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1 Evolução, os Temas da Biologia e a Pesquisa Científica 1 Pesquisando sobre a vida 1 CONCEITO 1.1 O estudo da vida revela temas comuns 2 Tema: Novas propriedades emergem em cada nível da hierarquia biológica 3 Tema: os processos da vida envolvem a expressão e a transmissão de informação genética 5 Tema: a vida requer a transferência e transformação de energia e matéria 7 Tema: de ecossistemas a moléculas, as interações são fundamentais nos sistemas biológicos 8 Evolução, o tema central da biologia 9 CONCEITO 1.2 O tema central: a evolução é responsável pela uniformidade e diversidade da vida 10 Classificando a diversidade da vida 10 Charles Darwin e a teoria da seleção natural 12 A árvore da vida 13 CONCEITO 1.3 Ao estudar a natureza, os cientistas fazem observações, formulam e testam hipóteses 15 Fazendo observações 16 Formulando e testando hipóteses 16 A flexibilidade do processo científico 18 Um estudo de caso em pesquisa científica: investigando a coloração da pelagem em populações de camundongo 19 Variáveis experimentais e controles 20 Teoria na ciência 21 CONCEITO 1.4 A ciência faz uso de uma abordagem cooperativa e de diversos pontos de vista 21 Aprimorando o trabalho de outros 21 Ciência, tecnologia e sociedade 23 O valor de pontos de vista diversificados 23 A QUÍMICA DA VIDA 27 2 O Contexto Químico da Vida 28 Uma conexão química para a biologia 28 CONCEITO 2.1 A matéria consiste em elementos químicos na forma simples e em combinações denominadas compostos 29 Elementos e compostos 29 Os elementos da vida 29 Estudo de caso: evolução da tolerância a elementos tóxicos 30 CONCEITO 2.2 As propriedades de um elemento dependem da estrutura dos seus átomos 30 Partículas subatômicas 30 Número atômico e massa atômica 31 Isótopos 31 Os níveis de energia dos elétrons 32 Distribuição eletrônica e propriedades químicas 34 Orbitais eletrônicos 35 CONCEITO 2.3 A formação e a função das moléculas dependem das ligações químicas entre os átomos 36 Ligações covalentes 36 Ligações iônicas 37 Ligações químicas fracas 38 Forma e função moleculares 39 CONCEITO 2.4 As reações químicas formam e rompem ligações químicas 40 3 Água e Vida 44 A molécula que sustenta toda a vida 44 CONCEITO 3.1 As ligações covalentes polares nas moléculas de água promovem ligações de hidrogênio 45 CONCEITO 3.2 Quatro propriedades emergentes da água contribuem para a adequação da Terra à vida 45 Coesão das moléculas de água 45 Moderação da temperatura pela água 46 Flutuação do gelo sobre a água líquida 48 Água: o solvente da vida 48 Possível evolução de vida em outros planetas 50 CONCEITO 3.3 Condições ácidas e básicas afetam os organismos vivos 51 Ácidos e bases 51 A escala do pH 51 Tampões 52 Acidificação: ameaças à qualidade da água 53 4 O Carbono e a Diversidade Molecular da Vida 56 Carbono: esqueleto da vida 56 CONCEITO 4.1 A química orgânica é o estudo dos compostos de carbono 57 Moléculas orgânicas e a origem da vida na Terra 57 CONCEITO 4.2 Os átomos de carbono podem formar diversas moléculas ligando-se a outros quatro átomos 58 A formação de ligações com o carbono 59 A diversidade molecular se origina da variação dos esqueletos de carbono 60 CONCEITO 4.3 Alguns grupos químicos são essenciais para a função molecular 62 Os grupos químicos mais importantes no processo da vida 62 ATP: importante fonte de energia para os processos celulares 64 Os elementos químicos da vida: uma revisão 64 5 Estrutura e Função de Grandes Moléculas Biológicas 66 As moléculas da vida 66 CONCEITO 5.1 Macromoléculas são polímeros compostos por monômeros 67 A síntese e a clivagem de polímeros 67 A diversidade dos polímeros 67 CONCEITO 5.2 Carboidratos servem como combustível e material de construção 68 Açúcares 68 Polissacarídeos 70 UNIDADE 1 Sumário Detalhado

Campbell português

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biologia de campbell em português

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  • 1Evoluo, os Temas da Biologia e a Pesquisa Cientfica 1

    Pesquisando sobre a vida 1CONCEITO 1.1 O estudo da vida revela temas comuns 2

    Tema: Novas propriedades emergem em cada nvel da hierarquia biolgica 3

    Tema: os processos da vida envolvem a expresso e a transmisso de informao gentica 5

    Tema: a vida requer a transferncia e transformao de energia e matria 7

    Tema: de ecossistemas a molculas, as interaes so fundamentais nos sistemas biolgicos 8

    Evoluo, o tema central da biologia 9CONCEITO 1.2 O tema central: a evoluo responsvel pela uniformidade e diversidade da vida 10

    Classificando a diversidade da vida 10Charles Darwin e a teoria da seleo natural 12A rvore da vida 13

    CONCEITO 1.3 Ao estudar a natureza, os cientistas fazem observaes, formulam e testam hipteses 15

    Fazendo observaes 16Formulando e testando hipteses 16A flexibilidade do processo cientfico 18Um estudo de caso em pesquisa cientfica: investigando a

    colorao da pelagem em populaes de camundongo 19Variveis experimentais e controles 20Teoria na cincia 21

    CONCEITO 1.4 A cincia faz uso de uma abordagem cooperativa e de diversos pontos de vista 21

    Aprimorando o trabalho de outros 21Cincia, tecnologia e sociedade 23O valor de pontos de vista diversificados 23

    A QUMICA DA VIDA 27

    2 O Contexto Qumico da Vida 28Uma conexo qumica para a biologia 28CONCEITO 2.1 A matria consiste em elementos qumicos na forma simples e em combinaes denominadas compostos 29

    Elementos e compostos 29Os elementos da vida 29Estudo de caso: evoluo da tolerncia a elementos txicos 30

    CONCEITO 2.2 As propriedades de um elemento dependem da estrutura dos seus tomos 30

    Partculas subatmicas 30Nmero atmico e massa atmica 31Istopos 31Os nveis de energia dos eltrons 32Distribuio eletrnica e propriedades qumicas 34Orbitais eletrnicos 35

    CONCEITO 2.3 A formao e a funo das molculas dependem das ligaes qumicas entre os tomos 36

    Ligaes covalentes 36Ligaes inicas 37Ligaes qumicas fracas 38Forma e funo moleculares 39

    CONCEITO 2.4 As reaes qumicas formam erompem ligaes qumicas 40

    3 gua e Vida 44A molcula que sustenta toda a vida 44CONCEITO 3.1 As ligaes covalentes polares nas molculas de gua promovem ligaes de hidrognio 45CONCEITO 3.2 Quatro propriedades emergentes da gua contribuem para a adequao da Terra vida 45

    Coeso das molculas de gua 45Moderao da temperatura pela gua 46Flutuao do gelo sobre a gua lquida 48gua: o solvente da vida 48Possvel evoluo de vida em outros planetas 50

    CONCEITO 3.3 Condies cidas e bsicas afetam os organismos vivos 51

    cidos e bases 51A escala do pH 51Tampes 52Acidificao: ameaas qualidade da gua 53

    4O Carbono e a Diversidade Molecular da Vida 56

    Carbono: esqueleto da vida 56CONCEITO 4.1 A qumica orgnica o estudo dos compostos de carbono 57

    Molculas orgnicas e a origem da vida na Terra 57CONCEITO 4.2 Os tomos de carbono podem formar diversas molculas ligando-se a outros quatro tomos 58

    A formao de ligaes com o carbono 59A diversidade molecular se origina da variao dos

    esqueletos de carbono 60CONCEITO 4.3 Alguns grupos qumicos so essenciais para a funo molecular 62

    Os grupos qumicos mais importantes no processo da vida 62

    ATP: importante fonte de energia para os processos celulares 64

    Os elementos qumicos da vida: uma reviso 64

    5Estrutura e Funo de Grandes Molculas Biolgicas 66

    As molculas da vida 66CONCEITO 5.1 Macromolculas so polmeros compostos por monmeros 67

    A sntese e a clivagem de polmeros 67A diversidade dos polmeros 67

    CONCEITO 5.2 Carboidratos servem como combustvel e material de construo 68

    Acares 68Polissacardeos 70

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    as dependem

    Sumrio Detalhado

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  • CONCEITO 5.3 Os lipdeos so um grupo diversificado de molculas hidrofbicas 72

    Gorduras 72Fosfolipdeos 74Esteroides 75

    CONCEITO 5.4 As protenas apresentam grande variedade de estruturas, o que resulta em uma variedade de funes 75

    Monmeros de aminocidos 75Polipeptdeos (polmeros de aminocidos) 78A estrutura e a funo das protenas 78

    CONCEITO 5.5 Os cidos nucleicos armazenam, transmitem e ajudam a expressar a informao hereditria 84

    Os papis dos cidos nucleicos 84Os componentes dos cidos nucleicos 85Polmeros de nucleotdeos 86As estruturas das molculas de DNA e RNA 86

