Citologia - História e Introdução

Definição: 

A Biologia Celular é classicamente dividida em Citologia e Histologia. 

(Cito= Célula; Logos= Estudo) A citologia é a ciência que estuda as células. 

História:

No século 16 os irmãos Joahan e Zacharias Jensen montaram o primeiro microscópio. O aparelho apresentava um sistema de lentes que permitia observar estruturas muito pequenas. Esse avanço tecnológico foi essencial para o desenvolvimento da citologia já que a maioria das células é de tamanho extremamente reduzido e não pode ser observada a olho nu. 

As células são a menor unidade morfofuncional e genética da maioria dos seres vivos. A célula foi descoberta em 1665 por Robert Hooke ao analisar, com um microscópio rudimentar, um pedaço de cortiça. Hooke percebeu que o material era composto por pequenas cavidades em formato poliédrico e as denominou célula (ou cella, que significa cavidade em latim). Na verdade estas cavidades eram as paredes celulares de células vegetais. 

No século 19, um botânico alemão chamado Matthias Schleiden, relatou a observação de que todos os tecidos vegetais eram massas organizadas de células. Pouco tempo depois o zoólogo Theodor Schwann observou o mesmo para tecidos animais e propôs a teoria celular, a qual diz que todos os seres vivos são constituídos por uma ou mais células. Essa teoria tem grande importância na biologia desde então, porém é necessário ressaltar que há exceções a essa regra: os vírus são seres acelulares (não possuem células). 

O desenvolvimento das tecnologias e dos métodos de microscopia permitiu um grande avanço no estudo das células. Hoje é possível, não só enxergar as células, como estudar aspectos físicos, estruturais e químicos do seu metabolismo.

Introdução: 

A teoria celular em seu conceito atual pode ser dividida em 4 pontos: 

1. Todos os organismos vivos (exceto os vírus) são constituídos por uma ou mais células. 

2. As células originam-se de outras células (ou seja, as células se reproduzem). 

3. Grande parte das reações químicas dos organismos ocorre dentro das células. 

4. As células contem a informação hereditária do organismo da qual fazem parte e esta informação é mantida da célula mãe para as células filhas. 

Uma importante característica dos seres vivos é o número de células do qual é composto. A maior parte dos seres vivos conhecidos é unicelular (formados por uma única célula). Neste grupo se encontram as bactérias, os protozoários e alguns fungos. Já os animais, plantas e boa parte dos fungos são pluricelulares (formados por mais de uma célula), podendo apresentar desde poucas até milhões de células. E como dito anteriormente, os vírus são acelulares.

As características essenciais das células são: a presença de uma membrana plasmática que envolve toda a célula e do material genético (esta segunda, com algumas exceções, tais como as hemácias). As células, em geral, apresentam o espaço interior (citoplasma) preenchido por uma solução aquosa na qual se encontram organelas. As organelas são estruturas envolvidas por membranas que apresentam funções específicas dentro das células. 

O material genético das células se encontram difuso em meio ao citoplasma ou envolto por uma membrana dupla denominada carioteca (ou membrana nuclear). Neste segundo caso, a estrutura formada é denominada núcleo. Esta é uma importante característica diferenciadora das células. As células sem carioteca e com material genético difuso são denominadas procarióticas ou procariontes; já as células que apresentam núcleo delimitado pela membrana carioteca são chamadas eucarióticas ou eucariontes.

Organização geral da célula procariótica

Organização geral da célula eucariótica

Os organismos apresentam grande diversidade de células, cada uma com suas próprias peculiaridades, com presença ou não de várias estruturas e com desenvolvimento diferenciado de cada uma delas. 

Dentro do que vimos até aqui, concluímos que os seres vivos podem ser uni ou pluricelulares e compostos por células procarióticas ou eucarióticas. Estas são duas das características mais importantes no estudo e classificação dos seres vivos. As demais serão discutidas posteriormente.

Rafael Pinheiro - Biologia no Ensino Médio (www.bionoem.blogspot.com)

Ciclo do Nitrogênio (N), Oxigênio (O), Fósforo (P) e Enxofre (S)

INTRODUÇÃO: 

Como visto no post “Fluxo de Energia e Matéria no Ecossistema”, existe um fluxo de matéria nos ecossistemas, resultado das relações alimentares entre os organismos. Os elementos químicos que são utilizados pelos organismos são transferidos nessas relações e se movimentam no meio biótico do ecossistema. No entanto, estes elementos não permanecem somente como parte dos seres vivos, mas integram também o meio abiótico. 

A composição química da terra permanece praticamente constante com o passar do tempo, no entanto, os elementos e substâncias químicas do planeta se movimentam e sofrem transformações. Os seres vivos necessitam de diversas substâncias para sua sobrevivência, as quais são obtidas do meio abiótico ou do consumo de outros seres vivos. Quando um organismo absorve um nutriente do meio abiótico, ele está promovendo a entrada deste no meio biótico. No entanto, em determinado momento, este mesmo elemento pode ser devolvido ao meio abiótico, fechando assim um ciclo. 

Um ciclo biogeoquímico é o percurso realizado por um elemento químico essencial a vida no meio ambiente, incluindo tanto sua passagem pela matéria orgânica quanto pela matéria inorgânica. Neste post explicarei os principais processos envolvendo o ciclo dos principais elementos essenciais a vida. 

