminoses, ácaros, piolhos), pragas de cultivos (desde besouros até lesmas), problemas relacionados à obtenção de energia (como mexilhões e hidrozoários que entopem turbinas de hidrelétricas), dentre tantas outras interações. E nós? Somos também animais, um raminho na árvore evolutiva deste enorme grupo. No total, há mais de um milhão de espécies animais co- nhecidas, e estima-se que este grupo possa ser 10, 20 vezes maior!

Dentro de toda essa diversidade , como organizamos os animais em seus dife- rentes grupos? Tomando-nos como exemplo, somos vertebrados mamíferos por- que possuímos vértebras e glândulas mamárias, respectivamente. Hierarquica- mente, Vertebrata é um subfilo e Mammalia é uma classe deste subfilo, como também são, por exemplo, as classes Aves e Amphibia (anfíbios). A classificação (Fig. 1) usada pelos zoólogos traduz a evolução do grupo. A evolução ocorre ao longo do tempo, havendo uma seqüência ilimitada de eventos evolutivos na his- tória de cada grupo de organismos. Transpondo isso para a classificação animal, temos que, em termos relativos, sempre um subfilo tem sua origem anterior à classe que ele compreende, ou seja, o primeiro vertebrado surgiu, necessariamen- te, antes do primeiro mamífero. Faz sentido, não?

dos animais

1- http://www.ufba.br/~zoo1/intzoo.html [aspectos gerais da Zoologia, como e por que estudá-la].

• http://curlygirl.no.sapo.pt/animalia.htm [informações gerais sobre os grupos animais mais importantes e seus sistemas (digestivo, circulatório, respiratório, excretor e de osmorregulação, nervoso e órgãos dos sentidos e reprodutor). O nível de informação está, muitas vezes, além do necessário para o ensino médio e, portanto, concentre-se somente nos aspectos mais gerais. Em geral, há bons quadros comparativos para os grupos animais no final das exposições de cada sistema. Cuidado com o português de Portugal; aqui, algumas grafias de palavras são diferentes. Na dúvida, consulte um dicionário.].

Atividade em classe 1: Em grupo, façam uma lista dos animais que vocês viram no último mês. Façam duas classificações para estes animais: (a) a pri- meira deve ser baseada nas características morfológicas deles; e a segunda (b), deve ser pelo ambiente (na natureza) em que eles vivem. Comparem e discutam estas listas.

Atividade extra 1: Considerando a proposta filogenética da Fig. 2, podemos construir uma tabela com- parativa dos grupos de animais envolvidos e das características. Se considerarmos (+) para a presença da característica no grupo e (-) para a ausência, é possível construir uma tabela que sintetize toda a proposta. Desta forma, complete a tabela abaixo e veja que há uma hierarquia de inclusão de uma ca- racterística em outra. Compare esta hierar- quia com a árvore evolutiva acima.

Figura 3. Um fóssil de um molusco marinho parente dos polvos atuais (à esquerda), e uma concha de um organismo atual (à direita). Ambos são membros da classe Cephalopoda.

Figura 2. Uma proposta de árvore filogenética para os vertebrados, incluindo algumas características. Os retân- gulos pretos indicam as características que apareceram na evolução da linhagem e foram mantidas nas linha- gens posteriores. Por exemplo, as vértebras aparecem no ancestral dos vertebrados e são mantidas nas linhagens posteriores, como os anfíbios, aves e mamíferos, por exem- plo. As setas indicam os nomes dos grupos no nível indi- cado. No caso dos mamíferos, como é um ramo final na árvore, não é necessário também nomear seu ramo.

