Como e por que a temperatura do corpo se altera?

Como os invertebrados não podem regular sua temperatura corporal, eles estão à mercê do ambiente em que vivem.

Mas os vertebrados desenvolveram mecanismos para manter sua temperatura corporal relativamente

constante, por meio de ajustes entre produção e perda de calor.

Nos animais pecilotérmicos (de sangue frio), esses mecanismos de ajuste da temperatura corporal são rudimentares, e sua temperatura corporal varia dentro de limitesconsideráveis. Nos mamíferos e aves, animais homeotérmicos (de sangue quente), a temperatura corporal mantém-se relativamente constante, apesar de amplas variações na temperatura ambiente. Nos animais homeotérmicos, a temperatura normal varia de espécie para espécie e, em menor grau, de indivíduo para indivíduo.

No homem, a temperatura corporal normal é de cerca de 37ºC, com variações individuais de cerca de ±0,5ºC e com variações ao longo do dia de 0,5 a 0,7ºC. O funcionamento normal do nosso organismo depende de uma temperatura corporal constante, pois a velocidade das reações químicas e a atividade das enzimas envolvidas no metabolismo, além de variar com a temperatura, possuem uma

função ótima dentro de limites estreitos de variação da temperatura.

No nosso organismo, o calor é produzido por exercícios musculares, pela assimilação de alimentos e pelos processos metabólicos vitais.

É perdido pela radiação, pela condução, pela convecção e pela evaporação da água através da pele e das vias respitarórias. O equilíbrio entre produção e eliminação de calor é que determina a temperatura corporal.

No homem, o hipotálamo, localizado no cérebro, é responsável pela regulação térmica, sendo por isso denominado termostato humano. Está ajustado para 37,0 ± 1,0°C. Variações na temperatura corporal dentro dessa faixa desencadeiam respostas reflexas de conservação (tremor e vasoconstrição periférica) ou dissipação (sudorese e vasodilatação periférica) de calor.

A febre, um dos mais conhecidos sinais de doença, ocorre não só nos mamíferos,mas também em aves, peixes, répteis e anfíbios. No caso dos animais homeotérmicos, os mecanismos de regulação da temperatura comportam-se como se tivessem sido ajustados para manter a temperatura corporal em níveis mais elevados que o normal, isto é, como se o “termostato” tivesse sido reajustado para um ponto acima de 37ºC. Sendo assim, os receptores de temperatura indicam que a temperatura corporal está abaixo do novo ponto de ajuste, desencadeando a ativação dos mecanismos de produção de calor pelo hipotálamo.

[CH 132 – outubro/1997]

Danusa Dias Soares

LABORATÓRIO DE FISIOLOGIA

DO EXERCÍCIO DA UNIVERSIDADE FEDERAL

DE MINAS GERAIS

O CORPO COMO UM TODO

Controle da temperatura, fatores que definem a estatura humana, morte celular, envelhecimento, controle da dor, absorção de alimentos, regulação do sono, percepção de cores... Reunimos nessa seção do volume exemplos de alguns dos muitos mecanismos de funcionamento do organismo humano que, gradativamente, vêm sendo esmiuçados nas pesquisas realizadas na interface biologia-medicina.

Acreditamos que vários desses temas representam dúvidas e indagações freqüentes nas aulas de biologia e que os textos aqui apresentados possam ser úteis na abordagem dessas questões. O fundamental, no entanto, é que sirvam para despertar o interesse dos alunos e os motivem para a aprendizagem de conceitos-chave em biologia, principalmente aqueles relacionados à biologia geral, como a citologia, e imprescindíveis para a compreensão dos mecanismos fisiológicos que garantem o funcionamento pleno do corpo humano.

Entre as várias temáticas selecionadas para compor essa seção do volume, todas relativas aos mecanismos de funcionamento do corpo humano, consideramos especial a que procura desvendar os mecanismos de funcionamento do cérebro humano. Por isso, fizemos questão de incluir nessa seção textos relativos às neurociências.