Lembre-se que a matéria nunca é perdida e que a composição química do planeta é constante. Os elementos são reciclados pelos organismos, transitando entre o meio biótico e abiótico, e entre um organismo e outro. A mesma molécula de água que um dia esteve no sangue de um dinossauro, pode estar congelada numa geleira, pode estar numa gota de chuva, pode estar no citoplasma de uma bactéria ou mesmo, pode estar em você agora.

EQUILÍBRIO: 

Os elementos químicos estão em constante intercâmbio entre o meio biótico e abiótico. Geralmente, existe um equilíbrio nessa transferência, de maneira que a composição de ambos os meios permanecem constantes. O entendimento dos ciclos biogeoquímicos é essencial na compreensão dos atuais problemas ambientais, já que vários destes são causa ou conseqüência de um desequilíbrio nestes ciclos.

CICLO DO NITROGÊNIO (N):

Também conhecido como ciclo do Azoto. 

O nitrogênio é usado pelos seres vivos na síntese de diversas moléculas orgânicas, tais como os Ácidos Nucléicos e as Proteinas. Todos os organismos conhecidos são altamente dependentes destas substâncias. 

O maior reservatório de nitrogênio no planeta é a atmosfera, onde este se encontra, principalmente, na forma de N2. O nitrogênio também pode ser encontrado no solo na forma de substâncias inorgânicas, nos organismos vivos e em depósitos de substâncias orgânicas. 

Abaixo se encontra um pequeno esquema do ciclo do Nitrogênio e seus principais processos:

Fixação: 

A fixação é a conversão do nitrogênio gasoso da atmosfera em substâncias sólidas, líquidas ou íons solúveis no solo. As principais formas do nitrogênio no solo são os íons Amônia (NH4⁺), Nitrato (NO2⁻) e Nitrito (NO3⁻). 

A fixação é um processo de elevada importância ecológica porque a maioria dos seres vivos não é capaz de absorver o nitrogênio na forma gasosa, dependendo portanto desses íons dissolvidos no solo para a síntese de suas moléculas. 

Fixação atmosférica: 

A fixação pode ocorrer através de processos não bióticos. As descargas elétricas, o calor de vulcões e até mesmo a radiação solar podem provocar a conversão do nitrogênio atmosférico nos íons Amônia, Nitrato ou Nitrito. Este processo é denominado fixação atmosférica. 

Fixação Biológica: 

Algumas bactérias possuem a capacidade de absorver o nitrogênio na forma gasosa e converte-lo em íons no solo. Estas bactérias são chamadas “fixadoras” e possuem importante papel no ecossistema, pois disponibilizam estes nutrientes para posterior absorção pelas plantas. As bactérias fixadoras podem estar livres no solo, liberando amônia, ou na raízes das plantas, realizando uma interação de mutualismo com estas. 

Nitrificação: 

Este processo é realizado pelas bactérias nitrificantes e ocorre em dois passos. Primeiramente, a Amônia é convertida em Nitrito, e posteriormente, o Nitrito é convertido em Nitrato. A importância desse processo se dá no fato de que as plantas não são capazes de absorver Amônia, somente o Nitrato. Dessa forma, a nitrificação é essencial para a disponibilização do nitrogênio para as plantas. 

Assimilação: 

A assimilação é realizada pelas plantas, que absorvem os o nitrogênio principalmente na forma de nitrato e o utiliza na síntese de substâncias orgânicas. A assimilação é o único meio de entrada do nitrogênio na cadeia alimentar. 

Consumo: 

O consumo provoca o fluxo de nitrogênio na cadeia alimentar. O nitrogênio assimilado pelas plantas e utilizado na síntese de substâncias orgânicas é transferido para outro ser vivo através do consumo e assim consecutivamente. 

Decomposição: 

O processo de decomposição da matéria orgânica resulta em liberação de íons nitrogenados no solo, principalmente Amônia. O nitrogênio retorna assim ao ciclo, podendo ser convertido pelas bactérias em Nitrito e Nitrato e assimilado pelas plantas posteriormente. 

Desnitrificação: 

É um processo que pode ocorrer por meios abióticos ou por ação de bactérias e que resulta na conversão dos íons Nitrato em nitrogênio gasoso (N2). 

TÓPICOS IMPORTANTES RELACIONADOS AO CICLO DO NITROGÊNIO: 

Mutualismo entre Leguminosas e bactérias fixadoras: 

As plantas do grupo conhecido como leguminosas realizam uma relação de mutualismo com bactérias fixadoras que habitam suas raizes. Nesta interação, as plantas são beneficiadas pela disponibilização de Nitrato para assimilação e as bactérias são beneficiadas pela disponibilização de abrigo e nutrientes pelas plantas. 

INFLUÊNCIAS ANTRÓPICAS NO CICLO DO NITROGÊNIO: 

Adubação e Rotação de Culturas: 

Os nutrientes nitrogenados estão entre os mais importantes ao desenvolvimento de plantas. O uso da terra para agricultura por período prolongado pode gerar a escassez desse elemento, comprometendo assim a produtividade. Por esse motivo é comum o uso destes nutrientes, principalmente nitrato, como adubo para plantações. 

Outra estratégia é o plantio de leguminosas, pois estas possuem bactérias fixadoras que aumentam a concentração de nitrogênio no solo. No sistema de rotação de cultura, ocorre um revezamento no plantio entre leguminosas e outras plantas, dessa forma as leguminosas evitam o esgotamento dos nutrientes nitrogenados no solo. 

Poluição e Eutrofização: 

A adubação e irrigação de plantações pode provocar o descarte de grandes quantidades de nutrientes nitrogenados, principalmente Nitrato nos rios e lagos. Além disso, alguns gases liberados em atividades industriais também possuem nitrogênio. 

