Fundamentos de biologia

Ainda que biólogos tenham um amplo conhecimento sobre a vida na Terra, ainda restam muitos mistérios. Formular perguntas a respeito dos organismos que vivem no planeta e buscar respostas a partir de pesquisas científicas são as atividades centrais da biologia, o estudo científico da vida.

As perguntas dos biólogos podem ser ambiciosas. Eles podem indagar como uma única e pequena célula se torna uma árvore ou um cão, como funciona a mente humana ou como as diferentes formas de vida em uma floresta interagem. Talvez muitas perguntas interessantes lhe venham à mente quando você está fora de casa, cercado pela natureza. Quando isso acontece, você já está raciocinando como biólogo.

Acima de tudo, a biologia é uma busca, uma contínua pesquisa sobre a natureza da vida. No nível mais fundamental, podemos indagar: o que é vida? Até mesmo uma criança sabe que cães e plantas são seres vivos, enquanto pedras e carros, não. Entretanto, o fenômeno que chamamos de vida desafia uma definição simples e breve. Reconhecemos a vida em função do que seres vivos fazem.

Todos os organismos vivos têm determinadas características que os distinguem das coisas não vivas.

• Organização celular
• Hereditariedade
• Metabolismo (processamento de energia)
• Reatividade (resposta ao ambiente)
• Crescimento
• Reprodução
• Adaptação evolutiva

Níveis de organização biológica

• Biosfera: mesmo do espaço sideral, começamos a observar sinais de vida – no mosaico verde das florestas, por exemplo. Também podemos observar a escala de toda a biosfera, que consiste em toda a vida na Terra e em todos os lugares onde existe vida: a maior parte das regiões continentais, oceanos, atmosfera até uma altitude de vários quilômetros, e até mesmo sedimentos muito abaixo do fundo do oceano.
• Ecossistema: um ecossistema consiste em todos os seres vivos de uma área em particular, assim como todos os componentes abstratos do ambiente com os quais a vida interage, como solo, água, gases atmosféricos e luz.
• Comunidades: o espectro de organismos que habitam um ecossistema particular (conjunto de populações).
• Populações: consiste em todos os indivíduos de uma espécie vivendo dentro dos limites de uma área especificada.
• Organismos: seres vivos individuais.
• Sistemas: grupos de órgãos que cooperam para uma função específica.
• Órgãos: partes corporais (estruturas anatômicas) formadas por diferentes tipos de tecidos para desempenhar funções específicas no organismo.
• Tecidos: grupo de células que juntas desempenham uma função especializada.
• Células: unidades fundamentais de estrutura e função da vida. Alguns organismos são unicelulares, enquanto outros são pluricelulares ou multicelulares.
• Organelas: componentes funcionais que compõem as células.
• Moléculas: estrutura química que consiste em duas ou mais pequenas unidades denominadas átomos.

Propriedades emergentes

Vamos reexaminar os níveis de organização dos seres vivos, mas desta vez começando do nível molecular e então retrocedendo o zoom. Essa abordagem nos permite observar a emergência, em cada nível, de novas propriedades ausentes no nível anterior. Essas propriedades emergentes se devem ao arranjo e às interações.

Por exemplo, apesar de o processo da fotossíntese ocorrer em um cloroplasto (uma organela), o mesmo processo não ocorrerá em um tubo de ensaio contendo uma solução com clorofila e outras moléculas de cloroplasto. O processo coordenado de fotossíntese requer uma organização específica dessas moléculas no cloroplasto.

As propriedades emergentes não são exclusivas à vida. Uma caixa contendo partes de uma bicicleta não irá lhe transportar a lugar algum, mas se forem organizadas em certa configuração, você pode pedalar ao destino que desejar. Entretanto, comparados com esses exemplos abstratos, os sistemas biológicos são consideravelmente mais complexos, o que torna o estudo de propriedades emergentes da vida especialmente desafiador.

Célula: a unidade estrutura e funcional de um ser vivo

Na hierarquia estrutural da vida, a célula constitui a menor unidade de organização que pode desempenhar todas as atividades necessárias para a vida. Na verdade, todas as ações dos organismos baseiam-se no funcionamento das células. Por exemplo, o movimento dos seus olhos ao ler esta frase resulta das atividades de células musculares e nervosas. Até mesmo um processo de ocorrência em escala global, como a reciclagem de átomos de carbono, é produto de funções celulares, incluindo a atividade fotossintética nas células de folhas.

