EVOLUÇÃO DA BIOSFERA

Origem da vida e mudanças ambientais

O termo "Biosfera" foi introduzido, em

1875" o conjunto dos sólidos da Terra,

"atmosfera" o conjunto dos gases da

Terra e "hidrosfera" o conjunto das

águas da Terra, sendo por analogia a

esses termos, "biosfera" o conjunto dos

seres vivos da Terra e seus habitats. ,

pelo geólogo austríaco Eduard Suess.

O conceito foi criado por analogia a

outros conceitos que já existiam em

1875 para nomear partes da estrutura

interna da Terra, termos tais como

"litosfera

• Camada extremamente fina que suporta a vida na Terra, entre a troposfera e as camadas superficiais de rochas e sedimentos porosos.

• É responsável pelas cores azul e verde quando vista do espaço por meio de imagem de satélites

• Biosfera é a soma global de todos os ecossistemas da terra.

• Zona de vida na Terra

• Perspectiva biofisiológica: sistema ecológico global, inclui:

– Todos os organismos e suas relações

– Suas relações com os elementos da litosfera, hidrosfera e atmosfera

A biosfera evoluiu a partir de um processo chamado BIOGÊNESE a pelo menos 3,5 bi.a.

Qual das esferas teria surgido primeiro?

litosfera

• Blocos continentais

• Tectônica de placas

• hidrosfera • Origem da água

• Formação dos oceanos

• Ciclo hidrológico

atmosfera

• Formação da atmosfera

• Composição da atmosfera primitiva

• Evolução da atmosfera

• Mudanças climáticas

• http://www.scotese.com/paleocli.htm

Mudanças climáticas

Variações na

temperatura da Terra

• A evolução destas três esferas vão definir os ambientes sob os quais estarão submetidos os organismos, cuja evolução de suas características intrínsecas (genótipos, patrimônios genéticos e variabilidades genéticas) vão definir os padrões de distribuição para cada organismo, em cada época particular, inclusive as espécies que serão extintas

• Os elementos abióticos da biosfera foram profundamente influenciados pela vida

• A vida tem sido moldada pelo ambiente que a envolve

• No princípio somente algumas partes dos oceanos suportava a vida

• Atualmente o ambiente da vida inclui a atmosfera, os oceanos e pequenos poros nas rochas

• Mesmo os mais hostis ambientes suportam vida (extremofilas)

– Em áreas polares algas sobrevivem durante algumas semanas em poros nos gelo

– No outro extremo bactérias termófilas habitam vulcões submersos, onde a água está submetida a altíssimas pressões e temperaturas (acima de 300°C

Resistentes à

radiação: Deinococcus

radiodurans . Esta bactéria

tem a habilidade de reparar o

despedaçamento do DNA

causado pela radiação numa

velocidade 50 vezes maior do

que em outras bactérias. A

quantidade de radiação

necessária para matá-la é mil

vezes maior do que a

necessária para exterminar

outras bactérias.

Alcalinófilos: resistem a ambientes altamente alcalinos, com pH próximo a 14. Estas bactérias fazem isto através do bloqueio da entrada dos íons OH na célula pela ação de suas enzimas. É o caso de Pseudomonas pseudoalcaligenes.

Resistentes à desidratação: Algas e liquens sobrevivem em “lagos” secos do Vale da Morte, Arizona. Este ambiente é muito semelhante aos lagos secos de Marte, exceto pela temperatura muito mais baixa lá. Desertos gelados também são encontrados na Antártica, onde florescem algas unicelulares e liquens em condições semelhantes a Marte.

• Halófilos: bactérias capazes de suportar concentrações extremas de solutos. Por osmose estes organismos deveriam desidratar-se e morrer rapidamente, mas controlam a perda de água. A maioria dos halófilos também são alcalinófilos, já que habitam ambientes alcalinos devido aos sais, e termófilos, já que superam os 65º C das regiões que habitam. Um exemplo seria Halomonas variabilis.

Acidófilas: vivem em ambientes como lagoas sulfúricas e nossos estômagos onde o pH

varia de 1 a 4. Cyanidium caldarium é uma alga vermelha que resiste em águas

bastante ácidas. Mas novamente são as arqueias que ganham com Picrophilaceae sp.

resistindo a valores negativos de pH. Nestes organismos o pH interno é mantido da

mesma forma que em alcalinófilos, vedando as células à entrada de íons.

Ellos prosperan en peligrosos vertederos de desechos y en

los restos minero, haciendo una cena con el metal.