O aumento abrupto da concentração destas substâncias nos ambientes aquáticos é denominado eutrofização e pode provocar grandes impactos nos ecossistemas, pois facilita o desenvolvimento de algas e macrófitas levando à uma superpopulação e causando desequilíbrio na comunidade.

CICLO DO OXIGÊNIO (O):

O oxigênio é um elemento de grande importância para a biosfera. A maioria dos organismos vivos necessita do gás oxigênio (O2) para a respiração, boa parte utiliza o gás carbônico (CO2) na fotossíntese e praticamente todos são dependentes da água (H2O) para suas funções vitais, sendo todas estas, substâncias que contém o elemento oxigênio (O) em sua composição e que participam do ciclo biogeoquímico deste. 

A atmosfera, a hidrosfera e a litosfera são reservatórios de oxigênio. Na atmosfera o oxigênio é encontrado nas formas de O2, CO2, ozônio (O3), dióxido de nitrogênio (NO2), monóxido de nitrogênio (NO), dióxido de enxofre (SO2) e outros. Na hidrosfera o oxigênio está presente principalmente na composição da própria água (H2O) e na forma de O2 dissolvido. Porém, o maior reservatório de oxigênio do planeta é a litosfera. As rochas possuem tamanha quantidade de oxigênio em suas composições que fazem deste o elemento mais abundante do planeta. 

Por fim, a biosfera é também um reservatório que, embora possua menor quantidade de oxigênio, não pode ser desconsiderada já que os processos biológicos influenciam o fluxo deste elemento entre os demais reservatórios. 

Abaixo se encontra um esquema resumido do Ciclo do Oxigênio:

Respiração: 

A respiração é um processo utilizado pela maioria dos seres vivos na obtenção de energia. O tipo de respiração mais comum é a aeróbica, na qual o oxigênio é absorvido pelo ser vivo, gerando energia e liberando gás carbônico. Este processo provoca mudanças na composição da atmosfera, aumentando a concentração de CO2 e diminuindo a de O2. 

Fotossíntese: 

Este processo é realizado por seres autótrofos gerando incorporação do gás carbônico e liberação de oxigênio, resultado oposto ao da respiração. É importante perceber a ligação do ciclo do oxigênio com o do carbono, afinal respiração e fotossíntese são os dois processos biológicos mais importantes dos dois. Outra observação, óbvia, porém muitas vezes esquecida é a de que os produtores também respiram. 

Consumo: 

Provoca o fluxo de oxigênio dentro do ciclo biológico. 

Conversão entre O2 e O3: 

Na atmosfera ocorre uma constante transformação de moléculas de O2 em O3 e também o contrário. A energia da radiação solar provoca a separação dos átomos de O2 e sua reorganização na forma de O3. O processo contrário ocorre com liberação de energia. O equilíbrio destas conversões é essencial para a manutenção da camada de ozônio e da concentração de O2 no ar. 

Fluxo de oxigênio entre litosfera, atmosfera e hidrosfera: 

O O2 está sempre se movimentando entre seus grandes reservatórios. A evaporação da água provoca fluxo entre hidrosfera e atmosfera, a dissolução do O2 e o condensamento da água causa o fluxo no sentido oposto. Diversos processos biológicos causam incorporação do oxigênio na litosfera, tais como a gênese de calcários, um mineral que contem este elemento em sua composição e é formado pela ação de seres vivos. 

TÓPICOS RELACIONADOS AO CICLO DO OXIGÊNIO: 

Camada de Ozônio: 

Esta camada se encontra na região da atmosfera denominada estratosfera, é formada pelo processo explicado anteriormente de conversão do O2 em O3, e possui um importante papel para a manutenção da vida como ela é no planeta. A camada de ozônio absorve parte da radiação ultravioleta que chega ao planeta, durante a conversão do O2 em O3, impedindo que esta atinja a superfície do planeta e os organismos que a habitam. A luz ultravioleta provoca efeitos nocivos à maioria dos seres vivos, principalmente mutações genéticas. 

INFLUÊNCIAS ANTRÓPICAS NO CICLO DO OXIGÊNIO: 

Destruição da camada de ozônio: 

A emissão de determinados gases, principalmente os CFC (Clorofluorcarbonos) provoca a destruição desta camada. Atualmente, a camada de ozônio apresenta regiões já impactadas pela ação destes gases. Este processo provoca danos à biosfera como um todo e à humanidade em particular, afinal a maior exposição à raios ultravioletas está diretamente relacionada a ocorrência de diversos tipos de cânceres, principalmente os melanomas (cânceres de pele).

CICLO DO FÓSFORO (P): 

O fosforo é outro elemento importante para a biosfera. Ele está presente na constituição dos ácidos nucléicos (DNA e RNA) e nas moléculas energéticas (ATP), além de participar de diversos processos fisiológicos e metabólicos dos organismos. Diversas doenças humanas estão relacionadas à ausência de fósforo no corpo. 

O ciclo do Fósforo é muito simples se comparado ao de outros elementos como o Carbono e Nitrogênio. Este elemento não apresenta formas gasosas estáveis e por isso, sua concentração na atmosfera é praticamente nula. A maior parte do fósforo do planeta se encontra na composição de rochas. Outro aspecto que confere simplicidade ao ciclo do fósforo é que a única forma desse elemento realmente importante à biosfera é o íon fosfato (PO4⁻³). 