Nas últimas décadas, o esforço de pesquisa empreendido por equipes de neurocientistas em todo o mundo tem gerado grandes avanços, sobretudo no que diz respeito a uma melhor compreensão dos mecanismos cerebrais. Parte desses novos conhecimentos das neurociências tem também se refletido diretamente na qualidade de vida das pessoas, com o desenvolvimento, por exemplo, de novos medicamentos para tratamento de distúrbios neurológicos, como a depressão e a ansiedade.

Além disso, ao demonstrar como mecanismos cerebrais interferem diretamente nos demais mecanismos de controle e funcionamento do corpo, como por exemplo, nas estratégias de defesa do organismo, os conhecimentos obtidos recentemente reforçam a idéia de que o ensino de biologia também deve mudar, superando a maneira fragmentada de apresentar o corpo humano através de seus “retalhos”, parte por parte, sistema por sistema, órgão por órgão.

A visão que se propõe atualmente para o ensino de biologia incorpora novos conhecimentos não apenas das neurociências, mas também de outras disciplinas, e preconiza a abordagem do organismo humano como uma totalidade, fruto da interação de todos os seus componentes, em seus vários níveis

de organização.

O desafio que se coloca para o professor, na abordagem dos temas aqui apresentados relativos ao organismo humano, é, portanto, superar a visão fragmentária (imposta pelas próprias disciplinas científicas e pela tradicional organização do ensino) e abordar o corpo humano como um todo integrado, em que pesem muito mais as idéias de interdependência, de complexidade e de equilíbrio dinâmico, justamente aquelas consideradas fundamentais para uma correta compreensão do fenômeno vida.

1. Ensino de Biologia. 2. Biologia educacional. I. Costa, Vera Rita da. II.

Costa, Edson Valério da. III. Brasil. Secretaria de Educação Básica.

Por que não existem olhos de outras cores, além dos clássicos azul, castanho e verde?

Basicamente as cores que observamos nos olhos humanos são aquelas resultantes da proporção do pigmento melanina na íris. Assim, há casos nos quais a cor está bem definida, como, por exemplo, olhos castanhos, azuis e verdes. Essas situações representam proporções definidas de melanina. Mas há também cores intermediárias que refletem uma série de matizes derivados dessas cores, como, por

exemplo, olhos cinzentos, violetas, castanhos claros etc. Há ainda a ausência de pigmento, característica de albinos, o que gera uma cor avermelhada, resultante da visualização dos vasos sangüíneos.

Inicialmente, julgava-se que a cor dos olhos era determinada por apenas um par de genes. Algumas situações de herança de cor dos olhos podiam ser explicadas a partir da genética mendeliana clássica, assumindo que só estava em jogo um par de genes e que a cor marrom era dominante sobre a azul e a verde. No entanto, logo ficou claro que era necessário postular a participação de mais genes. Isso confirmou-se e hoje sabemos que existem pelo menos três genes que controlam a cor da

íris. Esses genes localizam-se nos cromossomos 15 e 19. Naturalmente, o estudo da herança com três pares de genes, levando em conta ainda dominância e recessividade, passa a ser muito mais complexo do que a herança monogênica.

Apesar de sabermos que três pares de genes controlam a cor, existem situações em que não é possível explicar, por exemplo, como um casal de olhos azuis gera uma criança com olhos castanhos (excetuando-se, é claro, casos de infidelidade). Assim, é inteiramente provável que mais genes controladores da cor dos olhos sejam descobertos em breve. Finalmente, não observamos todas as cores do arcoíris nos olhos porque as várias proporções de melanina somente conseguem cobrir uma faixa do espectro da luz visível.