ElGeobacter por ejemplo, convierte el uranio disuelto a un

estado sólido, así se lo podrían poner a trabajar en limpiar las

tierras contaminadas.

• CONDIÇÕES PARA A EMERGÊNCIA DA VIDA

• Apesar dos extremos que suportam vida a maior parte da vida na terra está adaptada aos ambientes mais estáveis do ponto de vista de sustentação

• A vida surgiu na Terra tão logo as condições ambientais permitissem:

– Resfriamento da superfície: a maior parte da vida desenvolve-se entre numa faixa de temperatura bastante restrita (0°C a 100°C)

– Altas temperaturas causam a desnaturação das proteínas

– Baixas temperaturas dificultam o metabolismo

• Formação da atmosfera primitiva (2ª atmosfera) = resultado da liberação de gases por erupções vulcânicas (degaseamento)

• Resfriamento da superfície terrestre = liberação de vapor d’água • Até 4 bi.a. os oceanos eram muito quentes para suportar vida • Por volta de 2,8 bi.a. (Arqueano) formação das primeiras rochas

leves (sílica e alumínio), que se expandiram rapidamente. • Por volta de 2.6 bi.a. 60% das massas continentais atuais já

existiam • Inicio do processo de deriva continental

• Composição da atmosfera primitiva (hidrogênio, amônia, metano, dióxido de carbono) e vapor d'água.

• Fotossíntese (cianobacterias)

• Oxigênio, até atingir o teor atual. Há alguns milhões de anos, ela entrou em equilíbrio,

• Idade aproximada da Terra: 4,6 bi. a. 3,85 bilhões de anos • Rochas mais antigas (Groenlandia)= 4,2 bi. a. • Eon Hadeano

– Sem atmosfera – Sem camada de ozônio – Sem continentes – Sem oceanos

Arqueano:

Água em forma

liquida

Ciclo hidrológico

Arqueano (início)

Remoção de co2 da atmosfera

Remoção do cálcio das rochas = formação de carbonato

Depósito de carbonato de cálcio nos oceanos = subducçaõ = retorno do

co2 à atmosfera = efeito estufa = oceanos líquido = temperaturas

estáveis da superfície

• Las cianobacterias son organismos unicelulares que crecen en el agua, que poseen pigmentos fotosintéticos y que liberan oxígeno durante su metabolismo. También se les conoce como algas verdiazules, (aunque no son algas).

Many lines of evidence support a theory that the entire Earth was ice-covered for long periods 600-700 million years ago. Each glacial period lasted for millions of years and ended violently under extreme greenhouse conditions. These climate shocks triggered

the evolution of multicellular animal life, and challenge long-held assumptions regarding the limits of global change.

• Snowball Earth = teoria que diz que a terra foi coberta por uma camada de gelo por longos períodos há evidencias de dois episodios = neoproterozoico e

• http://www-eps.harvard.edu/people/faculty/hoffman/snowball_paper.html

• A variedade de formas de vida e de ecossistemas como hoje é conhecida é resultado de um processo que remonta às origens do planeta , do ambiente primordial que possibilitou a origem da vida, por meio do processo chamado abiogênese formando as primeiras moléculas replicadoras (RNA)= SINTESE PRE-BIÓTICA

• Desde a origem do primeiro organismo, este vem apresentando modificações em seu código, resultando em variabilidade genética que por sua vez resulta em organismos com características variadas, os quais são submetidos às pressões seletivas do ambiente, podendo resultar em extinção e especiação .

• O processo explicitados cima resulta nas condições ambientais atuais do planeta, com sua variabilidade de vida e de sistemas ecológicos: ecossistemas e biomas.

• Embora o conhecimento cientifico sobre as espécies seja ainda limitado, os estudos ecológicos do século XX revelaram que os elementos físicos e biológicos estão tão intimamente interconectados do que se acreditava anteriormente (coevolução e edaptação)

• Os estudos revelaram que as mais “insignificantes .” espécies são cruciais para a estabilidade das comunidades (biomas, ecossistemas…)

• Fica evidente a importância em se conhecer a historia da vida sobre a Terra e os principais eventos evolutivos que culminaram com a atual distribuição dos organismos sobre a Terra

• Não devemos esquecer também da ação do homem, principalmente dede o advento da agricultura e pecuária = biogeografia cultural

• A inter-relação entre natureza (inclusive humana) e cultura é fundamental para entendermos os fenômenos ambientais ocorridos na escala histórica (a crise ambiental) e entendermos a importância da manutenção da biodiversidade

em suas variadas concepções

Pré Cambriano

• Hadeano ( das origens até 3,8 bi. a.)