Abaixo, um pequeno esquema do Ciclo do Fósforo:

Decomposição de rochas: 

A maior parte do fósforo do planeta se encontra indisponível aos seres vivos na composição de rochas. No entanto, sob a ação da chuva, neve, vento e outros fatores químicos, físicos e biológicos, estas rochas podem ser decompostas, liberando fosfato. Este fosfato pode ficar no solo ou ser carregado pela água para rios, lagos e oceanos. A decomposição das rochas faz com que o fosforo indisponível das rochas, se torne disponível na forma de fosfato. 

Ingestão e assimilação: 

Quando o fosfato está no solo ele pode ser absorvido pelas raízes das plantas e utilizado na síntese das moléculas orgânicas destas. Quando o fosfato se encontra na água ele pode ser ingerido pelos animais e utilizado por estes. 

Consumo: 

O consumo causa o fluxo de fósforo dentro da biosfera. 

Excreção e decomposição: 

A excreção e a decomposição dos seres vivos resultam na liberação de fosfato no solo ou na água. 

Sedimentação: 

O fosfato solubilizado na água pode passar por um processo de decantação, que é a descida dele para o fundo do leito do rio, lago ou oceano no qual ele se encontra. Esta é a primeira etapa do processo de origem de rochas sedimentares. O material que se acumula no fundo dos ambientes marinhos pode formar novas rochas, inclusive o fosfato que ali estava. Dessa forma, o fosforo volta à litosfera. 

TÓPICOS RELACIONADOS AO CICLO DO FÓSFORO: 

Esgotamento dos solos e adubação: 

O fosfato é um nutriente extremamente importante aos vegetais. O uso contínuo da terra para agricultura pode provocar a escassez desse nutriente no solo, e comprometer a produtividade. Justamente por isso, diversos adubos incluem fosfato entre os seus componentes. 

INFLUÊNCIAS ANTRÓPICAS NO CICLO DO FÓSFORO: 

As principais ações humanas relacionadas ao ciclo do fósforo é a mineração de rochas que possuem este elemento em suas composições, e a adubação. Esta segunda, quando em excesso provoca prejuízos ambientais, já que o fosfato é solúvel e pode ser levado pela água para rios e lagos em grandes quantidades, causando desequilíbrios ecológicos.

CICLO DO ENXOFRE (S): 

O Enxofre faz parte da composição de varias proteínas e por isso é essencial aos seres vivos. 

O maior reservatório de enxofre no planeta é a litosfera. O enxofre se encontra na composição de muitas rochas. Após um processo de decomposição destas rochas ele pode ser liberado no solo na forma de diversos compostos, tais como o sulfato (SO4⁻²). 

A atmosfera também é um reservatório de enxofre, na qual ele se encontra, principalmente, nas formas de dióxido de enxofre (SO2) e anidrido sulfídrico (SO3). 

Abaixo um resumido esquema do Ciclo do Enxofre:

Erupções vulcânicas: 

Estes eventos resultam na liberação de gases que contem enxofre e consequentemente, no fluxo desse elemento da litosfera para a atmosfera. O principal gás liberado pela atividade vulcânica é o Ácido Sulfídrico (H2S). No entanto, este gás possui pouca estabilidade e rapidamente é convertido em SO2 na atmosfera. 

Chuvas ácidas: 

Este evento ocorre pela reação entre o SO2 presente na atmosfera e a água, resultando em Ácido Sulfídrico, que é precipitado junto com a chuva. As chuvas ácidas ocorrem naturalmente, principalmente em locais próximos a vulcões e causam a transferência do enxofre que estava na atmosfera para os solos ou para ambientes aquáticos. Embora ocorra naturalmente, este processo é acentuado por determinadas ações humanas que discutiremos posteriormente. 

Decomposição de rochas e assimilação: 

O enxofre presente nas rochas está indisponível aos seres vivos. No entanto, quando estas rochas são decompostas elas liberam sulfato no solo e este pode ser absorvido e assimilado pelas plantas. 

Consumo: 

O consumo faz com que o enxofre circule dentro da biosfera. 

Decomposição: 

A decomposição da matéria orgânica por micro-organismos resulta na liberação de H2S. Este gás é o responsável pelo cheiro de podridão na matéria em decomposição. Este processo causa o fluxo de enxofre da biosfera para a atmosfera. 

Sulfobactérias: 

As sulfobactérias utilizam o Ácido Sulfídrico na síntese de compostos orgânicos. Algumas delas utilizam a luz solar como fonte de energia para as reações, enquanto outras realizam quimiossíntese, obtendo a energia necessária através da oxidação de compostos inorgânicos. 

INFLUÊNCIAS ANTRÓPICAS NO CICLO DO ENXOFRE: 

Emissão de SO2, SO3 e H2S: 

A principal interferência humana no ciclo natural do enxofre é a emissão de gases, causada pela queima de combustíveis fósseis e outras atividades industriais. Tal processo pode causar aumento da concentração destes gases na atmosfera. 

Chuvas Ácidas: 

Embora as chuvas ácidas ocorram naturalmente em determinadas circunstâncias, o aumento da concentração de gases de enxofre na atmosfera provocado pela emissão em atividades humanas pode causar uma acentuação desse processo. 

As chuvas ácidas, além de causar danos e doenças aos seres vivos (inclusive aos homens), danificam também edifícios, obras de arte e outras construções humanas.