[CH 206 – julho/2004]

Franklin D. Rumjanek

DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA MÉDICA,

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO

Dúvida sobre especiação

Na

de resposta elaborada por Walter Neves para uma pergunta sobre a fertilidade

em híbridos: “O isolamento reprodutivo só ocorre quando os sistemas de

reconhecimento de parceiros são modificados e muitas vezes esses sistemas

são mediados por comportamentos ou estímulos químicos muito sutis.” Como

sou professor de biologia no ensino médio, estranhei a resposta, que poderia

dar a entender (...) que apenas existiriam mecanismos de isolamento reprodutivo

que fossem comportamentais (etológicos). Como o autor da resposta não cita

outros tipos de isolamento reprodutivo pré-copulatórios possíveis (isolamento

estacional, de hábitat, mecânicos) e nem pós-copulatórios (mortalidade de

gametas, do zigoto, inviabilidade do híbrido e esterilidade do híbrido), o leitor

poderia ter uma visão incompleta sobre o assunto.

Walter Neves, autor do texto citado, responde: “Muito oportuna a observação

(...). Sempre que temos muita limitação de espaço, as respostas são incompletas,

claudicantes. Ao se referir a outros mecanismos de isolamento reprodutivo (précopulatórios

e pós-copulatórios), o professor Eduardo está absolutamente certo,

desde que se levem em consideração outros modelos de especiação que não o de

‘espécie por reconhecimento’, proposto por Hugh Paterson em 1985, uma revolução

em relação ao modelo antes predominante, de ‘espécie por isolamento’,

proposto (...) desde os anos 30 por Ernst Mayr e Theodosius Dobzhansky (1900- 1975) e repleto de contradições lógicas.

O modelo tradicional (...) diz que o grosso do isolamento reprodutivo é fixado quando as populações ‘irmãs’ são instadas à alopatria [separação física], muito provavelmente por fatores geográficos. Alguns autores (...) começaram a identificar uma grande inconsistência lógica nesse modelo: como a seleção poderia fixar ‘isolamento reprodutivo’ entre dois conjuntos separados (as duas populações irmãs), se não estão em contato? Mayr e Dobzhansky deram respostas distintas. Para Mayr, (...) os mecanismos de isolamento fixados seriam apenas subprodutos da seleção agindo sobre outros setores da vida do organismo. Para Dobzhansky, o isolamento reprodutivo propriamente dito só seria fixado quando as populações irmãs, antes em alopatria, são postas de novo em simpatria, através de um fenômeno que chamou de ‘reforço secundário’ (...). O trabalho de Paterson (...) restaurou a qualidade lógica nesse contexto. Para ele, o que a seleção fixa quando as duas populações irmãs estão em alopatria são mecanismos distintos de reconhecimento de parceiros específicos em cada uma e não ‘isolamento reprodutivo’ de uma em relação à outra. Pode parecer uma diferença apenas semântica, mas não é! Como muito bem enfatizou Paterson em seu artigo, seleção natural age sobre ‘reprodução’ e não sobre ‘não-reprodução’.

É o fato de a seleção aperfeiçoar a cada dia mais o reconhecimento de parceiros em cada uma das populações irmãs em alopatria que leva ao isolamento reprodutivo entre elas. No modelo tradicional, portanto, ‘isolamento’ é o fulcro do processo, enquanto no modelo de Paterson ‘isolamento’ é apenas subproduto do processo. (...)”

[Resposta à Carta de leitor publicada em CH 206 – julho/2004]

CH nº 202, de março, encontrei na seção ‘O leitor pergunta’ o seguinte trecho

Sabendo-se que leão e tigre podem cruzar, semelhante caso pode ter ocorrido entre Homo sapiens e Homo neanderthalensis gerando descendentes férteis?

Sim. Muitas vezes, criaturas que apresentam uma morfologia muito diferente e que foram descritas originalmente como espécies distintas mostram-se capazes de cruzar e de deixar descendentes férteis.