• Origem do DNA

• Composição da atmosfera primordial da Terra: vapor d’água (H2O), gás carbônico (CO2), monóxido de carbono (CO), dióxido de enxofre (SO2), cloreto de hidrogênio (HCl), nitrogênio (N2) e hidrogênio (H2)

• Temperaturas e pressões adequadas para a presença perene de água líquida em sua superfície, mantida por um ciclo hidrológico que inclui o gelo dos pólos e o vapor da atmosfera. A água pôde atuar como solvente de substâncias químicas diversas, em especial compostos de carbono, que puderam reagir mais facilmente, inaugurando rotas bioquímicas que culminaram no aparecimento dos primeiros seres vivos.

Pré Cambriano

• ARQUEANO (3.8 a 2.5 bi. a.)

• Em contraste com o Proterozóico, as rochas arqueanas são com freqüência sedimentos de água profunda pesadamente metamorfizados, tais como grauvacas, lamitos, sedimentos

vulcânicos e formações de ferro em bandas

• Durante o Paleoarqueano (3,6 a 3,2 bi. a.) surgiram os primeiros continentes, possivelmente devido a colisões entre arcos de ilhas, que se amalgamaram formando pequenas massas continentais. Mais para o final desta era, pode ter se formado um supercontinente, chamado Vaalbara.

Pré Cambriano

• ARQUEANO (3.8 a 2.5 bi. a.)

• Atmosfera: redutora (metano, amônia e outros gases tóxicos para a vida atual)

• Resfriamento e solidificação da crosta e formação das placas continentais

• 3,5 bi.a. fóssil mais antigo (primeiro 1bi. a. do Arqueano consiste de bactérias)

• Estromatólitos = colônias de bactérias fotossintéticas comuns no arqueano, com declínio no Proterozóico e pouco comum atualmente

Pré Cambriano ARQUEANO (3.8 a 2.5 bi. a.)

• Temperaturas parecem ter sido próximas dos níveis modernos,

– Água líquida presente, – Evidências de sol cerca de um terço menos quente, o que contribuiria para baixar as

temperaturas globais em relação ao que de outra forma seria esperado.

• Pensa-se que esse efeito era contrabalançado por quantidades de gases de efeito

estufa maiores do que as verificadas mais tarde na história da Terra. • A ausência de grandes continentes impediria o consumo elevado de dióxido de

carbono, através do intemperismo das rochas.

• A falta de organismos clorofilados também evitaria o consumo de dióxido de carbono.

• A atmosfera era então rica desse gás, e praticamente sem oxigênio.

Living stromatolites in Hamelin Pool of Shark Bay, Western Australia.

Roger Garwood and Trish Ainslie/Corbis

Pré Cambriano

• ARQUEANO (3.8 a 2.5 bi. a.)

• No Neorqueano, cerca de 2,6 bilhões de anos, a atividade tectônica de placas pode ter sido bastante similar à da Terra moderna.

• Há bacias sedimentares bem preservadas e evidência de arcos vulcânicos, rachaduras intracontinentais, colisões entre continentes e eventos orogênicos de âmbito global bem disseminados, sugerindo a montagem e destruição de um e talvez vários supercontinentes.

• A água líquida era prevalecente, e bacias oceânicas profundas são conhecidas pela presença de formações de ferro em bandas, depósitos de chert, sedimentos químicos e basaltos de travesseiro.

• A fotossíntese oxigênica evoluiu primeiro nesta era, e foi responsável pela grande proliferação de estromatólitos nos litorais do mundo.

Pré Cambriano • Proterozóico (2.5 a 543 mi. a.)

• Importantes eventos da história da terra e da vida

– Primeiros continentes estáveis e acreções – Fosseis abundantes de bactérias e arqueas – Proterozóico médio = evidências de oxigênio na atmosfera

(catástrofe) = acontecimentos mais importantes do Proterozóico

– O aparecimento das primeiras formas de vida unicelulares avançadas e multicelulares coincide aproximadamente com o início da acumulação de oxigênio livre

– Advento das camadas vermelhas, coloridas pela hematita, indicam um aumento da concentração de oxigênio atmosférico a partir de há 2 mil milhões de anos

– 1,8 bi. a. aparecimento de fosseis de eucarióticos

Pré Cambriano Proterozóico (2.5 a 543 mi. a.)