Rafael Pinheiro - Biologia no Ensino Médio (www.bionoem.blogspot.com)

Ciclos Biogeoquímicos - Ciclo da Água

INTRODUÇÃO: 

Como visto no post “Fluxo de Energia e Matéria no Ecossistema”, existe um fluxo de matéria nos ecossistemas, resultado das relações alimentares entre os organismos. Os elementos químicos que são utilizados pelos organismos são transferidos nessas relações e se movimentam no meio biótico do ecossistema. No entanto, estes elementos não permanecem somente como parte dos seres vivos, mas integram também o meio abiótico. 

A composição química da terra permanece praticamente constante com o passar do tempo, no entanto, os elementos e substâncias químicas do planeta se movimentam e sofrem transformações. Os seres vivos necessitam de diversas substâncias para sua sobrevivência, as quais são obtidas do meio abiótico ou do consumo de outros seres vivos. Quando um organismo absorve um nutriente do meio abiótico, ele está promovendo a entrada deste no meio biótico. No entanto, em determinado momento, este mesmo elemento pode ser devolvido ao meio abiótico, fechando assim um ciclo. 

Um ciclo biogeoquímico é o percurso realizado por um elemento químico essencial a vida no meio ambiente, incluindo tanto sua passagem pela matéria orgânica quanto pela matéria inorgânica. Neste post explicarei os principais processos envolvendo o ciclo dos principais elementos essenciais a vida. 

Lembre-se que a matéria nunca é perdida e que a composição química do planeta é constante. Os elementos são reciclados pelos organismos, transitando entre o meio biótico e abiótico, e entre um organismo e outro. A mesma molécula de água que um dia esteve no sangue de um dinossauro, pode estar congelada numa geleira, pode estar numa gota de chuva, pode estar no citoplasma de uma bactéria ou mesmo, pode estar em você agora.

EQUILÍBRIO: 

Os elementos químicos estão em constante intercâmbio entre o meio biótico e abiótico. Geralmente, existe um equilíbrio nessa transferência, de maneira que a composição de ambos os meios permanecem constantes. O entendimento dos ciclos biogeoquímicos é essencial na compreensão dos atuais problemas ambientais, já que vários destes são causa ou conseqüência de um desequilíbrio nestes ciclos.

CICLO DA ÁGUA (H2O):

Também chamado Ciclo Hidrológico. 

O planeta Terra possui cerca de 2/3 de sua superfície coberta por oceanos, que representam o maior reservatório de água do planeta, contendo aproximadamente 97% da água mundial. As geleiras polares abrigam cerca de 2%, os rios e lagos (incluindo os lençóis freáticos) 1%, e a atmosfera 0,001%. Nos oceanos, rios e lagos, a água se encontra em estado líquido; nas geleiras, em estado sólido; e na atmosfera, em estado gasoso. O Ciclo da Água ocorre pelo fluxo da água entre estes ambientes. 

Abaixo, um esquema do Ciclo Geológico da Água e seus principais processos. Lembrem-se que o ciclo geológico não considera a passagem desta substância pelos seres vivos: 

Ciclo Geológico da Água

Evaporação: 

É o processo, através do qual, a água é transferida da hidrosfera (oceanos, geleiras, rios, lagos, etc...) para a atmosfera. O principal fator causador da evaporação é a energia proveniente da luz solar que provoca a mudança de estado da água, do líquido para o gasoso. A maior parte da água que evapora é proveniente dos oceanos, já que estes são os maiores reservatórios desta substância. 

A passagem da água do estado sólido diretamente para o estado gasoso é chamada “sublimação”. Este processo, no entanto, possui pouco impacto no ciclo e foi, por isso, desconsiderado no esquema. 

Precipitação: 

É o processo, através do qual, a água é transferida da atmosfera para a hidrosfera. 

O vapor d’agua, resultante da evaporação, tende a subir em meio à atmosfera, encontrando condições de pressão e temperaturas mais baixas. Isto provoca a condensação, ou seja, a formação de gotículas d’agua, as quais formam as nuvens e nevoeiros. Estas gotículas, posteriormente podem formar gotas maiores e pesadas, que caem, geralmente, na forma de chuva. Além das chuvas, a neve, o granizo e até mesmo o orvalho são formas de precipitação da água atmosférica. 

A maior parte da precipitação ocorre sobre os oceanos, já que estes apresentam a maior superfície. 

Congelamento: 

Provoca o fluxo de água dos oceanos, lagos, rios e lençóis para as geleiras. É influenciado pelas condições ambientais, tais como temperatura e insolação. 

Derretimento: 

O derretimento do gelo resulta no fluxo de água das geleiras para os oceanos ou rios. Esse processo é altamente influenciado pela energia solar, já que esta provoca a mudança de estado físico da água, de sólida para líquida. 

A quantidade de água acumulada nas geleiras depende do balanço entre congelamento e precipitação, e derretimento. O acúmulo de água nas geleiras varia de maneira anual, pelas estações do ano, mas também em largas escalas de tempo sendo mais intenso nas chamadas “eras do gelo”. 

Escoamento: 

A chuva que cai sobre o ambiente terrestre pode seguir dois percursos: se infiltrar na terra ou escorrer pela superfície. 

Quando a água se infiltra na terra ela pode ser incorporada nos lençóis freáticos, que são grandes massas de água localizadas abaixo da superfície. Esses lençóis podem aflorar posteriormente formando nascentes, e são essenciais na manutenção do nível d’agua dos rios e lagos. 

Quando a água não se infiltra, ela “escorre” pela superfície, formando enxurradas. Essa enxurrada pode posteriormente desaguar num rio e este seguir até desaguar em algum oceano. Esse processo é denominado escoamento superficial e resulta na transferência de água dos rios e lençóis freáticos para os oceanos. 