Aliás, isso é muito mais comum na natureza do que mostram os livros de evolução. Esse fenômeno ocorre porque nem sempre os sistemas de reconhecimento de parceiros para acasalamento são afetados pela morfologia geral do corpo. O isolamento reprodutivo só ocorre quando os sistemas de reconhecimento de parceiros são modificados e muitas vezes esses sistemas são mediados por comportamento ou por estímulos químicos muito sutis.

Existem espécies de moscas drosófilas, por exemplo, que externamente se mostram idênticas, mas que não acasalam simplesmente porque houve uma diferenciação no sistema de reconhecimentode parceiros, isolando-as geneticamente. 

[CH 202 – março/2004]

 Walter Neves

DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA,

INSTITUTO DE BIOCIÊNCIAS,

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

É possível usar o DNA como ferramenta para reconhecer diferenças entre animais da mesma espécie, que vivem em áreas separadas ou distantes umas das outras?

Da mesma forma que o DNA tem sido utilizado para mostrar diferenças genéticas em humanos, os demais animais também são passíveis de estudo com essa mesma ferramenta. A genética ecológica é a área de investigação científica que usa a variabilidade genética animal e vegetal para estudar a biodiversidade.

A variabilidade do DNA de várias espécies animais é bastante estudada nos países desenvolvidos e começa a ser pesquisada no Brasil. Os objetivos desses estudos vão além de simplesmente discriminar populações de uma mesma espécie.

Eles podem determinar graus de diferenciação entre populações, alteração de variabilidade pela ação antrópica (destruição de florestas etc.), níveis de endogamia (acasalamento entre parentes), níveis de introgressão (transferência de genes de uma espécie para outra pela formação de híbridos férteis) etc. Tais estudos já foram utilizados para promover o acasalamento de micos-leões-dou

DNA em suas células. Quanto mais se conhece o genoma (o mapeamento completo de DNA de uma espécie), é possível utilizar ferramentas mais adequadas para estudos desse tipo: seqüências de DNA, mutações pontuais (alterações em bases únicas no DNA), seqüências repetitivas (micro e minissatélites) etc.

Quando não se conhece o genoma, empregam-se técnicas menos precisas, como o DNA

No nosso laboratório iniciamos um banco de DNA de espécies animais no fim de 1999 (ver http://www.icb.ufmg.br/~lbem/ddb). Com ele, pretendemos obter uma coleção representativa de espécies de nossa fauna nativa na forma de DNA, para promover o estudo em detalhe desses genomas e desenvolver ferramentas para detecção de variabilidade genética. Isso está sendo feito em colaboração com vários laboratórios e instituições de Minas Gerais (incluindo o Ibama), usando-

se sobretudo material de animais mortos.

Conhecendo-se as ferramentas adequadas para cada espécie nativa do Brasil podemos propor estratégias de conservação e preservar nossa biodiversidade com o auxílio da genética molecular.

[CH 164 – setembro/2000]

Fabrício Rodrigues dos Santos

DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA

GERAL, INSTITUTO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS,

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS

rados menos aparentados (com menor grau de endogamia) e evitar a extinção dessa espécie brasileira. A diferença dos estudos em humanos e outros animais é que sobre os primeiros muito se conhece da seqüência defingerprinting ou RAPD (DNA polimórfico amplificado aleatoriamente), que produzem uma impressão digital capaz de diferenciar indivíduos de uma mesma espécie e também populações. Vários métodos estão sendo desenvolvidos atualmente para tentar melhorar as ferramentas de discriminação de animais de distintas espécies.

O que é transplante de núcleo?

O transplante ou transferência de núcleos consiste em retirar o núcleo de uma célula e colocá-lo em outra, cujo núcleo original foi removido.

O processo de transferência é realizado com a ajuda de um microscópio óptico, fundamental para a visualização das células e para a correta manipulação das micropipetas – instrumentos utilizados para a retirada do núcleo, assim como para a injeção deste em outra célula.