• No Proterozóico ocorrem muitos estratos que foram depositados em extensos mares epicontinentais pouco profundos; com rochas pouco metamorfizadas

• Por volta de 900 Ma. as massas continentais parecem estar reunidas no supercontinente Rodínia que irá sofrer uma fragmentação no final do Proterozóico,

• As primeiras glaciações ocorreram durante o Proterozóico; uma delas iniciou-se pouco depois do início deste éon, enquanto que ocorreram pelo menos quatro durante o Neoproterozóico, culminando na Terra bola de neve da glaciação Varangiana.

• A Glaciação Huroniana, a mais antiga da qual há vestígios, ocorreu há 2 400 a 2 100 milhões de anos.

Rodínia

Pré Cambriano Proterozóico (2.5 a 543 mi. a.)

• Extinção de vários grupos de bactérias (oxigênio livre)

• Explosão de formas eucarióticas – Algas multicelulares

• Final do Proterozóico : primeiros animais

• Fauna do Proterozóico • O filo Cnidária = Proterozóico surgiram as seguintes classes:

– Classe Protomedusae (extinta no período Ordoviciano)

– Classe Scyphozoa (classe atual que engloba as medusas ou águas-vivas)

– Classe Anthozoa (classe atual que engloba os corais e anêmonas-do-mar

Pré Cambriano Proterozóico (2.5 a 543 mi. a.)

• Outros cnidários do Proterozóico:

– Cyclomedusa - medusa primitiva bentônica.

– Eoporpita - um provável membro da classe Hydrozoa

– Mawsonites - Protomedusa do Ediacariano que até algum tempo era classificado como Vendozoário

– Charnia - Cnidário primitivo parente dos atuais corais.

– Pteridinium - Cnidário primitivo sem parentesco com os atuais

• Filo Annelida – Vulgarmente, anelídeos = vermes segmentados - com o

corpo formado por "anéis" - como a minhoca e a sanguessuga. Existem mais de 15.000 espécies destes animais em praticamente todos os ecossistemas, terrestres, marinhos e de água doce. Encontram-se anelídeos com tamanhos desde menos de um milímetro até mais de 3 metros.

– Dickinsonia - mesmo sendo considerado como um Polychaeta,na verdade é um incertae sedis que não se sabe se é um Anelídeo ou umEquinodermo.

– Spriggina - anelídeo que pode ter parentesco com os Artrópodes.

• Filo Porífera – Porífera = filo do reino Animalia, sub-reino Parazoa, onde

se enquadram os animais conhecidos como esponjas

Just before the Cambrian, in the Late Proterozoic, large, multi-cellular life

that had soft bodies (jellyfish, etc.) are found in the fossil record.

Pré Cambriano •Proterozóico (2.5 a 543 mi. a.)

Bitter Springs (formação) - fosseis

de eucarioticos mais antigos

Ediacara(colinas) - mais antigos

fósseis de animais (Vendiano ou

Fauna Ediacara - 650 a 543 mi. a.)

Mistaken Point, Newfoundland -

fosseis misteriosos

Nopah Range - rochas sedimentares

mais antigas : sul da Califórnia (1.5 bi.

a.)

White Sea - área de pesquisa da

fauna Vendiana.

Proterozóico (2.5 a 543 mi. a.) Vendiano (650 to 543 mi. a.)

Éon Fanerozóico paleozóico

• Condições ambientais

• Por 1.5 bi.a. os organismos fotossintéticos viveram nos oceanos

• Camada de ozônio permite a vida nos continentes

Plantas Problemas para a vida fora na terra

• Radiação

• Dessecação

– Ar extremante seco

– Suprimento de água esporádico

• Dispersão

• Ausência de água para dispersão

• Fertilização

– Requer água

Soluções para vida na terra

• Pecilohidricas (Poikilohídrico)

• organismo adapta mecanismo para regular seu suprimento de água conforme o ambiente

• Estes organismos não tem mecanismos para evitar dessecação: eles dessecam e mantem

• geralmente absorvem água diretamente pela superfície do corpo

• Inclui: algas verdes, cianobactérias, liquens e briófitas.

Plantas homohídricas

• A disponibilidade de água no organismo é constante:

– Controlando a perda por meio cutícula

• Valvulas controlaveis nas cuticulas para fotossintese(estomato) • Reposição das perdas usnado os xilemas (plantas vasculares) • 3D structure: minimises surface area, provides support • Ventilated tissue for enhanced gas exchange (internal intercellular spaces