CICLO BIOGEOQUÍMICO DA ÁGUA: 

A importância da água para a manutenção da vida no planeta é óbvia. A água é essencial na manutenção de funções vitais aos seres vivos, tais como circulação de nutrientes, excreção e regulação da temperatura, sendo um dos principais componentes dos organismos. Além disso, uma infinidade de seres habita ambientes aquáticos ou necessita deles para a reprodução. 

Abaixo, um esquema destacando os processos biológicos que participam do ciclo biogeoquímico da água: 

Ciclo Biogeoquímico da Água

Evapotranspiração: 

A evapotranspiração é a evaporação da água presente em organismos vivos. Esse processo provoca o fluxo de água do ciclo biológico para o ciclo geológico, ou seja, dos seres vivos para o ambiente. Embora a transpiração, quando em excesso, cause malefícios aos organismos, geralmente ela possui importante função no controle da temperatura corporal, principalmente de animais, e no controle da absorção de água e sais minerais por plantas. 

Absorção e consumo de água: 

São os processos pelo qual a água entra no Ciclo Biológico. Ou pela absorção da água no solo, realizada pelas raízes das plantas e pelos fungos, ou pelo consumo direto da água pelos animais e outros seres vivos. 

A quantidade de água consumida pelos seres vivos é muito pequena em relação ao total presente no planeta. No entanto, grande parte desse total não está disponível a todos os seres vivos, devido ao congelamento, poluição ou salinidade. Assim, a água oceânica está plenamente disponível para o consumo de um peixe marinho, porém não é própria para o consumo de um mamífero terrestre. 

Consumo: 

No tópico anterior eu falei em consumo de água, ou seja, a obtenção de água pelos seres vivos diretamente dos rios e lagos. Neste, me refiro à interação ecológica em que um ser vivo consome outro. 

O consumo provoca o fluxo da água dentro do próprio ciclo biológico. Um consumidor, ao ingerir outro ser vivo, está absorvendo parte da água que estava presente neste e promovendo a movimentação desta na cadeia alimentar. 

Excreção: 

Boa parte dos seres vivos utiliza a água como meio para excretas, eliminando esta no ambiente e criando fluxo do ciclo biológico para o geológico. 

INFLUÊNCIAS ANTRÓPICAS NO CICLO DA ÁGUA: 

O derretimento é um processo natural integrante do ciclo da água e geralmente é compensado pelo processo de congelamento, não alterando assim a quantidade de água nas geleiras. 

No entanto, atualmente o aquecimento global tem provocado uma aceleração desse processo e uma diminuição do congelamento, resultando na diminuição da quantidade total de água nas geleiras e aumento no nível dos oceanos. Esse fenômeno pode provocar, nos próximos anos, a submersão de grandes áreas oceânicas e de várias ilhas, impactando tantos os ambientes naturais quanto as atividades humanas nessas áreas. 

Outras influências humanas sobre o ciclo da água incluem a impermeabilização do solo, impedindo o processo de infiltração, a drenagem e uso dos lençóis freáticos, e a drenagem ou o represamento de rios atuando assim sobre o processo de escoamento.

Rafael Pinheiro - Biologia no Ensino Médio (www.bionoem.blogspot.com)

Ciclos biogeoquímicos - Ciclo do Carbono (C)

 

INTRODUÇÃO:

Como visto no post “Fluxo de Energia e Matéria no Ecossistema”, existe um fluxo de matéria nos ecossistemas, resultado das relações alimentares entre os organismos. Os elementos químicos que são utilizados pelos organismos são transferidos nessas relações e se movimentam no meio biótico do ecossistema. No entanto, estes elementos não permanecem somente como parte dos seres vivos, mas integram também o meio abiótico.

A composição química da terra permanece praticamente constante com o passar do tempo, no entanto, os elementos e substâncias químicas do planeta se movimentam e sofrem transformações. Os seres vivos necessitam de diversas substâncias para sua sobrevivência, as quais são obtidas do meio abiótico ou do consumo de outros seres vivos. Quando um organismo absorve um nutriente do meio abiótico, ele está promovendo a entrada deste no meio biótico. No entanto, em determinado momento, este mesmo elemento pode ser devolvido ao meio abiótico, fechando assim um ciclo.

Um ciclo biogeoquímico é o percurso realizado por um elemento químico essencial a vida no meio ambiente, incluindo tanto sua passagem pela matéria orgânica quanto pela matéria inorgânica. Neste post explicarei os principais processos envolvendo o ciclo dos principais elementos essenciais a vida.

Lembre-se que a matéria nunca é perdida e que a composição química do planeta é constante. Os elementos são reciclados pelos organismos, transitando entre o meio biótico e abiótico, e entre um organismo e outro. A mesma molécula de água que um dia esteve no sangue de um dinossauro, pode estar congelada numa geleira, pode estar numa gota de chuva, pode estar no citoplasma de uma bactéria ou mesmo, pode estar em você agora.

EQUILÍBRIO:

Os elementos químicos estão em constante intercâmbio entre o meio biótico e abiótico. Geralmente, existe um equilíbrio nessa transferência, de maneira que a composição de ambos os meios permanecem constantes. O entendimento dos ciclos biogeoquímicos é essencial na compreensão dos atuais problemas ambientais, já que vários destes são causa ou conseqüência de um desequilíbrio nestes ciclos.


