Princípios integrados de zoologia

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Princípios Integrados de Zoologia continua a ser a referência para cursos básicos de introdução à zoologia. Nesta 16ª edição, os autores apresentam uma rica e real experiência conforme descrevem a diversidade da vida animal e as fascinantes adaptações que tornam possível aos animais habitarem tantos nichos ecológicos.

A organização do texto comprovou facilitar a compreensão do conteúdo pelos estudantes. Características marcantes, especialmente a ênfase nos princípios da evolução e da ciência zoológica, foram reforçadas. Para auxiliar no aprendizado, várias características didáticas foram mantidas: diálogos de abertura dos capítulos extraídos do tema abordado; resumos dos capítulos; questões de revisão; ilustrações objetivas e bem elaboradas; notas e considerações que conferem aspectos interessantes à narrativa; citações da literatura; e amplo glossário que fornece a definição e a origem dos termos apresentados no texto.

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Capítulo 1 - Vida | Princípios Biológicos e a Ciência da Zoologia

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CAPÍT ULO

1

PAR T E 1

Vida | Princípios

Biológicos e a

Ciência da Zoologia

Zoóloga estudando o comportamento de babuínos-amarelos (Papio cynocephalus) na Reserva Amboseli, Quênia.

Os usos dos princípios

Conquistamos conhecimentos sobre o mundo animal, aplicando ativamente princípios orientadores importantes às nossas investigações. Assim como a exploração do espaço sideral é guiada e limitada pela tecnologia disponível, a exploração do mundo animal depende criticamente das nossas perguntas, métodos e princípios. A zoologia só tem pleno sentido quando os princípios que usamos para a sua construção são bem compreendidos.

Os princípios da zoologia moderna têm uma longa história e muitas fontes. Alguns princípios vêm das leis da física e da química, aos quais todos os sistemas vivos obedecem. Outros derivam do método científico e nos informam que nossas explicações hipotéticas sobre o mundo animal devem nos guiar para a obtenção de dados que, potencialmente, possam refutar essas explicações. Muitos princípios importantes derivam de estudos prévios do mundo vivo do qual os animais são parte.

 

Capítulo 1 - Vida | Princípios Biológicos e a Ciência da Zoologia

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CAPÍT ULO

1

PAR T E 1

Vida | Princípios

Biológicos e a

Ciência da Zoologia

Zoóloga estudando o comportamento de babuínos-amarelos (Papio cynocephalus) na Reserva Amboseli, Quênia.

Os usos dos princípios

Conquistamos conhecimentos sobre o mundo animal, aplicando ativamente princípios orientadores importantes às nossas investigações. Assim como a exploração do espaço sideral é guiada e limitada pela tecnologia disponível, a exploração do mundo animal depende criticamente das nossas perguntas, métodos e princípios. A zoologia só tem pleno sentido quando os princípios que usamos para a sua construção são bem compreendidos.

Os princípios da zoologia moderna têm uma longa história e muitas fontes. Alguns princípios vêm das leis da física e da química, aos quais todos os sistemas vivos obedecem. Outros derivam do método científico e nos informam que nossas explicações hipotéticas sobre o mundo animal devem nos guiar para a obtenção de dados que, potencialmente, possam refutar essas explicações. Muitos princípios importantes derivam de estudos prévios do mundo vivo do qual os animais são parte.

 

Capítulo 2 - A Origem e a Química da Vida

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CAPÍT ULO

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A Origem e a

Química da Vida

O suprimento abundante de água na Terra foi fundamental para a origem da vida.

Geração espontânea da vida?

Antigamente, era comum as pessoas pensarem que a vida surgia continuamente pela geração espontânea a partir de matéria não viva, além da reprodução dos genitores. Por exemplo, rãs pareciam surgir da terra

úmida; ratos, de material putrefato; insetos, do orvalho; e moscas-varejeiras, de carne podre. Calor, umidade, luz do Sol, e até das estrelas, frequentemente foram mencionados como fatores estimuladores da geração espontânea de organismos vivos.

Entre os esforços iniciais para sintetizar organismos em laboratório está uma receita para produzir ratos dada pelo nutricionista de plantas belga Jean Baptiste van Helmont (1648): “Se você prensar uma peça de roupa de baixo manchada de suor, junto com um pouco de trigo em um vaso aberto, após 21 dias o odor muda e o fermento... transforma o trigo em rato. Mas o realmente notável é que os ratos que aparecem do trigo e da roupa de baixo não eram ratos pequenos, nem mesmo miniatura de adultos ou ratos abortados; o que emerge

 

Capítulo 3 - Células como Unidades da Vida

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CAPÍT ULO

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Células como

Unidades da Vida

A microscopia de fluorescência de fibroblastos em cultura revela detalhes celulares. Núcleo (azul), microfilamentos (verde) e microtúbulos (rosa).