    CONCEITO 5.6 A genmica e a protemica transformaram a pesquisa biolgica e suas aplicaes 87

    DNA e protenas: novas fitas mtricas da evoluo 87

    A CLULA 92

    6 Uma Viagem pela Clula 93As unidades fundamentais da vida 93CONCEITO 6.1 Para estudar as clulas, os bilogos utilizam microscpios e ferramentas da bioqumica 94

    Microscopia 94Fracionamento celular 96

    CONCEITO 6.2 Clulas eucariticas possuem membranas internas que compartimentalizam suas funes 97

    Comparao entre clulas procariticas e eucariticas 97Uma viso panormica da clula eucaritica 99

    CONCEITO 6.3 As instrues genticas das clulas eucariticas so guardadas no ncleo e executadas pelos ribossomos 102

    O ncleo: central de informaes 102Ribossomos: fbricas de protenas 102

    CONCEITO 6.4 O sistema de endomembranas regula o trfego de protenas e realiza as funes metablicas na clula 104

    O retculo endoplasmtico: fbrica biossinttica 104O aparelho de Golgi: centro de remessa e recepo 105Lisossomos: compartimentos de digesto 107Vacolos: diversos compartimentos de manuteno 108O sistema de endomembranas: uma reviso 108

    CONCEITO 6.5 As mitocndrias e os cloroplastos mudam a energia de uma forma para outra 109

    As origens evolutivas de mitocndrias e cloroplastos 109Mitocndrias: converso de energia qumica 110Cloroplastos: captura de energia livre 110Peroxissomos: oxidao 111

    CONCEITO 6.6 O citoesqueleto uma rede de fibras que organiza estruturas e atividades na clula 112

    Funes do citoesqueleto: suporte e motilidade 112Componentes do citoesqueleto 113

    CONCEITO 6.7 Os componentes extracelulares e as conexes entre as clulas ajudam a coordenar as atividades celulares 118

    Paredes celulares de plantas 118A matriz extracelular (MEC) de clulas animais 118

    Junes intercelulares 119A clula: unidade viva maior do que a soma das partes 121

    7 Estrutura e Funo da Membrana 124A vida por um fio 124CONCEITO 7.1 As membranas celulares so mosaicos fluidos de lipdeos e de protenas 125

    A fluidez das membranas 126Evoluo das diferenas na composio lipdica das

    membranas 127Protenas de membrana e suas funes 127O papel dos carboidratos da membrana no reconhecimento

    clula-clula 128Sntese e lateralidade das membranas 129

    CONCEITO 7.2 A estrutura da membrana resulta em permeabilidade seletiva 129

    A permeabilidade da bicamada lipdica 130Protenas de transporte 130

    CONCEITO 7.3 O transporte passivo a difuso de uma substncia atravs da membrana sem gasto de energia 130

    Efeitos da osmose no balano hdrico 131Difuso facilitada: transporte passivo auxiliado por

    protenas 133CONCEITO 7.4 O transporte ativo usa energia para mover os solutos contra seus gradientes 134

    A necessidade de energia no transporte ativo 134Como a bomba de ons mantm o potencial da

    membrana 135Cotransporte: transporte acoplado a uma protena de

    membrana 136CONCEITO 7.5 O transporte em massa atravs da membrana plasmtica ocorre por exocitose e endocitose 137

    Exocitose 137Endocitose 137

    8 Introduo ao Metabolismo 141A energia da vida 141CONCEITO 8.1 O metabolismo de um organismo transforma matria e energia de acordo com as leis da termodinmica 142

    Organizao da qumica da vida em rotas metablicas 142Formas de energia 142As leis da transformao de energia 143

    CONCEITO 8.2 A variao de energia livre nos diz se a reao ocorre ou no espontaneamente 145

    Variao de energia livre, DG 145Energia livre, estabilidade e equilbrio 145Energia livre e metabolismo 146

    CONCEITO 8.3 A molcula de ATP fornece energia para o trabalho celular acoplando reaes exergnicas com reaes endergnicas 148

    Estrutura e hidrlise do ATP 148

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  • Como a hidrlise do ATP realiza trabalho 149A regenerao do ATP 150

    CONCEITO 8.4 As enzimas aceleram as reaes do metabolismo diminuindo as barreiras de energia 151

    A barreira de energia de ativao 151Como as enzimas aceleram reaes 152Especificidade de substrato das enzimas 153Catlise no stio ativo da enzima 154Efeito das condies locais na atividade enzimtica 154Evoluo das enzimas 157

    CONCEITO 8.5 A regulao da atividade enzimtica ajuda o controle do metabolismo 157

    Regulao alostrica das enzimas 157Localizao das enzimas no interior da clula 159

    9 Respirao Celular e Fermentao 162Vida trabalho 162CONCEITO 9.1 Rotas catablicas produzem energia oxidando combustveis orgnicos 163

    Rotas catablicas e produo de ATP 163Reaes redox: oxidao e reduo 163As fases da respirao celular: uma prvia 166

    CONCEITO 9.2 A gliclise obtm energia qumica oxidando glicose a piruvato 167CONCEITO 9.3 Aps a oxidao do piruvato, o ciclo do cido ctrico completa a oxidao que produz energia a partir de molculas orgnicas 169

    Oxidao do piruvato a acetil-CoA 169O ciclo do cido ctrico 170

    CONCEITO 9.4 Durante a fosforilao oxidativa, a quimiosmose acopla o transporte de eltrons sntese de ATP 172

    A rota do transporte de eltrons 172Quimiosmose: o mecanismo acoplado de energia 173Um balano da produo de ATP pela respirao

    celular 175CONCEITO 9.5 Fermentao e respirao anaerbia capacitam as clulas a produzir ATP sem o uso de oxignio 177

    Tipos de fermentao 178Comparao entre fermentao e respirao aerbia e

    anaerbia 179O significado evolutivo da gliclise 179

    CONCEITO 9.6 A gliclise e o ciclo do cido ctrico conectam-se a diversas outras rotas metablicas 180

    A versatilidade do catabolismo 180Biossntese (rotas anablicas) 181Regulao da respirao celular via mecanismos de

    retroalimentao 181

    10 Fotossntese 185O processo que alimenta a biosfera 185CONCEITO 10.1 A fotossntese converte a energia luminosa na energia qumica dos alimentos 187

    Cloroplastos: os locais da fotossntese nos vegetais 187Rastreando tomos ao longo da fotossntese: uma pesquisa

    cientfica 188As duas fases da fotossntese: uma prvia 189

    CONCEITO 10.2 As reaes luminosas convertem a energia solar na energia qumica do ATP e do NADPH 190

    A natureza da luz solar 190Pigmentos fotossintticos: os receptores de luz 190Excitao da clorofila pela luz 193O fotossistema: um complexo do centro de reao associado

    aos complexos dos coletores de luz 193Fluxo linear de eltrons 194Fluxo cclico de eltrons 196Comparao entre a quimiosmose nos cloroplastos e nas

    mitocndrias 197CONCEITO 10.3 O ciclo de Calvin utiliza a energia qumica do ATP e do NADPH para reduzir CO2 em acar 199CONCEITO 10.4 Mecanismos alternativos de fixao do carbono evoluram em climas ridos e quentes 200

    Fotorrespirao: um relicto evolutivo? 200Plantas C4 201Plantas MAC 202A importncia da fotossntese: uma reviso 204

    11 Comunicao Celular 210A rede celular 210CONCEITO 11.1 Sinais externos so convertidos em respostas dentro da clula 211

    Evoluo da sinalizao celular 211Sinalizao local e de longa distncia 212Os trs estgios da sinalizao celular: uma prvia 212

    CONCEITO 11.2 Recepo: uma molcula sinalizadora liga-se a uma protena receptora, causando mudana na sua forma 214

    Os receptores na membrana plasmtica 214Receptores intracelulares 217

    CONCEITO 11.3 Transduo: cascatas de interaes moleculares transmitem sinais a partir dos receptores para molculas-alvo na clula 218

    Rotas de transduo de sinal 218Fosforilao e desfosforilao proteica 219Pequenas molculas e ons como segundos mensageiros 220

    CONCEITO 11.4 Resposta: a sinalizao celular induz regulao da transcrio ou atividades citoplasmticas 222

    Respostas nucleares e citoplasmticas 223Regulao da resposta 223

    CONCEITO 11.5 Apoptose (morte celular programada) integra mltiplas rotas de sinalizao celular 227

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  • SUMRIO DETALHADO xxxiii

    Apoptose no verme de solo Caenorhabditis elegans 228Rotas apoptticas e os sinais que as desencadeiam 228

    12 O Ciclo Celular 232Os papis essenciais da diviso celular 232CONCEITO 12.1 A maioria das divises celulares resulta em clulas-filhas geneticamente idnticas 233

    Organizao celular do material gentico 233Distribuio dos cromossomos durante a diviso da clula

    eucaritica 234CONCEITO 12.2 A fase mittica alterna-se com a interfase no ciclo celular 235

    Fases do ciclo celular 235O fuso mittico: uma viso mais prxima 235Citocinese: uma viso mais detalhada 239Fisso binria 240A evoluo da mitose 241