CICLO DO CARBONO (C):

O carbono (C) é o principal constituinte da matéria orgânica. É comum dizer que a vida, da maneira como conhecemos, é baseada no carbono. Os seres vivos, em sua grande maioria são constituídos primeiramente por água e em segundo lugar por carbono. Dessa forma, os organismos são um grande reservatório de carbono no planeta. Outro reservatório de carbono orgânico são os combustíveis fósseis. O fluxo de C dentro do meio biótico é também denominado Ciclo Biológico do Carbono.

No entanto, o carbono não se encontra somente na matéria orgânica. A maior parte do carbono do planeta se encontra em formas não orgânicas. Esse elemento pode ser encontrado em rochas, tais como os calcários; ou em forma de gases, tais como o dióxido de carbono (CO2) e o metano (CH4), na atmosfera ou dissolvido nos rios e oceanos. Existe um intenso intercâmbio de carbono entre a litosfera (rochas), hidrosfera (oceanos) e a atmosfera. O fluxo de C dentro do meio abiótico é também denominado Ciclo Geológico do Carbono.

Circulação do Carbono.

 

Abaixo deixo um esquema resumido e uma explicação dos principais processos naturais envolvidos no ciclo do Carbono:

Esquema simplificado do Ciclo Natural do Carbono.

Fotossíntese e quimiossíntese:

São os processos pelos quais o carbono entra no ciclo biológico. Ambos são maneiras de produção de moléculas energéticas para o uso de seres vivos. Essas moléculas são formadas pela redução do gás CO2. Assim, o carbono encontrado na atmosfera na forma de CO2 é convertido em substâncias orgânicas, tais como a glicose e os carboidratos, que podem ser utilizadas na respiração ou incorporadas nas estruturas corporais dos seres vivos. Grande parte dos autores cita somente a fotossíntese para essa função esquecendo-se que a quimiossíntese também resulta em fixação do carbono.

Estes processos fazem com que o carbono de substâncias inorgânicas da atmosfera seja incorporado em substâncias orgânicas dos seres vivos.

Respiração:

Promove a passagem de carbono do meio biótico para o abiótico. A respiração é a quebra de moléculas orgânicas energéticas com liberação de CO2 e menos frequentemente, CH4. Estas moléculas energéticas foram inicialmente sintetizadas no processo de fotossíntese ou quimiossíntese. A respiração é um processo realizado por todos os seres vivos para obtenção de energia.

Decomposição:

Promove a passagem de carbono do meio biótico para o abiótico. A decomposição é a transformação de rejeitos orgânicos com liberação de substâncias inorgânicas. Assim substâncias orgânicas como carboidratos e lipídeos são decompostas liberando CH4 e CO2 na atmosfera. A matéria orgânica sujeita a esse processo pode ser proveniente de organismos mortos ou de excreções de organismos vivos.

Fossilização:

Os combustíveis fósseis são formados por um processo de fossilização da matéria orgânica. Por motivos específicos, restos de seres vivos resistiram ao processo de decomposição, e se acumularam em camadas de sedimento. Esse material, submetido à altíssima pressão e temperatura, sofreu modificações físicas e químicas, resultando nos reservatórios de combustíveis fósseis atuais.

Esse processo é extremamente lento, porém constante. Em um curto período de tempo possui pouco impacto, porém sua ocorrência nas centenas de milhões de anos anteriores fez dos combustíveis fósseis um enorme reservatório de carbono. Os principais combustíveis fósseis são o Petróleo, o Carvão Mineral e o Gás Mineral.

Consumo:

Promove o fluxo de carbono dentro do meio biótico. Todo o carbono que entra no ciclo biológico é proveniente dos processos de síntese, assim a sua obtenção pelos demais seres vivos ocorre através do consumo. Durante o ciclo biológico o carbono pode ser transformado em uma enorme diversidade de substâncias orgânicas, nos diversos organismos pelo qual cada molécula pode passar até voltar ao ciclo geológico pela respiração, decomposição ou queima.

Queima:

Promove a passagem de carbono do meio biótico para o abiótico. Esse processo é frequentemente esquecido ou dado como exclusivamente artificial no estudo do ciclo do carbono, porém isto não é verdade. Embora este processo hoje ocorra majoritariamente em decorrência de atividades do homem, também ocorre naturalmente, causado principalmente por raios. Quando a matéria orgânica é queimada há a liberação de CO2 na atmosfera. 


Influências Antrópicas no Ciclo do Carbono:
 

Influências do Homem no Ciclo do Carbono.

Queimadas:

Como dito anteriormente, as queimadas são um processo que ocorre naturalmente, porém as atividades antrópicas (humanas) acentuaram esse processo. As queimadas são tradicionalmente utilizadas nas atividades de agricultura e pecuária, para fins diversos, desde limpeza do pasto à abertura de clareiras para plantação. Atualmente a enorme maioria das queimadas é causada pelo homem. Além das conseqüências diretas em perdas da biodiversidade, as queimadas provocam a liberação de uma enorme quantidade de gases, principalmente o CO2 na atmosfera. As queimadas são fatores de desequilíbrio do ciclo, pois fazem o fluxo de carbono do meio biótico para o abiótico ser mais intenso do que o oposto.

Queima de combustíveis fósseis:

Os combustíveis fósseis formam imensos reservatórios de carbono que se encontram abaixo da superfície terrestre. Os combustíveis fósseis e seus derivados são a principal fonte energética utilizada pelos homens. O gás e o carvão mineral são utilizados em larga escala nas termoelétricas, e os derivados do petróleo, tais como a gasolina, o óleo diesel e o querosene, são usados como combustíveis para a grande maioria dos meios de transporte e máquinas mecanizadas.