O tecido da vida

É notável que as formas vivas, de amebas e algas unicelulares a baleias e sequoias gigantes, sejam constituídas por um único tipo de unidade de construção: as células. Todos os animais e plantas são compostos de células e produtos celulares. Novas células surgem da divisão de células preexistentes, e a atividade de um organismo multicelular como um todo é a soma das atividades e interações das células que o constituem.

A teoria celular, proposta inicialmente por Schleiden e Schwann, é, dessa forma, outro dos grandes conceitos unificadores da biologia.

A energia que suporta virtualmente todas as atividades vitais flui da luz solar, capturada pelas plantas verdes e algas e transformada pela fotossíntese em energia de ligação química. Essa energia é uma forma

 

Capítulo 4 - Metabolismo Celular

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CAPÍT ULO

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Metabolismo Celular

Veado-de-cauda-branca (Odocoileus virginianus) forrageando bolotas.

Postergação da segunda lei

Os sistemas vivos parecem contradizer a segunda lei da termodinâmica: a energia no universo é unidirecional, tem sido e sempre será degradada em calor. Esse aumento na desordem, ou aleatoriedade, em qualquer sistema fechado é denominado entropia. Os sistemas vivos, no entanto, diminuem sua entropia, aumentando a organização molecular de sua estrutura. Um organismo torna-se imensamente mais complexo e organizado enquanto se desenvolve de ovo fertilizado a adulto.

A segunda lei da termodinâmica, entretanto, é aplicável aos sistemas fechados, e os organismos não o são. O crescimento e a manutenção dos animais ocorrem pela captura de energia livre do ambiente. Quando um veado delicia-se com bolotas e frutos de faia no verão, ele transfere energia potencial, armazenada como energia química nos tecidos dos frutos, para o seu próprio corpo. Então, em sequências passo a passo

 

Capítulo 5 - Genética | Uma Revisão

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CAPÍT ULO

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PAR T E 2

Genética | Uma

Revisão

O local do jardim experimental de Gregor Mendel, Brno, República Tcheca.

Um código para todas as formas da vida

O princípio da transmissão hereditária é um dogma central da vida na

Terra: todos os organismos herdam a organização estrutural e funcional de seus progenitores. O que é transmitido dos pais para os descendentes é uma célula funcional (zigoto) que contém uma coleção de instruções em código, as quais ela usa para orientar suas divisões celulares, crescimento e desenvolvimento e, assim, construir um corpo semelhante

àqueles de seus progenitores. Essas instruções estão na forma de genes, as unidades fundamentais da herança. Um grande triunfo da biologia moderna foi a descoberta de James Watson e Francis Crick, em 1953,

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sobre a natureza das instruções codificadas nos genes. O material genético (ácido desoxirribonucleico, DNA) é composto de bases nitrogenadas dispostas em uma cadeia química de unidades açúcar-fosfato. O código genético consiste na ordem linear, ou sequência de bases, da cadeia do DNA.

 

Capítulo 6 - Evolução Orgânica

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Evolução Orgânica

Um trilobita fossilizado em uma rocha da Era Paleozoica.

Um legado de mudanças

A história da vida é um legado de mudanças contínuas. Apesar da aparente imutabilidade do mundo natural, tudo na Terra e no universo é caracterizado por transformação. O registro estratigráfico da Terra guarda a história irreversível das transformações que chamamos evolução orgânica. Inúmeros tipos de animais e plantas surgiram e desapareceram, deixando para trás um esparso registro fóssil de sua existência.

Muitos, mas nem todos, deixaram descendentes que vivem no presente e que a eles se assemelham.

Observamos e quantificamos as modificações nos seres vivos de várias maneiras. Em um tempo evolutivo curto, detectamos mudanças nas frequências de diferentes atributos genéticos nas populações. As mudanças evolutivas nas frequências relativas de mariposas claras e escuras ocorreram no decurso de uma única vida humana nas cidades poluídas

 

Capítulo 7 - O Processo Reprodutivo

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O Processo

Reprodutivo

O óvulo e o espermatozoide humanos no momento da fecundação.