    CONCEITO 12.3 O ciclo celular eucaritico regulado por um sistema de controle molecular 242

    O sistema de controle do ciclo celular 242Perda dos controles do ciclo celular nas clulas

    cancergenas 246

    GENTICA 251

    13 Meiose e Ciclos de Vida Sexuada 252Variaes de um tema 252CONCEITO 13.1 A prole adquire os genes dos pais por herana cromossomal 253

    Herana de genes 253Comparao entre reproduo assexuada e sexuada 253

    CONCEITO 13.2 A fertilizao e a meiose se alternam durante os ciclos de vida sexuada 254

    Conjuntos de cromossomos em clulas humanas 254Comportamento dos conjuntos de cromossomos no ciclo de

    vida humano 255A variedade dos ciclos de vida sexuada 256

    CONCEITO 13.3 A meiose reduz o nmero de conjuntos de cromossomos de diploide para haploide 257

    Os estgios da meiose 257Crossing over e sinapse durante a Prfase I 260Comparao entre mitose e meiose 260

    CONCEITO 13.4 A variao gentica produzida nos ciclos de vida sexuada contribui para a evoluo 263

    Origens da variao gentica da prole 263A importncia evolutiva da variao gentica entre

    populaes 264

    14 Mendel e a Ideia de Gene 267Puxando cartas de um baralho de genes 267CONCEITO 14.1 Mendel utilizou a abordagem cientfica para identificar duas leis de hereditariedade 268

    A abordagem experimental quantitativa de Mendel 268A lei da segregao 269A lei da segregao independente 272

    CONCEITO 14.2 As leis da probabilidade governam a herana mendeliana 274

    As regras da multiplicao e da adio aplicadas a cruzamentos mono-hbridos 275

    Resolvendo problemas genticos complexos com as regras da probabilidade 275

    CONCEITO 14.3 Padres de hereditariedade muitas vezes so mais complexos do que os previstos pela gentica mendeliana simples 276

    Estendendo a gentica mendeliana para um nico gene 277

    Estendendo a gentica mendeliana para dois ou mais genes 279

    Natureza e ambiente: o impacto do meio ambiente sobre o fentipo 280

    Viso mendeliana sobre hereditariedade e variao 280CONCEITO 14.4 Muitas caractersticas humanas seguem os padres mendelianos de hereditariedade 282

    Anlise da genealogia (pedigree) 282Distrbios herdados de forma recessiva 283Distrbios herdados de forma dominante 285Doenas multifatoriais 285Testes e aconselhamento genticos 285

    15A Base Cromossmica da Herana 292

    Localizando os genes ao longo dos cromossomos 292CONCEITO 15.1 Morgan mostrou que a herana mendeliana tem sua base fsica no comportamento dos cromossomos: pesquisa cientfica 294

    Organismo experimental escolhido por Morgan 294Correlacionando comportamento dos alelos de um gene com

    comportamento de um par de cromossomos 294CONCEITO 15.2 Genes ligados ao sexo exibem padres nicos de herana 296

    A base cromossmica do sexo 296Herana de genes ligados ao X 297Inativao do X em fmeas de mamferos 298

    CONCEITO 15.3 Genes ligados tendem a ser herdados juntos, pois esto localizados prximos uns aos outros no mesmo cromossomo 299

    Como a ligao afeta a herana 299Recombinao gnica e ligao 300Mapeamento da distncia entre os genes

    usando dados de recombinao: pesquisa cientfica 303

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    Reece_iniciais.indd xxxiiiReece_iniciais.indd xxxiii 09/04/15 13:4409/04/15 13:44

  • CONCEITO 15.4 Alteraes no nmero ou na estrutura dos cromossomos causam alguns distrbios genticos 304

    Nmero cromossmico anormal 305Alteraes da estrutura cromossmica 305Distrbios humanos devido a alteraes cromossmicas 306

    CONCEITO 15.5 Alguns padres de herana so excees para a herana mendeliana padro 308

    Impresso (imprinting) genmica 308Herana de genes de organelas 309

    16A Base Molecular da Hereditariedade 312

    As instrues operacionais da vida 312CONCEITO 16.1 O DNA o material gentico 313

    A procura pelo material gentico: pesquisa cientfica 313Construindo um modelo estrutural para o DNA: pesquisa

    cientfica 316CONCEITO 16.2 Diversas protenas atuam juntas na replicao e no reparo do DNA 318

    O princpio bsico: pareamento de bases com fita-molde 318A replicao do DNA: uma viso mais detalhada 320Verificao e reparo do DNA 325Significado evolutivo de alteraes de nucleotdeos do

    DNA 326Replicando as extremidades das molculas de DNA 326

    CONCEITO 16.3 Um cromossomo consiste em uma molcula de DNA empacotada com protenas 328

    17Expresso Gnica: Do Gene Protena 333

    O fluxo de informao gentica 333CONCEITO 17.1 Os genes especificam protenas por meio da transcrio e da traduo 334

    Evidncias obtidas a partir do estudo de defeitos metablicos 334

    Princpios bsicos da transcrio e da traduo 336

    O cdigo gentico 337CONCEITO 17.2 A transcrio a sntese de RNA controlada pelo DNA: uma viso mais detalhada 340

    Os componentes moleculares da transcrio 340Sntese do transcrito de RNA 341

    CONCEITO 17.3 As clulas eucariticas modificam o RNA aps a transcrio 342

    Alteraes nas extremidades do RNAm 342Clivagem de genes e processamento do RNA 343

    CONCEITO 17.4 A traduo a sntese de polipeptdeos controlada pelo RNA: uma viso mais detalhada 345

    Os componentes moleculares da traduo 345Construindo um polipeptdeo 348Finalizao e direcionamento das protenas funcionais 351

    Sntese de mltiplos polipeptdeos em bactrias e eucariotos 352

    CONCEITO 17.5 Mutaes de um ou poucos nucleotdeos podem afetar a estrutura e a funo da protena 355

    Tipos de mutaes de pequena escala 355Novas mutaes e mutagnicos 356O que um gene? Revisitando a questo 357

    18 Regulao da Expresso Gnica 360Expresso diferencial dos genes 360CONCEITO 18.1 As bactrias frequentemente respondem a alteraes ambientais regulando a transcrio 361

    perons: o conceito bsico 361perons reprimveis e induzveis: dois tipos de regulao

    gnica negativa 362Regulao gnica positiva 364

    CONCEITO 18.2 A expresso gnica eucaritica regulada em muitos estgios 365

    Expresso gnica diferencial 365Regulao da estrutura da cromatina 366Regulao do incio da transcrio 367Mecanismos de regulao ps-transcricional 372

    CONCEITO 18.3 O RNA no codificante exerce mltiplos papis no controle da expresso gnica 374

    Efeitos dos microRNA e pequenos RNA de interferncia nos RNAm 374

    Remodelamento da cromatina por RNAnc 375O significado evolutivo dos pequenos RNAnc 376

    CONCEITO 18.4 Um programa de expresso gnica diferencial leva aos diferentes tipos celulares nos organismos multicelulares 376

    Um programa gentico para o desenvolvimento embrionrio 376

    Determinantes citoplasmticos e sinais induzveis 377Regulao sequencial da expresso gnica durante a

    diferenciao celular 378Formao de padro: determinao do plano corporal 379

    CONCEITO 18.5 O cncer decorre de alteraes genticas que afetam o controle do ciclo celular 383

    Tipos de genes associados ao cncer 383Interferncia com rotas normais de sinalizao celular 384O modelo de mltiplas etapas do desenvolvimento do

    cncer 386Predisposio herdada e fatores ambientais que contribuem

    para o cncer 388O papel dos vrus no cncer 388

    19 Vrus 392Uma vida emprestada 392CONCEITO 19.1 O vrus consiste em um cido nucleico circundado por uma capa proteica 393

    A descoberta dos vrus: pesquisa cientfica 393Estrutura dos vrus 394

    CONCEITO 19.2 Os vrus somente se reproduzem nas clulas hospedeiras 395

    Caractersticas gerais dos ciclos replicativos virais 395Ciclos reprodutivos dos fagos 396Ciclos replicativos dos vrus de animais 398Evoluo dos vrus 400

    Reece_iniciais.indd xxxivReece_iniciais.indd xxxiv 09/04/15 13:4409/04/15 13:44

  • CONCEITO 19.3 Vrus, viroides e prons so patgenos formidveis de animais e plantas 402

    Doenas virais em animais 402Vrus emergentes 402Doenas virais em plantas 405Viroides e prons: os agentes infecciosos mais simples 405

    20Ferramentas do DNA e Biotecnologia 408

    A caixa de ferramentas do DNA 408CONCEITO 20.1 O sequenciamento do DNA e a clonagem do DNA so ferramentas valiosas para a engenharia gentica e as pesquisas biolgicas 409

    Sequenciamento de DNA 409Produzindo mltiplas cpias de um gene ou outros

    segmentos de DNA 412Uso de enzimas de restrio para produzir DNA plasmidial

    recombinante 413Amplificao de DNA: a reao em cadeia da polimerase

    (PCR) e seu uso na clonagem do DNA 414Expresso de genes eucariticos clonados 416

    CONCEITO 20.2 Os bilogos utilizam a tecnologia do DNA para estudar a expresso e a funo de um gene 417