A técnica pode usar tanto núcleos retirados de células adultas quanto de células embrionárias. Em ambos os casos, o núcleo é inserido em uma célula-ovo de outro indivíduo. Esse procedimento foi realizado por vários grupos em meados da década de 1980. Para a geração da ovelha Dolly, divulgada em fevereiro de 1997, foi utilizado o núcleo de uma célula adulta. O núcleo da célula derivada do úbere (que contém as glândulas mamárias) de uma ovelha adulta foi transferido para o ovo sem núcleo de outra ovelha.

A geração de Dolly provou que o núcleo da célula de um mamífero adulto é totipotente (capaz de gerar um novo indivíduo).

[CH 191 – março/2003]

Marcio Alves Ferreira

DEPARTAMENTO DE GENÉTICA,

INSTITUTO DE BIOLOGIA, UNIVERSIDADE

FEDERAL DO RIO DE JANEIRO

Por que apenas o DNA nuclear do espermatozóide é aproveitado na fecundação?

Nos espermatozóides humanos, é possível reconhecer uma cabeça, ocupada quase que totalmente pelo material nuclear, uma peça intermediária e uma cauda. Visto que a peça intermediária contém mitocôndrias, as quais também possuem DNA – o DNA mitocondrial (mtDNA) –, por que só o DNA nuclear do espermatozóide é aproveitado? Em outras palavras, por que apenas as mulheres podem transmitir à sua prole tanto o DNA nuclear quanto o mtDNA contido nos ovócitos, enquanto os homens somente transmitem o DNA nuclear? Isso acontece porque na espécie humana, a exemplo do que ocorre em outros mamíferos, as mitocôndrias são destruídas pouco tempo depois da fertilização.Mus musculus com Mus spretus) o mtDNA paterno não é destruído, sendo detectado em todos os recém-nascidos. Isso sugere, pois, que no citoplasma dos ovócitos existe um mecanismo espécie-específico que reconhece e elimina as mitocôndrias do espermatozóide. Resta descobrir qual a razão dessa repulsa espécie-específica manifestada pelos ovócitos em relação às mitocôndrias paternas.

Assim, quando, por clivagens (divisões) sucessivas, o zigoto atinge o número de oito células (blastômeros) já não é possível detectar mtDNA paterno.

Na espécie humana, a excepcional persistência de mtDNA paterno está associada a alterações que provocam aborto espontâneo ou óbito precoce. É curioso que, em cruzamentos interespecíficos de camundongos (

[CH 174 – agosto/2001]

Bernardo Beiguelman,

PROFESSOR APOSENTADO

PELO DEPARTAMENTO DE PARASITOLOGIA,

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

O DNA pode ser obtido a partir de impressões digitais?

Há no genoma repetições de seqüências curtas de DNA (código genético) altamente variáveis, chamadas microssatélites.

Com base no estudo de uma bateria de 12-20 mocrossatélites, é possível obter perfis genéticos praticamente indivíduoespecíficos, muito úteis na identificação de vítimas e criminosos.Nature, de 19 de junho passado, os cientistas australianos Roland van Oorschot e Maxwell Jones reportaram sucesso na obtenção de perfis genéticos a partir de impressões digitais. Amostras obtidas de cabos de faca, copos e telefones, por exemplo, permitiram que se fizesse o perfil genético de pessoas que haviam tocado nesses objetos.

Com o desenvolvimento da reação em cadeia da polimerase (PCR), técnica baseada na amplificação exponencial do número de moléculas de DNA, alcançamos sensibilidade para estudar mocrossatélites e obter perfis genéticos em quantidades mínimas de DNA. Hoje é possível obter o perfil genético de uma pessoa a partir, por exemplo, do filtro de um cigarro ou de um selo ou envelope que ela tenha lambido. Em ambos os casos um pequeno número de células epiteliais dos lábios fica preso no papel. Aliás, o terrorista que colocou uma bomba no World Trade Center, em Nova York, foi identificado a partir de um envelope.