“Omne vivum ex ovo”

Em 1651, nos últimos anos de uma longa vida, William Harvey, o fisiologista inglês que havia fundado a fisiologia experimental ao explicar o circuito sanguíneo, publicou um tratado sobre a reprodução.

Ele afirmou que toda a vida se desenvolve a partir do ovo – omne vivum ex ovo. Harvey foi engenhoso, uma vez que não tinha meios para visualizar os ovos de muitos animais, especialmente o ovo microscópico dos mamíferos, que, a olho nu, não é maior do que um grão de poeira. E mais ainda, Harvey afirmou que os ovos são lançados em seu curso de desenvolvimento por alguma influência do sêmen, uma conclusão que foi ou extraordinariamente perceptiva, ou então uma conjetura afortunada, uma vez que o espermatozoide também era invisível para Harvey. Tais ideias diferiam nitidamente das noções de biogênese então existentes, que viam a vida surgindo de muitas fontes, das quais os ovos eram apenas uma dentre elas. Harvey descreveu

 

Capítulo 8 - Os Princípios do Desenvolvimento

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Os Princípios do

Desenvolvimento

Em uma reconstrução moderna de um experimento clássico, desenvolve-se uma rã gemelar depois que a região do organizador de Spemann do embrião de uma rã é enxertado no embrião de outra rã.

O organizador primário

Durante a primeira metade do século 20, os experimentos do embriologista alemão Hans Spemann (1869-1941) e de sua estudante Hilde

Pröscholdt Mangold (1898-1924) iniciaram a primeira das duas idades douradas da embriologia. Trabalhando com salamandras, eles verificaram que o tecido transplantado de um embrião em outro podia induzir o desenvolvimento de um órgão completo, como um globo ocular no local do transplante. Esse fenômeno é denominado indução embrionária. Mangold descobriu, mais tarde, que um tecido particular, o lábio dorsal de um estágio embrionário denominado gástrula, poderia induzir o desenvolvimento de uma nova salamandra inteira anexada à salamandra hospedeira no local do transplante (por esse trabalho, Spemann recebeu o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina em 1935, mas Hilde Mangold havia morrido, em um acidente doméstico, poucas semanas antes que sua pesquisa fosse publicada). Spemann designou esse tecido do lábio dorsal de organizador primário, hoje muitas vezes chamado de organizador de Spemann. Avanços recentes em biologia molecular

 

Capítulo 9 - Padrão da Arquitetura de um Animal

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CAPÍT ULO

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Padrão da

Arquitetura de um Animal

Pólipos de cnidários têm simetria radial e um grau de organização célulatecido (Dendronephthya sp.).

Novos projetos para a vida

Os zoólogos reconhecem atualmente 34 filos de animais multicelulares, cada filo caracterizado por um plano corpóreo distinto e propriedades biológicas que o diferenciam de todos os outros filos. Todos esses são sobreviventes de talvez 100 filos que surgiram há 600 milhões de anos durante a explosão do Cambriano, o evento evolutivo mais importante da história geológica da vida. Virtualmente todos os principais planos corpóreos que vemos hoje, junto com muitos planos novos que conhecemos apenas do registro fóssil, evoluíram num espaço de uns poucos milhões de anos. Vivendo em um mundo com espécies esparsas e livres de competição, essas novas formas de vida diversificaram-se, produzindo novos temas na arquitetura animal. As explosões de diversificação posteriores, que se seguiram a grandes

 

Capítulo 10 - Taxonomia e Filogenia dos Animais

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Taxonomia e

Filogenia dos

Animais

Conchas de moluscos da coleção de Jean Baptiste de Lamarck (1744-1829).

Ordem na diversidade

A evolução produziu uma grande diversidade de espécies no reino animal. Os zoólogos já descreveram mais de 1,5 milhão de espécies de animais, e milhares de espécies novas são descritas todos os anos. Alguns zoólogos estimam que as espécies descritas até o momento constituam menos de 20% de todos os animais existentes, e menos de 1% de todos os que já existiram.

Apesar da magnitude, a diversidade animal tem seus limites. Muitas formas possíveis na nossa imaginação não existem na natureza, como os mitológicos minotauros e cavalos alados. A diversidade animal não

é aleatória, mas sim, apresenta uma ordem definida. As características típicas de seres humanos e bovinos não ocorrem simultaneamente em um único organismo como ocorrem nos minotauros mitológicos; tampouco as asas características de aves e os corpos de cavalos ocorrem juntos naturalmente como no mitológico Pégaso. Os seres humanos, bovinos, aves e cavalos são grupos distintos de animais, porém compartilham algumas características importantes, incluindo vértebras e

 

Capítulo 11 - Eucariotas Unicelulares/Grupos de Protozoários

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Eucariotas

Unicelulares/Grupos de Protozoários

Um paramécio.