Uma breve reflexão sobre os vírus

O vírus não é formado por célula, o que significa que não é um organismo. Ele está vivo? Isso é discutível. Ele pode se duplicar e tem material genético, mas o fato de não ter uma estrutura celular parece desqualificá-lo. Alguns biólogos consideram que os vírus estão na fronteira entre entidades vivas e não vivas.

Os vírus só se reproduzem dentro da célula de um organismo hospedeiro. Fora da célula, eles existem como partículas virais, com uma estrutura de duas ou três partes – um filamento de DNA ou RNA dentro de uma cápsula de proteína (o capsídeo), às vezes com um envelope de lipídios por fora.

Os processos da vida envolvem a expressão e a transmissão de informação genética

Dentro das células, as estruturas denominadas cromossomos contêm material genético na forma de DNA (ácido desoxirribonucleico). Em células que estão se preparando para divisão, é possível visualizar cromossomos visíveis utilizando um corante que, quando ligado ao DNA, apresenta coloração azul.

DNA, o material genético

Cada vez que uma célula se divide, o DNA é primeiramente replicado, ou copiado, e cada uma das duas células-filhas herda um conjunto completo de cromossomos idênticos ao originalmente presente na célula-mãe. Cada cromossomo contém uma longa molécula de DNA com centenas ou milhares de genes, cada um representando um setor do DNA do cromossomo. Os genes são a unidade de herança transferida dos pais para os filhos.

Eles codificam a informação necessária para formar todas as moléculas sintetizadas dentro de uma célula e, assim, estabelecem a identidade e função celular. Cada um de nós se originou a partir de uma única célula portando DNA herdado dos nossos pais. A replicação desse DNA durante cada rodada da divisão celular transmitiu cópias do DNA até que, por fim, se tornou os trilhões de células que compõem o nosso corpo. Juntamente com o crescimento e divisão celular, a informação genética codificada pelo DNA direcionou o nosso desenvolvimento.

A vida requer a transferência e transformação de energia e matéria

Uma característica fundamental dos seres vivos é o seu uso de energia para desempenhar as atividades da vida. Movimento, crescimento, reprodução e as diversas atividades celulares representam tarefas, e essas requerem energia. A entrada de energia, principalmente solar, e a conversão dessa energia de uma forma para outra, são o que tornam a vida possível.

As folhas de uma planta absorvem luz solar, e as moléculas dentro das folhas convertem a energia da luz solar em energia química de alimentos, como açúcares, produzidos durante a fotossíntese. A energia química presente nas moléculas de alimento é então passada adiante por plantas e outros organismos fotossintetizantes (produtores) a consumidores. Consumidores (p. ex., animais) são organismos que se alimentam de produtores e outros consumidores.

Quando um organismo faz uso de energia química para desempenhar suas funções, como a contração muscular ou a divisão celular, um pouco dessa energia é perdida na forma de calor para o ambiente circundante. Dessa forma, considera-se que a energia atravessa um ecossistema a partir de um fluxo unidirecional e contínuo, geralmente entrando na forma de luz e saindo na forma de calor. Já compostos químicos são reciclados dentro de um ecossistema.

Os compostos químicos absorvidos por plantas a partir do ar ou solo podem ser incorporados ao corpo da planta e então passados para um animal que se alimente dela. Por fim, esses compostos químicos retornarão ao ambiente a partir da ação de decompositores, como bactérias e fungos, que fragmentam produtos de descarte, folhas mortas e corpos de organismos mortos. Esses compostos químicos se tornam então disponíveis para serem novamente absorvidos pelas plantas, assim completando o ciclo.

Interação de um organismo com outros organismos e o ambiente circundante

Em nível de ecossistema, cada organismo interage com outros organismos. Por exemplo, uma árvore de acácia interage com micro-organismos do solo associados às suas raízes, insetos que nela vivem e animais que comem suas folhas e frutos.

Em alguns casos, interações entre organismos são mutuamente benéficas. Exemplo disso é a associação entre uma tartaruga marinha e os chamados “peixes limpadores” que nadam ao seu redor. Esses peixes se alimentam de parasitas que acabariam prejudicando a tartaruga e, em troca, ganham alimento e proteção contra predadores.

Algumas vezes, uma espécie é beneficiada enquanto a outra é prejudicada, como quando um leão mata e se alimenta de uma zebra. Já em outros casos, ambas as espécies são prejudicadas – por exemplo, quando duas plantas competem por um recurso escasso em um mesmo solo. Interações entre organismos ajudam a regular o funcionamento do ecossistema como um todo. Os organismos também interagem continuamente com fatores físicos em seus ambientes. As folhas de uma árvore, por exemplo, absorvem luz solar e dióxido de carbono do ar e liberam oxigênio para o meio.