    Anlise da expresso gnica 417Determinando a funo gnica 421

    CONCEITO 20.3 Organismos clonados e clulas-tronco so teis para pesquisa bsica e outras aplicaes 422

    Clonagem de plantas: culturas unicelulares 423Clonagem de animais: transplante nuclear 423Clulas-tronco de animais 425

    CONCEITO 20.4 As aplicaes prticas da biotecnologia com base em DNA afetam nossas vidas de vrias formas 428

    Aplicaes mdicas 428Evidncia forense e perfis genticos 430Limpeza do meio ambiente 431Aplicaes na agricultura 432Questes de tica e segurana suscitadas pela tecnologia do

    DNA 432

    21 Genomas e Sua Evoluo 436Lendo as folhas da rvore da vida 436CONCEITO 21.1 O Projeto Genoma Humano promoveu o desenvolvimento de tcnicas de sequenciamento mais rpidas e mais baratas 437CONCEITO 21.2 Os cientistas utilizam a bioinformtica para analisar genomas e suas funes 438

    Centralizao de recursos para a anlise de sequncias genmicas 438

    Identificao de genes que codificam protenas e estudo das suas funes 439

    Compreendendo os genes e seus produtos no nvel de sistema 440

    CONCEITO 21.3 Os genomas variam em tamanho, nmero de genes e densidade gnica 442

    Tamanho do genoma 442Nmero de genes 443Densidade gnica e DNA no codificante 443

    CONCEITO 21.4 Eucariotos multicelulares tm grande quantidade de DNA no codificante e diversas famlias multignicas 444

    Elementos de transposio e sequncias relacionadas 444Outros DNA repetitivos, incluindo sequncias simples de

    DNA 446Genes e famlias multignicas 446

    CONCEITO 21.5 Duplicao, rearranjo e mutao do DNA contribuem para a evoluo dos genomas 448

    Duplicao de todo um conjunto de cromossomos 448Alteraes na estrutura dos cromossomos 448Duplicao e divergncia das regies do DNA que contm os

    genes 449Rearranjo de segmentos dos genes: duplicao e

    embaralhamento de xons 450Como os elementos de transposio contribuem para a

    evoluo do genoma 451CONCEITO 21.6 A comparao de sequncias de genomas fornece evidncias sobre a evoluo e o desenvolvimento 453

    Comparao de genomas 453A grande conservao dos genes de desenvolvimento entre

    os animais 457

    MECANISMOS DA EVOLUO 461

    22Descendncia com Modificao: Uma Viso Darwiniana da Vida 462

    Formas infinitas e maravilhosas 462CONCEITO 22.1 A revoluo darwiniana contestou vises tradicionais de uma Terra jovem habitada porespcies imutveis 463

    Scala naturae e a classificao das espcies 464Ideias sobre mudana ao longo do tempo 464A hiptese evolutiva de Lamarck 465

    CONCEITO 22.2 A descendncia com modificao por seleo natural explica as adaptaes dos organismos, bem como a uniformidade e a diversidade da vida 465

    A pesquisa de Darwin 465A origem das espcies 467

    CONCEITO 22.3 A evoluo sustentada por uma quantidade expressiva de evidncias cientficas 471

    Observaes diretas de mudana evolutiva 471Homologia 473O registro fssil 475Biogeografia 476O que terico no ponto de vista de Darwin sobre a

    vida? 477

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  • 23 A Evoluo das Populaes 480A menor unidade evolutiva 480CONCEITO 23.1 A variabilidade gentica torna a evoluo possvel 481

    Variao gentica 481Fontes de variao gnica 482

    CONCEITO 23.2 A equao de Hardy-Weinberg pode ser usada para testar se a populao est evoluindo 483

    Pool gnico e frequncia de alelos 484A Equao de Hardy-Weinberg 484

    CONCEITO 23.3 Seleo natural, deriva gentica e fluxo gnico podem alterar as frequncias allicas nas populaes 487

    Seleo natural 488Deriva gentica 488Fluxo gnico 490

    CONCEITO 23.4 A seleo natural o nico mecanismo que promove evoluo adaptativa de modo consistente 491

    Seleo natural: um olhar mais detalhado 491O papel essencial da seleo natural na evoluo

    adaptativa 492Seleo sexual 493Seleo balanceadora 494Por que a seleo natural no consegue modelar organismos

    perfeitos? 495

    24 A Origem das Espcies 500Aquele mistrio dos mistrios 500CONCEITO 24.1 O conceito biolgico de espcie enfatiza o isolamento reprodutivo 501

    O conceito biolgico de espcie 501Outras definies de espcie 504

    CONCEITO 24.2 A especiao pode ocorrer com ou sem separao geogrfica 505

    Especiao aloptrica (outro pas) 505Especiao simptrica (mesmo pas) 508Especiao aloptrica e simptrica: uma reviso 510

    CONCEITO 24.3 As zonas hbridas revelam fatores que causam isolamento reprodutivo 510

    Padres dentro das zonas hbridas 510Zonas hbridas ao longo do tempo 511

    CONCEITO 24.4 A especiao pode ocorrer rpido ou devagar e pode resultar de mudanas em poucos ou em muitos genes 513

    O tempo da especiao 514Estudando a gentica da especiao 515Da especiao macroevoluo 516

    25 A Histria da Vida na Terra 519Mundos perdidos 519CONCEITO 25.1 Condies da Terra primitiva tornaram possvel a origem da vida 520

    Sntese de compostos orgnicos na Terra primitiva 520Sntese abitica de macromolculas 521

    Protobiontes 521Autorreplicao de RNA e o incio da seleo natural 522

    CONCEITO 25.2 O registro fssil documenta a histria da vida 522O registro fssil 522Como determinada a idade de rochas e fsseis 524A origem de novos grupos de organismos 524

    CONCEITO 25.3 Eventos fundamentais na histria da vida incluem a origem dos organismos unicelulares e multicelulares e a colonizao de ambientes terrestres 526

    Os primeiros organismos unicelulares 526A origem da multicelularidade 529A colonizao do ambiente terrestre 530

    CONCEITO 25.4 O apogeu e a queda de grupos de organismos refletem as diferenas nas taxas de especiao e extino 531

    Placas tectnicas 531Extines em massa 534Radiaes adaptativas 536

    CONCEITO 25.5 Importantes mudanas na forma corporal podem resultar de mudanas na sequncia e na regulao de genes de desenvolvimento 538

    Efeitos dos genes do desenvolvimento 538A evoluo do desenvolvimento 539

    CONCEITO 25.6 A evoluo no tem objetivo especfico 541Novidades evolutivas 541Tendncias evolutivas 542

    A HISTRIA EVOLUTIVA DA DIVERSIDADE BIOLGICA 546

    26 Filogenia e a rvore da Vida 547Investigando a rvore da vida 547CONCEITO 26.1 As filogenias mostram relaes evolutivas 548

    Nomenclatura binomial 548Classificao hierrquica 548Unindo classificao e filogenia 549O que podemos e o que no podemos aprender a partir de

    rvores filogenticas 550Aplicando filogenias 550

    CONCEITO 26.2 As filogenias so inferidas a partir de dados morfolgicos e moleculares 551

    Homologias morfolgicas e moleculares 551Separando homologia de analogia 551Avaliando homologias moleculares 552

    CONCEITO 26.3 Caracteres compartilhados so utilizados para construir rvores filogenticas 553

    Cladstica 553rvores filogenticas com comprimentos de ramos

    proporcionais 555Parcimnia mxima e mxima verossimilhana 556rvores filogenticas como hipteses 558

    CONCEITO 26.4 A histria evolutiva de um organismo est documentada em seu genoma 559

    Duplicaes gnicas e famlias de genes 559Evoluo do genoma 560

    CONCEITO 26.5 Relgios moleculares auxiliam a decifrar o tempo evolutivo 560

    Relgios moleculares 560Aplicando um relgio molecular:

    datando a origem do HIV 561

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  • SUMRIO DETALHADO xxxvii

    CONCEITO 26.6 Nossa compreenso sobre a rvore da vida continua a mudar com base em novos dados 562

    De dois reinos para trs domnios 562O importante papel da transferncia gnica horizontal 562

    27 Bacteria e Archaea 567Mestres da adaptao 567CONCEITO 27.1 Adaptaes estruturais e funcionais contribuem para o sucesso procaritico 568

    Estruturas da superf cie celular 568Motilidade 570Organizao interna e DNA 571Reproduo 571

    CONCEITO 27.2 Reproduo rpida, mutao e recombinao gentica promovem a diversidade gentica nos procariotos 572

    Reproduo rpida e mutao 572Recombinao gentica 573

    CONCEITO 27.3 Diversidade nutricional e adaptaes metablicas evoluram em procariotos 575

    O papel do oxignio no metabolismo 575Metabolismo do nitrognio 575Cooperao metablica 576