Emergência dos eucariotas e de um novo padrão de vida

O primeiro indício aceitável de vida na Terra data de aproximadamente

3,5 bilhões de anos. As primeiras células eram organismos procariontes semelhantes a bactérias. Os primeiros procariotas diversificaram-se de forma significativa durante um período muito extenso; atualmente, seus descendentes procariontes pertencem a dois grupos: Bacteria e Archaea.

Duas linhagens dos mais antigos procariotas deram origem ao ancestral comum dos eucariotas por meio da simbiogênese, processo pelo qual as células de uma linhagem procarionte englobaram, mas não digeriram, as células de uma linhagem procarionte diferente. A célula englobada foi finalmente reduzida a uma organela dentro da célula hospedeira. Os produtos eucarióticos da simbiogênese incluem as mitocôndrias e os plastídios.

A mitocôndria originou-se de um procariota aeróbico capaz de obter energia de compostos de carbono usando o oxigênio da atmosfera. Uma bactéria anaeróbica que englobou essa forma aeróbica adquiriu a capacidade de crescer em um ambiente rico em oxigênio. A bactéria aeróbica englobada persistiu dentro da célula como uma mitocôndria com seu próprio material genético. Ao longo do tempo evolutivo, a maioria dos genes da mitocôndria, mas nem todos, passou a residir no núcleo da célula hospedeira. Praticamente todos os eucariotas existentes hoje têm mitocôndrias e são aeróbicos.

 

Capítulo 12 - Esponjas e Placozoários

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Esponjas e

Placozoários

• FILO PORIFERA | ESPONJAS

• FILO PLACOZOA

Porifera e

Placozoa

Uma Demospongiae caribenha, Aplysina fistularis.

A origem da multicelularidade

As esponjas são os animais multicelulares mais simples. Como as células são as unidades elementares da vida, a evolução de organismos maiores que aqueles unicelulares surgiu como um agregado dessas unidades de construção. A natureza “fez experiências” com a produção de organismos maiores sem uma diferenciação celular – certas algas marinhas unicelulares maiores, por exemplo – mas esses exemplos são raros. Existem muitas vantagens na multicelularidade além daquelas de, simplesmente, aumentar a massa de uma única célula. Uma vez que as trocas ocorrem nas superfícies celulares, a divisão da massa em unidades menores aumenta grandemente a superfície de área disponível para as atividades metabólicas. Uma razão operacional superfície/massa não

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Capítulo 13 - Animais Radiais

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Animais Radiais

• FILO CNIDARIA

• FILO CTENOPHORA

O coral Tubastraea coccinea do Caribe.

Cnidaria

Ctenophora

Uma arma minúscula aterrorizante

Embora os representantes do filo Cnidaria sejam mais organizados que as esponjas, eles ainda são animais relativamente simples. A maioria é séssil. As formas móveis, como as águas vivas, tendem a ser nadadores fracos, com a notável exceção dos cubozoários. De fato, nós facilmente poderíamos ter a falsa impressão de que os cnidários proveem refeições fáceis para os outros animais. A verdade é, no entanto, que muitos cnidários são predadores muito eficientes, aptos a matar e ingerir presas muito mais organizadas, ágeis e inteligentes do que eles próprios. Eles têm essa habilidade porque possuem tentáculos que se ouriçam com armas minúsculas, notavelmente sofisticadas, denominadas nematocistos.

À medida que é secretado na célula que o contém, um nematocisto é dotado de energia potencial para dar força ao seu disparo. Ele

 

Capítulo 14 - Acoelomorpha, Platyzoa e Mesozoa

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Acoelomorpha,

Platyzoa e Mesozoa

• ACOELOMORPHA

• Filo Acoelomorpha

• PLATYZOA

• Filo Platyhelminthes

• Filo Gastrotricha

• Filo Gnathostomulida

• Filo Micrognathozoa

• Filo Rotifera

• Filo Acanthocephala

• MESOZOA

• Filo Mesozoa

Prostheceraeus vittatus, platelminto verme plano e listrado, habita a zona entremarés sob pedras ou na lama na Europa Ocidental.