A queima de combustíveis fosseis e seus derivados é altamente energética e resulta em liberação de CO2 na atmosfera. Como a fossilização é um processo extremamente lento, a queima desses combustíveis provoca grande desequilíbrio no ciclo, pois libera na atmosfera carbono que estava armazenado abaixo da superfície numa velocidade muito maior do que ele retorna a este estado. Consequentemente há um aumento da concentração de carbono na atmosfera, provocando uma acentuação do efeito estufa (será tratado posteriormente).

Queima de combustíveis vegetais:

Este tópico é importante para compreendermos porque a queima de combustíveis fósseis é mais prejudicial ao ambiente do que a queima de combustíveis vegetais.

A queima de substâncias vegetais resulta em liberação de CO2 na atmosfera, no entanto, devemos nos lembrar que o carbono presente nessas substâncias é originário do processo de fotossíntese realizado pelas plantas. Assim, na queima de combustíveis vegetais o carbono absorvido na fotossíntese é liberado durante a queima, resultando em um saldo nulo, enquanto na queima de combustíveis fosseis o carbono liberado é proveniente de uma reserva que levará milhões de anos para se recompor.

Liberação de metano e outros gases na criação de animais:

Como dito anteriormente a decomposição e a respiração promove a passagem do carbono do meio biótico para o abiótico. Os animais domesticados pelo homem, principalmente os grande herbívoros tais como bois, búfalos e cavalos, podem causar aumento da concentração de carbono na atmosfera pela liberação de gases gerados pela digestão dos alimentos, decomposição de excreções, respiração e outros. O processo de digestão da celulose em herbívoros gera grande quantidade de gás metano (CH4) e é apontado como um importante fator de aumento da concentração de carbono atmosférico.

Morte maciça de organismos vivos:

Todas as atividades humanas que provocam morte de grande quantidade de organismos causam impacto no ciclo do carbono, pois resultam na passagem do carbono presente nestes organismos para a atmosfera, através do processo de decomposição.

Um exemplo disso é a construção de barragens para hidroelétricas: o alagamento de grandes áreas causa uma emissão maciça de metano proveniente da decomposição dos organismos mortos neste alagamento.

Outro exemplo é o derramamento de produtos tóxicos em rios e oceanos causando morte em massa de seres vivos. 

Tópicos importantes relacionados ao Ciclo de Carbono:

Balanço de Carbono:

Chama-se balanço de carbono a razão entre a quantidade de carbono que é expelida na atmosfera e a quantidade que é retirada. Devido ao agravamento do efeito estufa, esse cálculo tem se tornado cada vez mais importante.

Anteriormente nós estudamos os processos que resultam na emissão de gases carbônicos, assim como os que provocam a absorção destes. Quando o carbono é absorvido pelo meio biótico ele gera a produção de biomassa, porém quando essa biomassa é decomposta / queimada, este carbono é novamente emitido na atmosfera. Geralmente os ecossistemas maduros apresentam um equilíbrio entre absorção e emissão de carbono, resultando num balanço de carbono nulo. Ou seja, todo o C absorvido na fotossíntese é emitido na respiração dos seres vivos ou na decomposição da matéria orgânica.

Caso haja maior absorção de carbono do que emissão, podemos esperar um aumento da biomassa no ambiente. Este processo é conhecido como Seqüestro de Carbono. Isto ocorre em florestas recentes ou ambientes em expansão, cuja biomassa total esteja em crescimento. A fossilização também é um processo de seqüestro do carbono, no entanto, ocorre em ritmo muito lento.

Efeito Estufa:

A Terra recebe grande quantidade de energia na forma de luz solar o tempo todo. Uma parte dessa energia é absorvida pelo ambiente ou pelos seres vivos, causando o aquecimento do planeta e permitindo a ocorrência da fotossíntese. Outra parte da energia é refletida pela superfície terrestre na direção do espaço.

Como dito nos tópicos anteriores, uma boa parte do carbono do planeta se encontra na forma de gases da atmosfera, principalmente de CO2. Estes gases possuem a capacidade de refletir a luz solar. O efeito estufa é o fenômeno que ocorre quando os gases atmosféricos refletem novamente a energia na direção da terra. Isto faz com que, parte do calor que seria irradiado para o espaço, fique retida no planeta.

Resumidamente: a luz solar vem do espaço em direção a terra, é refletida pela superfície em direção ao espaço, mas e novamente refletida para o planeta pelos gases do efeito estufa. O fenômeno se parece com o funcionamento de uma estufa, por isso o nome. Nessa estrutura, a luz solar entra através do vidro transparente, mas o calor é retido por esse mesmo vidro.

Esquema explicativo do Efeito Estufa.

O efeito estuda é um fenômeno natural e essencial para o equilíbrio dos ecossistemas. Se não fosse por ele o planeta seria muito mais frio e sofreria grandes variações diárias de temperatura. Mesmo em dias quentes, as noites seriam geladas, pois o calor não ficaria retido na atmosfera. O principal gás causador do efeito estufa é o CO₂, por estar presente em maior quantidade na atmosfera, no entanto, o CH₄ é capaz de refletir muito mais energia do que aquele.

Posteriormente falaremos do problema ambiental que é o agravamento do efeito estufa. É importante entender que o efeito estufa é um fenômeno natural, mas a emissão descontrolada de gases (principalmente CO₂ e CH₄) faz com que ele seja acentuado, provocando aumento da temperatura global.

Rafael Pinheiro - Biologia no Ensino Médio (www.bionoem.blogspot.com)