    CONCEITO 27.4 Os procariotos irradiaram em um conjunto diverso de linhagens 577

    Um panorama da diversidade procaritica 577Bacteria 577Archaea 580

    CONCEITO 27.5 Os procariotos desempenham papis fundamentais na biosfera 581

    Reciclagem qumica 581Interaes ecolgicas 582

    CONCEITO 27.6 Os procariotos exercem impactos tanto benficos quanto prejudiciais sobre os seres humanos 582

    Bactrias mutualsticas 582Bactrias patognicas 583Procariotos na pesquisa e na tecnologia 583

    28 Protistas 587Vida minscula 587CONCEITO 28.1 Os eucariotos, em sua maioria, so organismos unicelulares 588

    Diversidade estrutural e funcional em protistas 588Quatro supergrupos de eucariotos 588A endossimbiose na evoluo eucaritica 589

    CONCEITO 28.2 Os Excavatae incluem protistas com mitocndrias modificadas e protistas com flagelos exclusivos 593

    Diplomonaddeos e parabasaldeos 593Euglenozorios 594

    CONCEITO 28.3 O clado SAR um grupo de protistas altamente diverso definido por similaridades do DNA 595

    Estramenpilos 595Alveolados 598Rhizaria 600

    CONCEITO 28.4 As algas vermelhas e as algas verdes so os parentes mais prximos das plantas terrestres 602

    Algas vermelhas 602Algas verdes 602

    CONCEITO 28.5 Os Unikontae incluem protistas que so estreitamente relacionados aos fungos e aos animais 604

    Amebozorios 605Opistocontes 607

    CONCEITO 28.6 Protistas desempenham papis essenciais em comunidades ecolgicas 607

    Protistas simbiticos 608Protistas fotossintetizantes 608

    29Diversidade Vegetal I: Como as Plantas Colonizaram o Ambiente Terrestre 612

    A Terra verdejante 612CONCEITO 29.1 As plantas terrestres evoluram de algas verdes 613

    Evidncia morfolgica e molecular 613Adaptaes que permitiram a mudana para a terra 613Caractersticas derivadas de plantas 613A origem e a diversificao das plantas 616

    CONCEITO 29.2 Musgos e outras plantas avasculares tm ciclos de vida dominados por gametfitos 618

    Gametfitos de brifitas 618Esporfitos de brifitas 621A importncia ecolgica e econmica dos musgos 621

    CONCEITO 29.3 Samambaias e outras plantas vasculares sem sementes foram as primeiras plantas a crescerem em altura 622

    Origens e caractersticas de plantas vasculares 622Classificao de plantas vasculares sem sementes 625A importncia das plantas vasculares sem sementes 627

    30Diversidade Vegetal II: A Evoluo das Plantas com Sementes 630

    Transformando o mundo 630CONCEITO 30.1 Sementes e gros de plen so adaptaes essenciais para a vida no ambiente terrestre 631

    Vantagens de gametfitos reduzidos 631Heterosporia: a regra entre as plantas com sementes 631vulos e produo de oosferas 632Plen e produo de espermatozoides 632A vantagem evolutiva das sementes 632

    Reece_iniciais.indd xxxviiReece_iniciais.indd xxxvii 09/04/15 13:4409/04/15 13:44

  • xxxviii SUMRIO DETALHADO

    CONCEITO 30.2 As gimnospermas tm sementes nuas, geralmente em cones 633

    O ciclo de vida de um pinheiro 634As primeiras plantas com sementes e o surgimento das

    gimnospermas 635A diversidade das gimnospermas 635

    CONCEITO 30.3 As adaptaes reprodutivas das angiospermas incluem flores e frutos 638

    Caractersticas de angiospermas 638A evoluo das angiospermas 641Diversidade das angiospermas 643

    CONCEITO 30.4 O bem-estar humano depende das plantas com sementes 645

    Produtos de plantas com sementes 645Ameaas diversidade vegetal 645

    31 Fungos 648Poderosos cogumelos 648CONCEITO 31.1 Fungos so hetertrofos que se alimentam por absoro 649

    Nutrio e ecologia 649Estrutura corporal 649Hifas especializadas e fungos micorrzicos 650

    CONCEITO 31.2 Fungos produzem esporos por meio de ciclos de vida sexual e assexual 651

    Reproduo sexuada 652Reproduo assexuada 652

    CONCEITO 31.3 O ancestral dos fungos foi um protista unicelular, aqutico e flagelado 653

    A origem dos fungos 653Os primeiros grupos divergentes de fungos 654A mudana para o ambiente terrestre 654

    CONCEITO 31.4 Os fungos irradiaram em um conjunto diverso de linhagens 654

    Quitrdeos 654Zigomicetos 656Glomeromicetos 657Ascomicetos 657Basidiomicetos 659

    CONCEITO 31.5 Os fungos desempenham papis essenciais na ciclagem de nutrientes, nas interaes ecolgicas e no bem-estar humano 661

    Fungos como decompositores 661Fungos como mutualistas 661Fungos como parasitos 663Usos prticos de fungos 664

    32Um Panorama da Diversidade Animal 667

    Um reino de consumidores 667CONCEITO 32.1 Animais so eucariotos multicelulares heterotrficos com tecidos que se desenvolvem a partir de camadas embrionrias 668

    Modo nutricional 668Estrutura e especializao celulares 668Reproduo e desenvolvimento 668

    CONCEITO 32.2 A histria dos animais se estende por mais de meio bilho de anos 669

    Etapas na origem dos animais multicelulares 669Era neoproterozoica (h 1 bilho-542 milhes de anos) 670Era paleozoica (h 542-251 milhes de anos) 671Era mesozoica (251-65,5 milhes de anos atrs) 673Era cenozoica (65,5 milhes de anos atrs at o

    presente) 673CONCEITO 32.3 Os animais podem ser caracterizados por planos corporais 673

    Simetria 673Tecidos 674Cavidades corporais 674Desenvolvimento protostmio e deuterostmio 675

    CONCEITO 32.4 Concepes sobre a filogenia animal continuam a ser formadas a partir de novos dados moleculares e morfolgicos 676

    A diversificao dos animais 676Futuros caminhos da sistemtica animal 677

    33Uma Introduo aos Invertebrados 680

    A vida sem coluna vertebral 680CONCEITO 33.1 As esponjas so animais ssseis que carecem de tecidos verdadeiros 684CONCEITO 33.2 Os cnidrios so um filo antigo de eumetazorios 685

    Meduzorios 686Antozorios 687

    CONCEITO 33.3 Os lofotrocozorios, um clado identificado por dados moleculares, tm a gama mais ampla de formas corporais animais 688

    Platelmintos 688Rotferos 691Lofoforados: ectoproctos e braquipodes 692Moluscos 692Aneldeos 696

    CONCEITO 33.4 Os ecdisozorios so o grupo animal mais rico em espcies 699

    Nematdeos 699Artrpodes 700

    CONCEITO 33.5 Equinodermos e cordados so deuterostmios 707

    Equinodermos 707Cordados 709

    Reece_iniciais.indd xxxviiiReece_iniciais.indd xxxviii 09/04/15 13:4409/04/15 13:44

  • 34A Origem e a Evoluo dos Vertebrados 712

    Meio bilho de anos de colunas vertebrais 712CONCEITO 34.1 Os cordados tm notocorda e cordo nervoso dorsal oco 713

    Caracteres derivados dos cordados 713Anfioxos 714Tunicados 715O incio da evoluo dos cordados 716

    CONCEITO 34.2 Vertebrados so cordados com coluna vertebral 716

    Caracteres derivados de vertebrados 716Peixes-bruxa e lampreias 717O incio da evoluo dos vertebrados 718As origens dos ossos e dos dentes 719

    Gnatostmios so vertebrados com mandbulas 719Caracteres derivados dos gnatostmios 719Gnatostmios fsseis 720Condrictes (tubares, raias e seus parentes) 720Peixes com nadadeiras raiadas e lobadas 722

    CONCEITO 34.4 Tetrpodes so gnatostmios com membros locomotores 724

    Caracteres derivados dos tetrpodes 724A origem dos tetrpodes 725Anfbios 726

    CONCEITO 34.5 Amniotas so tetrpodes que tm um ovo adaptado ao meio terrestre 727

    Caracteres derivados dos amniotas 727Os primeiros amniotas 728Rpteis 729

    CONCEITO 34.6 Mamferos so amniotas que tm pelos e produzem leite 735

    Caracteres derivados de mamferos 735A evoluo inicial dos mamferos 735Monotremados 736Marsupiais 736Eutrios (mamferos placentrios) 737

    CONCEITO 34.7 Seres humanos so mamferos com crebro grande e locomoo bpede 742

    Caracteres derivados dos seres humanos 742Os primeiros hominneos 742Australopitecneos 743Bipedalismo 744O uso de ferramentas 744Os primeiros Homo 746Neandertais 746Homo sapiens 747

    FORMA E FUNO DAS PLANTAS 751

    35Estrutura, Crescimento e Desenvolvimento 752

    As plantas so computadores? 752CONCEITO 35.1 As plantas tm uma organizao hierrquica, que consiste em rgos, tecidos e clulas 753