Acoelomorpha

Platyhelminthes

Gastrotricha

Gnathostomulida

Micrognathozoa

Rotifera

Acanthocephala

Mesozoa

Avançando

Os cnidários e ctenóforos radialmente simétricos capturam as presas que se aproximam de qualquer direção, mas, se o animal buscar ativamente alimento, proteção e parceiros para a reprodução não disporá de simetria radial. A movimentação ativa e dirigida é mais eficiente com um corpo alongado provido de extremidades cefálica (anterior) e caudal (posterior). Adicionalmente, um lado do corpo é mantido para cima

 

Capítulo 15 - Polyzoa e Kryptrochozoa

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Polyzoa e

Kryptrochozoa

• CLADO POLYZOA

• Filo Cycliophora

• Filo Entoprocta

• Filo Ectoprocta

• CLADO KRYPTROCHOZOA

• Filo Brachiopoda

• Filo Phoronida

• Filo Nemertea

Ectoproctos (Bugula neritina) e outros animais incrustando o casco de uma embarcação.

Cycliophora

Entoprocta

Ectoprocta

Brachiopoda

Phoronida

Nemertea

Alguns experimentos em evolução

O início do período Cambriano, há cerca de 570 milhões de anos, foi o período mais fértil da história evolutiva. Por 3 bilhões de anos antes daquele período, a evolução havia forjado nada mais do que algumas bactérias e algas cianofícias. Então, em um espaço de alguns milhões de anos, todos os grandes filos, e provavelmente todos os filos menores, estabeleceram-se. Essa foi a explosão cambriana, o maior “bang” evolutivo que o mundo já conheceu.*1De fato, o registro fóssil sugere que existiram mais filos na Era Paleozoica do que existem agora, mas alguns desapareceram durante os grandes eventos de extinção que pontuaram a evolução da vida na Terra. A maior dessas rupturas foi a extinção do

 

Capítulo, 16 - Moluscos

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16

CAPÍT ULO

Moluscos

• FILO MOLLUSCA

Mollusca

Bivalve gigante canelado, Tridacna maxima.

O deleite de um colecionador de conchas

Há uma diversidade incrível de moluscos. Esse grupo inclui desde animais vermiformes a lulas gigantes, bem como animais com uma única concha, duas conchas, conchas com 8 placas, ou sem concha alguma. Alguns se perguntam se os moluscos realmente formam um clado, mas há várias características presentes em quase todos os moluscos que sugerem uma ancestralidade compartilhada. A maioria apresenta uma fileira de dentes incomum, chamada rádula, que usam para comer, geralmente raspando as algas de superfícies rígidas. A maioria dos moluscos tem um grande pé muscular usado na locomoção e uma camada de tecido exclusiva chamada manto. Este último secreta concha e compõe os órgãos respiratório e sensorial, entre outras coisas. Essas características comuns aos moluscos são usadas de maneiras muito diferentes pelas oito classes de moluscos: por exemplo, os dentes radulares são usados para injetar um veneno paralisante em algumas espécies, enquanto outro grupo perde a rádula junto com a cabeça. Os caracóis rastejam; já os polvos apresentam braços preênseis musculares.

 

Capítulo 17 - Anelídeos e Táxons Relacionados

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Anelídeos e Táxons

Relacionados

• FILO ANNELIDA, INCLUINDO

POGONÓFOROS (SIBOGLINIDAE)

E EQUIURÍDEOS

• FILO SIPUNCULA

Annelida

Sipuncula

Chloeia sp., um poliqueta errante com grandes feixes de cerdas.

Divisão do corpo

Embora a presença de um celoma preenchido por fluido tenha oferecido um esqueleto hidrostático eficiente para a escavação, o controle preciso dos movimentos do corpo foi provavelmente difícil para os primeiros celomados. A força da contração muscular em uma área era transferida para todo o corpo pelo fluido do celoma não dividido. Por sua vez, existiam distintos compartimentos celômicos dentro do corpo dos anelídeos ancestrais. Os compartimentos chamados de segmentos ou metâmeros foram separados dos vizinhos por paredes denominadas septos. Os septos permitiam que cada um dos segmentos preenchidos por fluido respondesse individualmente a uma contração muscular local – um segmento poderia estar longo e estreito, enquanto outro curto e largo. Os anelídeos ilustram a segmentação, ou metamerismo; seus corpos são compostos por unidades repetidas de forma serial. Cada unidade contém componentes da maioria dos sistemas de órgãos, como os sistemas circulatório, nervoso e excretor.

 

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