Quais são as funções básicas necessárias para um organismo conseguir viver? Se você refletir sobre isso, perceberá que há diversas respostas possí- veis e que isso depende do tipo de organismo e do ambiente em que ele habi- ta. Comece com você mesmo! Biologicamente, o que você precisa para vi- ver? E uma borboleta, do que precisa? E ... uma ameba, o que você acha que ela precisa para viver? Não há como dizer que uma necessidade biológica é mais importante que outra. Se você, a borboleta e a ameba pararem de excretar, vocês sobrevivem? Aliás, ameba excreta? Se vocês pararem de se movimen- tar, vocês sobrevivem? Será que há animais que não se movimentam jamais? A essa altura você já deve ter percebido que há condições muito diferen- tes para os organismos sobreviverem, determinadas por sua evolução. Com relação à obtenção de energia, por exemplo, os vegetais são autótrofos e os animais são heterótrofos , sendo portanto obrigados a conseguir energia quí- mica produzida por vegetais. O ambiente também é importante na compreen- são das funções de um organismo. Por exemplo, organismos aquáticos têm necessidades de excreção , osmorregulação e respiração diferentes das dos terrestres. E, em animais aquáticos, os de água doce têm necessidades dife- rentes das dos marinhos. Na discussão sobre a classificação baseada em mor- fologia e em ambientes que você fez na última unidade, possivelmente con- cluíram que as duas não são equivalentes. As funções de um organismo são determinadas pela sua evolução mas, ao longo desta, há uma série de conver- gências que encontramos muitas vezes relacionadas ao ambiente. Por exem- plo, organismos voadores como morcegos (mamíferos) e aves pertencem a grupos completamente distintos, mas apresentam uma série de adaptações ao vôo que são semelhantes, como uma alta taxa metabólica, a presença de asas e musculatura especializada, entre outras características. Se há necessidades diferentes para os diferentes animais, quem cumpre todas estas funções? Isso é realizado por células , que estão associadas em tecidos , que por sua vez estão associados em órgãos e estes associados em sistemas. Ou seja, para a movimentação, por exemplo, há célula e tecido res- ponsáveis por isso em uma planária que, por incrível que pareça, são as mes- mas que as de uma cobra! Estão apenas organizadas de maneira diferente! Há, entretanto, um grupo de organismos que cumpre todas as funções básicas para sobrevivência em uma única célula. São os protistas, um grupo diverso de organismos eucarióticos , alguns com afinidades animais, sendo

Os protistas e os animais

Unidade 2

Organizadores

Paulo Takeo Sano Lyria Mori

Elaboradores

Antonio Carlos Marques

A malária é uma das doenças infecciosas mais importantes que atingem os humanos. O ciclo do parasita é determinado pela presença dos hospedei- ros: a reprodução sexuada ocorre no mosquito e a assexuada, no ser humano. Esta reprodução asse- xuada é intensa, fazendo com que haja grande au- mento periódico no número de indivíduos que, quando rompem as hemácias, liberam seus resídu- os e causam episódios de febre e calafrios caracte- rísticos (Fig. 6).

Atividade em classe 2: Em grupo, façam um desenho esquemático de um ciliado (o paramécio, por exemplo). Comparem com a ameba da Fig. 4. Pensem nestes organismos como seres completos que vivem na água doce. A partir dis- so, pensem em quais são suas necessidades biológi- cas e acrescente as estruturas responsáveis por essas em seu desenho. Discutam e pesquisem em seus li- vros didáticos.

Quadro 1. Comparação entre os diversos tipos de doenças causadas por alguns protistas parasitas de seres humanos (protozooses). São apresentados o nome da doença, seu causador e grupo a que pertence, sintomas característicos, forma de contágio e profilaxias.

Figura 6. Ciclo do Plasmodium , causador da malária. No canto inferior, à direita, está representado o gráfico de temperatura do doente em relação ao tempo. Tente explicar este gráfico em um texto (segundo Amabis & Martho, 1985, p. 61.

Atividade extra 2: Considerando os protistas parasitas Plasmodium , Trypanosoma e Entamoeba , compare seus ciclos de vida com relação ao número de hospe- deiros, filos a que pertencem estes hospedeiros e principais regiões ou ambi- entes em que ocorrem no Brasil.

ponente, muito maior, que é a carga histórica que ele traz, ou sua história evolutiva. Assim, biologicamente, podemos tentar compreender as generali- dades das esponjas e das borboletas e camarões e, com isso, compreender como suas linhagens foram evolutivamente selecionadas. Ao pensar ou observar um determinado animal em um local qualquer, devemos dissecá-lo mentalmente nos muitos fatores a que ele está sujeito. Tomemos um besouro passeando sobre uma flor em uma praça qualquer de nosso bairro como exemplo. Bem, primeiro de tudo, ele deve ter meios de encontrar a flor e evitar seus predadores ( sistemas nervoso e sensorial ). Nes- ta flor, ele pode alimentar-se ou pôr seus ovos nesta planta após sua repro- dução , porque suas larvas se alimentam da planta ( ciclo de vida e desenvolvi- mento ). Conseguindo seu alimento, ele deve fazer sua digestão e distribuí-lo por todas suas células ( circulação ), garantindo também que suas trocas gaso- sas ( respiração) cheguem a estas células para que elas sobrevivam, podendo gerar energia. Ao se alimentar, esse organismo produz uma série de produtos nitrogenados que devem ser eliminados por excreção. Para isso, ele pode ser mais ou menos dependente de água, que dilui estes produtos. De qualquer maneira, de tempos em tempos, esse besouro deve obter água, essencial para seus processos metabólicos, e a quantidade de água está relacionada à osmor- regulação (entre outros fatores), deslocando-se por meio de suas pernas ou suas asas ( locomoção). E sua perpetuação gênica será obtida por meio da reprodução (até já mencionamos suas larvas acima, assumindo que ele se reproduz). Essa complexidade de fatores está presente no besouro, mas pode ser diferente para outra família de besouros de um ambiente diferente (viven- do dentro de um tronco ou em um lago, por exemplo), ou para uma pulga, ou para um camarão, ou para uma estrela-do-mar. Até chegarmos à estrela-do- mar, estamos nos afastando evolutivamente de nosso besourinho e podemos então tentar compreender quais são as conseqüências disso.

Atividade em classe 3: Vocês se lembram da lista dos animais que fizeram na atividade da primei- ra unidade, junto com aquela classificação? Pois bem, novamente em grupo, tentem montar uma filogenia, como também visto na primeira unidade, para os animais desta lista. Lembrem-se que as características que aparecem na maior par- te dos animais são também aquelas que tendem a aparecer logo na base da evo- lução e, quando as características forem aparecendo em um menor número de ani- mais, é porque estamos “subindo” na nos- sa árvore evolutiva.

Atividade extra 3: Complete a tabela abaixo para cada or- ganismo utilizando as palavras disponíveis (todas as palavras deverão ser utilizadas). Repare que há dois organismos terrestres e que eles possuem diversas características diferentes, mostrando que, mesmo para um determinado habitat, há diferenças que estão relacionadas à linhagem evolutiva (por exemplo, ao filo) ao qual o organismo pertence.

A vida começou no mar. E o surgimento dos animais também. A partir de então, na evolução animal, o ambiente marinho continuou com o maior nú- mero de linhagens (Fig. 7). Atualmente, apenas 6% dos filos não têm nenhum representante marinho. Dos filos com maior número de espécies (poríferos 1 , cnidários 2 , platelmintes, nematódeos, moluscos, anelí- deos, artrópodes, equinodermos e vertebrados), todos têm espécies que vivem no mar. Mas como é viver no mar? A primeira coisa a se con- siderar é onde se vive, se sobre o substrato (bentos) ou na coluna d’água (plâncton e nécton). Isso tem implica- ções óbvias sobre a locomoção e o sistema nervoso (SN) com seus órgãos dos sentidos (OS). Tomemos alguns exemplos de animais bentônicos: uma esponja (Fig. 8A) é séssil (isto é, não se desloca), e não conta com SN nem OS. Porém, por mais incrível que possa parecer, uma esponja tem movimento em suas células, que ela utiliza para regular a quantidade de entrada de água, por exem- plo. Como é possível ter movimento sem sistema nervo- so? Já uma anêmona (Fig. 8B), que também é séssil, tem SN na forma de uma rede neural e conta com estruturas sensoriais esparsas, uma vez que, por ter uma simetria radial , recebe estímulos ambientais de todos os lados. Um molusco gastrópode (como um caramujo marinho; Fig. 8C) já é vágil , isto é, move-se por meio do deslizamento ciliar sobre o muco produzido, e isso está relacionado à sua simetria bilateral com uma concentração de células nervo- sas ( gânglios ) e OS na região anterior, que é a que explora o ambiente. Igual- mente bilaterais, caranguejos (Fig. 8D) são bastante ativos, locomovendo-se por intermédio de seus apêndices articulados com intrincada musculatura, mas mantêm um SN cerebral e OS na região anterior (mesmo andando de lado!). Por fim, um lírio-do-mar (Fig. 8E) também tem a capacidade de ser vágil, embora seja pouquíssimo ativo no meio. É curioso que o lírio também apresenta simetria radial e, assim como a anêmona, ele apresenta OS esparsos e SN em rede neural.

A vida no mar: o bentos

Unidade 4

Organizadores

Paulo Takeo Sano Lyria Mori

Elaboradores

Antonio Carlos Marques

(^1) - http://www.ufba.br/~zoo1/porifera.html [biologia e aspectos gerais dos poríferos].

• http://acd.ufrj.br/labpor/1-Esponjas/Esponjas.htm [informações gerais, classificação, ecologia e importância econômica]. 2
  • http://www.ufrpe.br/lar/index3.html [informações sobre recifes de corais, importantes formações de cnidários].

Figura 7. Proporção de filos do reino animal segundo o ambiente em que vivem.