    Os trs rgos vegetais bsicos: razes, caules e folhas 753Sistemas de tecidos drmicos, vasculares e

    fundamentais 756Tipos comuns de clulas vegetais 757

    CONCEITO 35.2 Meristemas diferentes geram novas clulas para os crescimentos primrio e secundrio 760CONCEITO 35.3 O crescimento primrio alonga razes e partes areas 761

    Crescimento primrio das razes 761Crescimento primrio de partes areas 763

    CONCEITO 35.4 O crescimento secundrio aumenta o dimetro de caules e razes em plantas lenhosas 765

    O cmbio vascular e o sistema vascular secundrio 765O felognio e produo de periderme 768Evoluo do crescimento secundrio 768

    CONCEITO 35.5 O crescimento, a morfognese e a diferenciao celulares produzem o corpo da planta 769

    Organismos-modelo: revolucionando o estudo de plantas 769Crescimento: diviso e expanso celulares 770A morfognese e a formao do padro 772Expresso gnica e o controle da diferenciao celular 773Alteraes no desenvolvimento: mudanas de fases 773Controle gentico do florescimento 774

    36Obteno e Transporte de Recursos em Plantas Vasculares 778

    Uma grande agitao acontecendo 778CONCEITO 36.1 As adaptaes para obteno de recursos foram elementos-chave na evoluo das plantas vasculares 779

    Arquitetura da parte area e captao de luz 780Arquitetura da raiz e obteno de gua e minerais 781

    CONCEITO 36.2 Mecanismos diferentes transportam substncias por distncias curtas ou longas 781

    Apoplasto e simplasto: continuum de transporte 781Transporte de solutos a curta distncia atravs de

    membranas plasmticas 782Transporte de gua a curta distncia atravs de membranas

    plasmticas 782Transporte de longa distncia: fluxo de massa 785

    CONCEITO 36.3 Atravs do xilema, a transpirao impulsiona o transporte de gua e minerais desde as razes at as partes areas 786

    Absoro de gua e minerais pelas clulas das razes 786Transporte de gua e minerais no xilema 786Transporte por fluxo de massa via xilema 786Ascenso da seiva do xilema pelo fluxo de massa:

    uma reviso 790CONCEITO 36.4 A taxa de transpirao regulada pelos estmatos 790

    Estmatos: principais rotas de perda de gua 790Mecanismos de abertura e fechamento estomticos 791

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  • xl SUMRIO DETALHADO

    Estmulos para a abertura e o fechamento estomticos 792Efeitos da transpirao sobre a murcha e a temperatura

    foliar 792Adaptaes que reduzem a perda evaporativa de

    gua 792CONCEITO 36.5 Atravs do floema, os acares so transportados das fontes para os drenos 793

    Movimento de acares das fontes para os drenos 793Fluxo de massa por presso positiva: mecanismo de

    translocao em angiospermas 794CONCEITO 36.6 O simplasto altamente dinmico 795

    Mudanas no nmero e no tamanho dos poros dos plasmodesmos 796

    Floema: uma superrodovia de informaes 796Sinalizao eltrica no floema 796

    37 Solo e Nutrio Vegetal 799A carnvora saca-rolhas 799CONCEITO 37.1 O solo contm um ecossistema vivo e complexo 800

    Textura do solo 800Composio da camada superior do solo 800Conservao do solo e agricultura sustentvel 801

    CONCEITO 37.2 As plantas necessitam de elementos essenciais para completar o seu ciclo de vida 803

    Elementos essenciais 803Sintomas de deficincia mineral 804Melhoramento da nutrio vegetal pela modificao

    gentica 805CONCEITO 37.3 A nutrio vegetal muitas vezes envolve relaes com outros organismos 806

    Bactrias e nutrio mineral 807Os fungos e a nutrio vegetal 810Epfitas, plantas parasitas e plantas carnvoras 811

    38Reproduo de Angiospermas e Biotecnologia 815

    Flores que enganam 815CONCEITO 38.1 Flores, fecundao dupla e frutos so caractersticas fundamentais do ciclo de vida das angiospermas 816

    Estrutura e funo da flor 816Ciclo de vida das angiospermas: viso geral 818Mtodos de polinizao 819Da semente at a planta florida: uma viso mais

    prxima 822Estrutura e funo do fruto 824

    CONCEITO 38.2 As plantas florferas se reproduzem sexuada e assexuadamente ou das duas maneiras 827

    Mecanismos de reproduo assexuada 827

    Vantagens e desvantagens das reprodues assexuada e sexuada 827

    Mecanismos que impedem a autofecundao 828

    Totipotncia, reproduo vegetativa e cultura de tecidos 829

    CONCEITO 38.3 As pessoas modificam as culturas mediante cruzamento e engenharia gentica 830

    Melhoramento vegetal 830Biotecnologia vegetal e engenharia gentica 831O debate sobre a biotecnologia vegetal 832

    39Respostas das Plantas a Sinais Internos e Externos 836

    Estmulos e vida estacionria 836CONCEITO 39.1 As rotas de transduo de sinais ligam a recepo resposta 837

    Recepo 838Transduo 838Resposta 839

    CONCEITO 39.2 Os fitormnios ajudam a coordenar o crescimento, o desenvolvimento e as respostas aos estmulos 840

    Uma viso geral dos fitormnios 841CONCEITO 39.3 As respostas luz so cruciais para o sucesso das plantas 849

    Fotorreceptores de luz azul 849Fitocromos 850Relgios biolgicos e ritmos circadianos 851Efeito da luz no relgio biolgico 852Fotoperiodismo e respostas s estaes 853

    CONCEITO 39.4 As plantas respondem a uma ampla diversidade de estmulos alm da luz 855

    Gravidade 855Estmulos mecnicos 855Estresses ambientais 856

    CONCEITO 39.5 As plantas respondem aos ataques de patgenos e de herbvoros 859

    Defesas contra patgenos 859Defesas contra herbvoros 861

    FORMA E FUNO DOS ANIMAIS 866

    40Princpios Bsicos da Forma e da Funo dos Animais 867

    Formas diferentes, desafios comuns 867CONCEITO 40.1 A forma e a funo dos animais esto correlacionadas em todos os nveis de organizao 868

    Evoluo do tamanho e da forma 868Troca com o ambiente 868

    Organizao hierrquica de planos corporais 870Coordenao e controle 874

    CONCEITO 40.2 O controle por retroalimentao mantm o ambiente interno em muitos animais 875Regulao e conformao 875Homeostase 875CONCEITO 40.3 Os processos homeostticos para a termorregulao envolvem forma, funo e comportamento 878

    Endotermia e ectotermia 878Variao na temperatura do corpo 878

    Equilibrando perda e ganho de calor 879

    Troca cOrga

    CoC

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    Aclimatao na termorregulao 882Termostatos fisiolgicos e febre 882

    CONCEITO 40.4 As necessidades de energia so relacionadas ao tamanho, atividade e ao ambiente do animal 883

    Alocao e uso de energia 883Quantificando o uso de energia 884Taxa metablica mnima e termorregulao 884Influncias na taxa metablica 885Torpor e conservao de energia 885

    41 Nutrio Animal 892A necessidade de se alimentar 892CONCEITO 41.1 A dieta de um animal deve suprir energia qumica, molculas orgnicas e nutrientes essenciais 893

    Nutrientes essenciais 893Deficincias alimentares 895Avaliando as necessidades nutricionais 896

    CONCEITO 41.2 Os estgios principais do processamento de alimentos so a ingesto, a digesto, a absoro e a eliminao 897

    Compartimentos digestrios 897CONCEITO 41.3 Os rgos especializados para estgios sequenciais do processamento de alimentos formam o sistema digestrio dos mamferos 900

    Cavidade oral, faringe e esfago 900Digesto no estmago 901Digesto no intestino delgado 902Absoro no intestino delgado 904Processamento no intestino grosso 905

    CONCEITO 41.4 As adaptaes evolutivas dos sistemas digestrios dos vertebrados se correlacionam com a dieta 906

    Adaptaes dentrias 906Adaptaes do estmago e do intestino 906Adaptaes mutualsticas 906

    CONCEITO 41.5 Circuitos de retroalimentao regulam a digesto, a reserva de energia e o apetite 908

    Regulao da digesto 908Regulao da reserva de energia 909Regulao do apetite e consumo 911

    42 Circulao e Trocas Gasosas 915Locais de troca 915CONCEITO 42.1 Os sistemas circulatrios conectam as superfcies de trocas com clulas em todo o corpo 916

    Cavidades gastrovasculares 916Sistemas circulatrios abertos e fechados 917Organizao dos sistemas circulatrios dos

    vertebrados 918CONCEITO 42.2 Os ciclos coordenados de contrao cardaca acionam a circulao dupla nos mamferos 920

    Circulao nos mamferos 920Corao dos mamferos: um exame mais minucioso 920Mantendo o batimento rtmico do corao 922

    CONCEITO 42.3 Os padres de presso e de fluxo arteriais refletem a estrutura e a organizao dos vasos sanguneos 923

    Estrutura e funo dos vasos sanguneos 923Velocidade do fluxo sanguneo 924Presso sangunea 924Funcionamento dos capilares 926Retorno do lquido pelo sistema linftico 927

    CONCEITO 42.4 Os componentes sanguneos atuam nas trocas, no transporte e na defesa 928

    Funo e composio do sangue 928Doenas cardiovasculares 931

    CONCEITO 42.5 As trocas gasosas ocorrem atravs de superfcies respiratrias especializadas 933

    Gradientes de presso parcial na troca gasosa 933Meios respiratrios 933Superf cies respiratrias 933Brnquias em animais aquticos 934Sistemas traqueais em insetos 935Pulmes 936

    CONCEITO 42.6 A respirao ventila os pulmes 938Como um anf bio respira 938Como uma ave respira 938Como um mamfero respira 938Controle da respirao nos humanos 940

    CONCEITO 42.7 As adaptaes para as trocas gasosas incluem pigmentos que ligam e transportam gases 940

    Coordenao da circulao e da troca gasosa 941Pigmentos respiratrios 941Adaptaes respiratrias de mamferos

    mergulhadores 942

    43 Sistema Imune 946Reconhecimento e Resposta 946CONCEITO 43.1 Na imunidade inata, o reconhecimento e a resposta dependem de caractersticas comuns aos grupos de patgenos 947

    Imunidade inata de invertebrados 947Imunidade inata de vertebrados 948Fuga da imunidade inata pelos patgenos 952

    CONCEITO 43.2 Na imunidade adaptativa, os receptores proporcionam reconhecimento especfico dos patgenos 952

    Reconhecimento de antgenos pelas clulas B e anticorpos 953

    Reconhecimento de antgenos pelas clulas T 954Desenvolvimento das clulas B e das clulas T 954

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  • CONCEITO 43.3 A imunidade adaptativa defende contra infeces das clulas e dos lquidos corporais 958

    Clulas T auxiliares: resposta a quase todos os antgenos 958Clulas T citotxicas: uma resposta s clulas infectadas 959Clulas B e anticorpos: uma resposta aos patgenos

    extracelulares 960Resumo da resposta imune humoral e da resposta mediada

    por clulas 961Imunidade ativa e passiva 962Anticorpos como ferramentas 963Rejeio imune 963

    CONCEITO 43.4 Os distrbios no funcionamento do sistema imune podem provocar ou exacerbar doenas 964

    Respostas imunes exageradas, autodirecionadas e reduzidas 964

    Adaptaes evolutivas de patgenos que fundamentam a obstruo do sistema imune 966

    Cncer e imunidade 968

    44 Osmorregulao e Excreo 971Uma ao de equilbrio 971CONCEITO 44.1 A osmorregulao equilibra a absoro e a perda de gua e de solutos 972

    Osmose e osmolaridade 972Desafios e mecanismos osmorreguladores 972Energtica da osmorregulao 974Epitlios de transporte na osmorregulao 975

    CONCEITO 44.2 Os resduos nitrogenados de um animal refletem sua filogenia e seu hbitat 976

    Formas de resduo nitrogenado 976Influncia da evoluo e do ambiente nos resduos

    nitrogenados 977CONCEITO 44.3 Os diversos sistemas excretores so variaes de um tema tubular 978

    Processos excretores 978Viso geral dos sistemas excretores 978

    CONCEITO 44.4 O nfron organizado para o processamento gradual de sangue filtrado 981

    Do filtrado sanguneo at a urina: um olhar mais de perto 982

    Gradientes de solutos e conservao de gua 983Adaptaes do rim dos vertebrados a ambientes diversos 985Estudo de caso: Funo renal em um morcego-vampiro 985

    CONCEITO 44.5 Os circuitos hormonais vinculam a funo renal, o equilbrio hdrico e a presso sangunea 988

    Regulao homeosttica do rim 988

    45 Hormnios e o Sistema Endcrino 993Reguladores corporais de longa distncia 993CONCEITO 45.1 Hormnios e outras molculas de sinalizao se ligam a receptores-alvo, desencadeando rotas de resposta especficas 994

    Comunicao intercelular 994Classe qumica dos reguladores e hormnios locais 995Rotas de resposta celular 996Efeitos mltiplos dos hormnios 998Tecidos endcrinos e rgos 998

    CONCEITO 45.2 Regulao por retroalimentao e coordenao com o sistema nervoso so comuns na sinalizao endcrina 1000

    Rotas hormonais simples 1000Regulao por retroalimentao 1001Coordenao dos sistemas endcrino e nervoso 1001Regulao da tireoide: Uma rota hormonal em

    cascata 1003Regulao hormonal do crescimento 1005

    CONCEITO 45.3 Glndulas endcrinas respondem a diversos estmulos na regulao da homeostasia, do desenvolvimento e do comportamento 1006

    Paratormnio e vitamina D: Controle do clcio no sangue 1006

    Hormnios suprarrenais: resposta ao estresse 1006Hormnios sexuais 1008Hormnios e ritmos biolgicos 1009Evoluo da funo hormonal 1010

    46 Reproduo Animal 1013CONCEITO 46.1 Tanto a reproduo sexuada quanto a assexuada ocorrem no mundo animal 1014

    Mecanismos de reproduo assexuada 1014Reproduo sexuada: um enigma da evoluo 1014Ciclos reprodutivos 1015Variaes nos padres de reproduo sexuada 1016

    CONCEITO 46.2 A fertilizao depende dos mecanismos que unem espermatozoide e vulo da mesma espcie 1016

    Assegurando a sobrevivncia da prole 1017Produo e liberao de gametas 1017

    CONCEITO 46.3 Os rgos reprodutivos produzem e transportam os gametas 1019

    Anatomia do sistema reprodutor masculino 1019Anatomia do sistema reprodutor feminino 1020Gametognese 1021

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    CONCEITO 46.4 A interao de hormnios trficos e sexuais regula a reproduo dos mamferos 1024

    Controle hormonal do sistema reprodutor masculino 1024Controle hormonal dos ciclos reprodutivos femininos 1025Resposta sexual humana 1027

    CONCEITO 46.5 Nos mamferos placentrios, um embrio desenvolve-se completamente dentro do tero da me 1028

    Concepo, desenvolvimento embrionrio e nascimento 1028Tolerncia imune materna ao embrio e ao feto 1031Contracepo e aborto 1031Tecnologias reprodutivas modernas 1033

    47 Desenvolvimento Animal 1037O plano de construo do corpo 1037CONCEITO 47.1 A fertilizao e a clivagem iniciam o desenvolvimento embrionrio 1038

    Fertilizao 1038Clivagem 1041

    CONCEITO 47.2 A morfognese nos animais envolve mudanas especficas no formato, na posio e na sobrevivncia da clula 1044

    Gastrulao 1044Adaptaes evolutivas dos amniotas 1047Organognese 1048

    CONCEITO 47.3 Os determinantes citoplasmticos e os sinais indutivos contribuem para a especificao do destino celular 1051

    Mapeamento do destino 1051Determinao do destino celular e padro de formao por

    sinais indutivos 1055Clios e o destino celular 1058

    48 Neurnios, Sinapses e Sinalizao 1061Rotas de comunicao 1061CONCEITO 48.1 A organizao e a estrutura dos neurnios refletem sua funo na transferncia de informaes 1062

    Estrutura e funo do neurnio 1062Introduo ao processamento das informaes 1063CONCEITO 48.2 As bombas de ons e os canais inicos estabelecem o potencial de repouso de um neurnio 1064Formao do potencial de repouso 1064Explicando o potencial de repouso 1065CONCEITO 48.3 Os potenciais de ao so os sinais conduzidos por axnios 1066Hiperpolarizao e despolarizao 1066Potenciais graduados e potenciais de ao 1067

    Gerao de potenciais de ao: uma viso mais aprofundada 1068

    Conduo do potencial de ao 1069CONCEITO 48.4 Os neurnios comunicam-se com outras clulas por meio de sinapses 1071

    Gerao de potenciais ps-sinpticos 1072Somao dos potenciais ps-sinpticos 1073Sinalizao sinptica modulada 1073Neurotransmissores 1074

    49 Sistema Nervoso 1079Centro de comando e controle 1079CONCEITO 49.1 Sistema nervosos consistem em circuitos de neurnios e em clulas de apoio 1080

    A glia 1081Organizao do sistema nervoso de vertebrados 1082O sistema nervoso perifrico 1083

    CONCEITO 49.2 O crebro dos vertebrados tem regies especializadas 1085

    Viglia e sono 1088Regulao do relgio biolgico 1088Emoes 1089Imagem funcional do crebro 1090

    CONCEITO 49.3 O crtex cerebral controla os movimentos voluntrios e as funes cognitivas 1090

    Processamento das informaes 1090Linguagem e discurso 1092Lateralizao da funo cortical 1092Funo do lobo frontal 1092Evoluo da cognio em vertebrados 1092

    CONCEITO 49.4 Mudanas nas conexes sinpticas formam a base da memria e da aprendizagem 1093

    Plasticidade neuronal 1094Memria e aprendizagem 1094A potenciao de longa durao 1095

    CONCEITO 49.5 Muitos distrbios do sistema nervoso podem ser explicados em termos moleculares 1096

    Esquizofrenia 1096Depresso 1096Sistema de recompensa do crebro e toxicodependncia 1097Doena de Alzheimer 1097Doena de Parkinson 1098

    50Mecanismos Sensoriais e Motores 1101

    Sensao e sensibilidade 1101CONCEITO 50.1 Receptores sensoriais fazem a transduo da energia do estmulo e transmitem sinais para o sistema nervoso central 1102

    Recepo sensorial e transduo 1102Transmisso 1103Percepo 1103Ampliao e adaptao 1103Tipos de receptores sensoriais 1104

    CONCEITO 50.2 Os mecanorreceptores responsveis pela audio e pelo equilbrio detectam o movimento de lquidos ou a sedimentao de partculas 1106

    Percepo da gravidade e do som em invertebrados 1106Audio e equilbrio em mamferos 1106

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    CONCEITO 50.3 Os diversos receptores visuais de animais dependem da luz absorvida pelos pigmentos 1111

    Evoluo da percepo visual 1111O sistema visual dos vertebrados 1113

    CONCEITO 50.4 Os sentidos do paladar e do olfato dependem de um conjunto semelhante de receptores sensoriais 1117

    Paladar em mamferos 1117O olfato em humanos 1118

    CONCEITO 50.5 A interao fsica dos filamentos proteicos necessria para a funo muscular 1119

    Musculatura esqueltica dos vertebrados 1120Outros tipos de msculos 1125

    CONCEITO 50.6 Sistemas esquelticos transformam a contrao muscular em locomoo 1126

    Tipos de sistemas esqueltico 1126Tipos de locomoo 1128

    51 Comportamento Animal 1133O como e o porqu da atividade animal 1133CONCEITO 51.1 Leves estmulos sensoriais podem desencadear comportamentos simples e complexos 1134

    Padres fixos de aes 1134Migrao 1135Ritmos comportamentais 1135Sinais animais e comunicao 1136

    CONCEITO 51.2 A aprendizagem estabelece ligaes especficas entre experincia e comportamento 1138

    Experincia e comportamento 1138Aprendizagem 1138

    CONCEITO 51.3 A seleo para a sobrevivncia e para o sucesso reprodutivo dos indivduos pode explicar diversos comportamentos 1143

    Evoluo do comportamento de forrageio 1143Comportamento de acasalamento e escolha do

    parceiro 1144CONCEITO 51.4 Anlises genticas e o conceito de valor adaptativo inclusivo fornecem a base para estudar a evoluo do comportamento 1149

    Base gentica do comportamento 1149Variao gentica e evoluo do comportamento 1150Altrusmo 1151Valor adaptativo inclusivo 1152Evoluo e cultura humana 1153

    ECOLOGIA 1157

    52Introduo Ecologia e Biosfera 1158

    Descobrindo a ecologia 1158CONCEITO 52.1 O clima da Terra varia com a latitude e a estao e est mudando rapidamente 1161

    Padres climticos globais 1161Efeitos regionais e locais no clima 1161Microclima 1163Mudana climtica global 1163

    CONCEITO 52.2 A estrutura e a distribuio dos biomas terrestres so controladas pelo clima e por perturbaes 1164

    Clima e biomas terrestres 1164Caractersticas gerais de biomas terrestres 1165Perturbaes e biomas terrestres 1166

    CONCEITO 52.3 Os biomas aquticos so sistemas diversos e dinmicos que cobrem a maior parte da Terra 1171

    Zonao dos biomas aquticos 1171CONCEITO 52.4 As interaes entre os organismos e o ambiente limitam a distribuio das espcies 1172

    Disperso e distribuio 1177Comportamento e seleo de hbitat 1178Fatores biticos 1179Fatores abiticos 1179

    53 Ecologia de Populaes 1184Trilhas das tartarugas 1184CONCEITO 53.1 Os processos biolgicos influenciam a densidade, a disperso e a demografia das populaes 1185

    Densidade e disperso 1185Demografia 1186

    CONCEITO 53.2 O modelo exponencial descreve o crescimento populacional em um ambiente idealizado e ilimitado 1190

    Taxa de crescimento per capita 1190Crescimento exponencial 1191

    CONCEITO 53.3 O modelo logstico descreve como uma populao cresce mais lentamente medida que se aproxima da sua capacidade de suporte 1192

    Modelo de crescimento logstico 1192Modelo logstico e populaes reais 1193

    CONCEITO 53.4 As caractersticas da histria de vida so produtos da seleo natural 1195

    Evoluo e diversidade da histria de vida 1195Compensaes (trade-offs) e histrias de vida 1195

    CONCEITO 53.5 Muitos fatores que regulam o crescimento populacional so dependentes da densidade 1197

    Mudana populacional e densidade populacional 1197Mecanismos de regulao populacional dependente da

    densidade 1198Dinmica populacional 1198

    CONCEITO 53.6 A populao humana no est mais em crescimento exponencial, mas ainda est crescendo rapidamente 1201

    Populao humana global 1201Capacidade de suporte global 1203

    54 Ecologia de Comunidades 1208Comunidades em movimento 1208CONCEITO 54.1 As interaes das comunidades so classificadas conforme elas ajudam, prejudicam ou no exercem efeitos sobre as espcies envolvidas 1209

    Competio 1209Predao 1211Herbivoria 1213Simbiose 1214Facilitao 1215

    CONCEITO 54.2 A diversidade e a estrutura trficacaracterizam as comunidades biolgicas 1216

    Diversidade de espcies 1216Diversidade e estabilidade da comunidade 1217Estrutura trfica 1217

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    Espcies com grande impacto 1219Controles de baixo para cima e de cima para baixo 1221

    CONCEITO 54.3 O distrbio influencia a diversidade e a composio de espcies 1222

    Caracterizao dos distrbios 1222Sucesso ecolgica 1223Distrbio por aes antrpicas 1225

    CONCEITO 54.4 Fatores biogeogrficos afetam a diversidade das comunidades 1225

    Gradientes latitudinais 1226Efeitos de rea 1226Modelo do equilbrio de ilhas 1226

    CONCEITO 54.5 Patgenos alteram local e globalmente a estrutura das comunidades 1228

    Patgenos e estrutura das comunidades 1228Ecologia de comunidades e doenas zoonticas 1228

    55Ecossistemas e Ecologia da Restaurao 1232

    Transformado em tundra 1232CONCEITO 55.1 As leis fsicas governam o fluxo de energia e a ciclagem qumica nos ecossistemas 1233

    Conservao de energia 1233Conservao da massa 1233Energia, matria e nveis trficos 1234

    CONCEITO 55.2 A energia e outros fatores limitantes controlam a produo primria nos ecossistemas 1235

    Oramento energtico do ecossistema 1235Produo primria em ecossistemas aquticos 1237Produo primria em ecossistemas terrestres 1238

    CONCEITO 55.3 A transferncia de energia entre os nveis trficos normalmente tem apenas 10% de eficincia 1239

    Eficincia de produo 1239Eficincia trfica e pirmides ecolgicas 1240

    CONCEITO 55.4 Os processos biolgicos e geoqumicos realizam ciclagem de nutrientes e de gua nos ecossistemas 1244

    Ciclos biogeoqumicos 1244Taxas de decomposio e de ciclagem de nutrientes 1246Estudo de caso: ciclagem de nutrientes na Floresta

    Experimental Hubbard Brook 1247CONCEITO 55.5 Os eclogos da restaurao devolvem os ecossistemas degradados a um estado mais natural 1248

    Biorremediao 1248Incremento biolgico 1249

    56Biologia da Conservao e Mudana Global 1254

    Tesouro psicodlico 1254CONCEITO 56.1 As atividades humanas ameaam a biodiversidade da Terra 1255

    Trs nveis de biodiversidade 1255Biodiversidade e bem-estar humano 1257Ameaas biodiversidade 1258Espcies extintas podem ser ressuscitadas? 1260

    CONCEITO 56.2 A conservao de populaes enfoca o tamanho populacional, a diversidade gentica e os hbitats crticos 1261

    Abordagem das populaes pequenas 1261Abordagem da populao em declnio 1264Comparando demandas conflitantes 1265

    CONCEITO 56.3 A conservao regional e da paisagem ajuda a sustentar a biodiversidade 1265

    Estrutura da paisagem e biodiversidade 1265Estabelecendo reas de proteo 1267Ecologia urbana 1269

    CONCEITO 56.4 A Terra est mudando rapidamente como consequncia de aes humanas 1269

    Enriquecimento de nutrientes 1269Toxinas no ambiente 1271Gases-estufa e mudana climtica 1272Esgotamento do oznio atmosfrico 1274

    CONCEITO 56.5 O desenvolvimento sustentvel pode melhorar vidas humanas junto com a conservao da biodiversidade 1276

    Desenvolvimento sustentvel 1276O futuro da biosfera 1277

    APNDICE A Respostas 1280APNDICE B Tabela Peridica dos Elementos 1329APNDICE C O Sistema Mtrico 1330APNDICE D Comparao do Microscpio ptico com o

    Microscpio Eletrnico 1331APNDICE E Classificao da Vida 1332APNDICE F Reviso de Habilidades Cientficas 1334

    CRDITOS 1337GLOSSRIO 1347NDICE 1385

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