No número 387 da revista

Essa descoberta poderá nos proporcionar uma ferramenta muito importante em criminalística.

Por outro lado, tais resultados demonstram a necessidade de cautela na interpretação de perfis genéticos a partir de quantidades muito pequenas de DNA em crimes, já que o manuseio sem luvas pode levar a contaminação inadvertida de peças de evidência.

MEC/CHC

Como o material genético de uma célula pode conter toda a informação que dará origem às células de um organismo inteiro?

Todo potencial de desenvolvimento embrionário de um animal está contido em um ovo fertilizado. Quando o espermatozóide se une a um óvulo, ocorre a reunião do material hereditário (genes) paterno e materno, com todas as instruções detalhadas para o desenvolvimento de um novo ser, isto é, uma poupança herdada de cerca de 100 mil genes com um imenso repertório de funções para construir as células e todo um organismo. Esses genes são os verdadeiros segredos do talento artístico da célula: uma vez ativados, eles produzem mensagens específicas para a síntese de proteínas capazes de construir novas células e de modificá-las de infinitas maneiras.

O que inicia o processo de diferenciação das células?

Eventos importantes ocorrem durante o desenvolvimento de um animal, mesmo antes de o ovo ser fertilizado.

Ou seja, substâncias nutritivas e determinantes são transportadas para o ovo a partir de células maternas vizinhas, fornecendo alimento para o futuro embrião e organizando o ovo para seu subseqüente desenvolvimento.

Em algumas espécies, esses produtos gênicos maternos traçam o perfil do plano corporal básico do embrião, distinguindo a região anterior da posterior e a dorsal da ventral.

Conforme as divisões celulares progridem e mais e mais células compõem o embrião, elas começam a conversar quimicamente entre si, especificando as informações mais complexas sobre a forma, função e posição. Uma célula destinada a formar a mão, por exemplo, deve enviar a mensagem química para a célula vizinha originar um grupo de células descendentes e ativar os genes para formar um braço.

O ovo recém-fertilizado (zigoto) é totipotente: ele dá origem a todos os tipos celulares do adulto. Em que ponto do desenvolvimento embrionário as células começaram a ficar irreversivelmente restritas em seus potenciais de desenvolvimento?

Existem casos de nascimentos múltiplos em que irmãos idênticos são derivados de um único ovo fertilizado por um só espermatozóide. Portanto, podemos concluir que a informação genética foi fielmente reproduzida durante pelo menos três divisões celulares após a fertilização (duas divisões produzem quatro células e quíntuplos idênticos já foram registrados). Muitos organismos diferenciados podem regenerar novos órgãos e tecidos. Por exemplo, uma lagartixa pode regenerar

a cauda, e um corpo humano pode regenerar um fígado lesado. Até recentemente pensava-se que isso só era possível em determinados tecidos. Embora a regeneração de um organismo completo a partir de uma única célula somática (já diferenciada) não tenha sido observada entre os animais na natureza, em laboratório isso já se tornou uma realidade com o nascimento da ovelha Dolly, a partir de um núcleo de uma célula mamária introduzido em um ovo anucleado. Esse experimento mostra, de certo modo, que qualquer núcleo do organismo tem no seu material genético todas as informações necessárias para o desenvolvimento completo de um organismo, e que isso ocorrerá desde que esse material esteja rodeado dos determinantes adequados para ativar os genes do desenvolvimento.

Não se sabe, ainda, como os genes e proteínas do final da cascata realmente constroem, por exemplo, os axônios no final das células nervosas, ou as densas redes de fibras que compõem o cristalino nos olhos. De fato, esses genes efetores (em oposição aos reguladores) são na maior parte desconhecidos. Conhecê-los será um desafio para o próximo milênio.

[CH 157 – janeiro/fevereiro/2000]

Lyria Mori

INSTITUTO DE BIOLOGIA,

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO