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NOTA DA EDIÇÃO: Embora este seja um tema de ciências, com o intuito de dar seguimento aos temas com que estávamos trabalhando (surgimento da Vida na Terra, Evolução, etc.), achamos por direito postar esse artigo como complemento aos temas anteriores. |
BIOGRAFIA - Gregor Johann Mendel (Heizendorf, 20 de Julho de 1822 — Brno, 6 de Janeiro de 1884) foi um monge agostiniano, botânico e meteorologista austríaco. Ao longo da sua vida foi membro, diretor e fundador de muitas sociedades locais: fundador da Associação Meteorológica austríaca, diretor do Banco da Moravia, foi membro da Real e Imperial Sociedade da Moravia e Silésia para melhor agricultura, entre outras. Um homem à frente do seu tempo, mas ignorado durante toda a sua vida. O que ele descobriu, e vem sendo ensinado desde 1900, se tornou absolutamente imprescindível para a compreensão da Biologia Moderna. Mendel tinha a faculdade rara - tão essencial em ciência - de planejar e realizar uma experiência simples e bem delineada com o fim de obter resposta para uma questão bem definida. Seu trabalho genial, colocou-o no nível dos maiores cientistas da humanidade.
Na sua infância revelou-se muito inteligente; em casa costumava observar e estudar as plantas. Sendo um brilhante estudante a sua família encorajou-o a seguir estudos superiores, e mais tarde aos 21 anos a entrar num mosteiro da Ordem de Santo Agostinho em 1843. Obedecendo ao costume ao tornar-se monge, optou um outro nome: "Gregor". Aí Mendel tinha a seu cargo a supervisão dos jardins do mosteiro.
Desde 1843 a 1854 tornou-se professor de ciências naturais na Escola Superior de Brno, dedicando-se ao estudo do cruzamento de muitas espécies: feijões, chicória, bocas-de-dragão, plantas frutíferas, abelhas, camundongos e principalmente ervilhas cultivadas na horta do mosteiro onde vivia analisando os resultados matematicamente, durante cerca de sete anos. Gregor Mendel, "o pai da genética", como é conhecido, foi inspirado tanto pelos professores como pelos colegas do mosteiro que o pressionaram a estudar a variação do aspecto das plantas. Propôs que a existência de características (tais como a cor) das flores é devido à existência de um par de unidades elementares de hereditariedade, agora conhecidas como genes[ 1 ].
Estátua de Gregor Mendel no convento de Old Brno, Villanova University, Philadelphia.
Durante a sua vida, Mendel publicou dois grandes trabalhos agora clássicos: "Ensaios com Plantas Híbridas[2]", que não abrangia mais de 30 páginas impressas – esta obra é considerada um verdadeiro modelo de método científico - e "Hierácias obtidas pela fecundação artificial". Em 1865, formula e apresenta em dois encontros da Sociedade de História Natural de Brno as leis da hereditariedade, hoje chamadas Leis de Mendel, que regem a transmissão dos caracteres hereditários.
Mosteiro agostiniano próximo a Brunn, na Morávia - hoje, Brno, na República Tcheca, onde Mendel trabalhou e fez as suas experiências.
SEUS ESTUDOS - Baseado em trabalhos já existentes acerca de hibridização[2] de plantas ornamentais, mas que não haviam sido bem-sucedidos, Mendel decidiu estudar o problema. O primeiro cuidado que teve foi selecionar devidamente o material de estudo; para isso, estabeleceu alguns critérios e procurou material que se lhes adequassem. Tais critérios consistiam principalmente em encontrar plantas de caracteres nitidamente distintos e facilmente diferenciáveis; que essas plantas cruzassem bem entre si, e que os híbridos delas resultantes fossem igualmente férteis e se reproduzissem bem; e, por fim, que fosse fácil protegê-las contra polinização estranha.
Baseado nesses critérios, depois de várias análises, Mendel escolheu algumas variedades e espécies de ervilhas, conseguindo um total de sete pares de caracteres distintos.
A ervilha (Pisum sativum, da família das Leguminosae) é uma das plantas mais adequadas a este tipo de experimento, pois além de ser de fácil cultivo, de rápido crescimento e reprodução, possuem flores hermafroditas, o que permite a autofecundação e o desenvolvimento de linhagens puras, isto é, plantas com determinadas características que, por autofecundação somente geram descendentes com as mesmas características. A flor de ervilha apresenta cinco pétalas, duas das quais estão opostas formando a carena, em cujo interior ficam os órgãos reprodutores masculinos e femininos. Por isso, nessa família, a norma é haver autofecundação; ou seja, o grão de pólen da antera de uma flor cair no pistilo da própria flor, não ocorrendo fecundação cruzada. Logo para cruzar uma linhagem com a outra era necessário evitar a autofecundação.
Mendel trabalhava com uma característica por vez. Somente quando compreendia o mecanismo de transmissão de certa característica é que começava a estudar outra, verificando assim que as regras valiam para todas as características estudadas.
Cada característica estudadas por Mendel, apresentava duas variedades distintas, como segue:
Textura da semente: lisa ou rugosa,
Cor da semente: amarela ou verde,
Cor da flor: púrpura ou branca,
Forma da vagem: lisa ou ondulada,
Cor da vagem: verde ou amarela,
Posição da flor: ao longo dos ramos ou terminal,
Altura da planta: alta (160cm) ou baixa (40cm).
Em seus experimentos, Mendel efetuava o cruzamento entre plantas de linhagem pura que diferiam apenas em uma característica, como cor da semente. Chamou de híbridos os descendentes desses cruzamentos.
A geração inicial, constituída por indivíduos puros e características distintas (sementes amarelas e sementes verdes, por exemplo), chamou de geração parental (geração P). Mendel observou que as diferentes linhagens, para os diferentes caracteres escolhidos, eram sempre puras, isto é, não apresentavam variações ao longo das gerações. Por exemplo, a linhagem que apresentava sementes da cor amarela produziam descendentes que apresentavam exclusivamente a semente amarela. O mesmo caso ocorre com as ervilhas com sementes verdes. Essas duas linhagens eram, assim, linhagens puras.
Mendel, então, escolheu alguns pés de ervilha de semente amarela e outros de semente verde, emasculou [emascular = castrar um indivíduo de sexo masculino] as flores ainda jovens, ainda não-maduras. Para isso, retirou das flores as anteras imaturas, tornando-as, desse modo, completamente femininas. Depois de algum tempo, quando as flores se desenvolveram e estavam maduras, polinizou as flores de ervilha amarela com o pólen das flores de ervilha verde, e vice-versa. Cruzando plantas puras de ervilhas que produziam sementes amarelas com plantas puras que produziam sementes verdes, Mendel obteve 100% de plantas que produziam sementes amarelas, ou seja a variedade produtora de sementes verdes não apareceu nos descendentes desse primeiro cruzamento híbrido, que foi chamado de primeira geração filial (geração F1). Todas as sementes obtidas em F1, foram amarelas, portanto iguais a um dos pais.
Uma das variedades
de flor de ervilha
Gravura – Anatomia
sexual das flores.
Uma vez que todas as sementes eram iguais, Mendel plantou-as e deixou que as plantas quando florescessem, autofecundassem-se, produzindo assim a segunda geração filial (F2). Analisando os descendentes da geração F2, Mendel constatou que cerca de 75% das sementes eram amarelas e 25% verdes; uma proporção de 3 sementes amarelas para 1 verde ( 3:1 ). Nas sete características estudadas, as proporções obtidas na geração F2 foram aproximadamente de três dominantes para uma recessiva.
E, ainda mais interessante, quando Mendel miscigenava os híbridos altos, a geração seguinte retinha as características distintivas encontradas nas plantas "avós": a maioria era alta, porém mais ou menos um quarto delas eram anãs. Da mesma forma, a terceira geração de plantas do cruzamento amarelo/verde eram 75 por cento amarelas e 25 por cento verdes. Mendel logo deduziu a matemática por trás desse fenômeno. As plantas, como os mamíferos, têm dois "pais" e cada um aparentemente contribui com características (alta ou anã, amarela ou verde) para as gerações subseqüentes. Portanto, embora a característica de tamanho pequeno possa desaparecer na segunda geração, ela vai aparecer em alguns indivíduos da terceira; dessa maneira, a segunda geração (híbridos altos) deve ainda conter "instruções" para produzir rebentos pequenos. De fato, tais instruções devem vir em pares, um par de cada pai, e um elemento do par é passado para cada rebento da terceira geração.
Vamos considerar que o par de fatores para a variedade produtora de sementes amarelas seja representado pelas letras VV e para a variedade produtora de sementes verdes, pelas letras vv. Na formação dos gametas, esses fatores se separam, indo apenas um fator para cada par. Assim, a variedade VV produz gametas com apenas um fator V e a variedade vv produz gametas com apenas um fator v. Da união entre um gameta V e um gameta v surge uma planta híbrida da geração F1 que possui um fator V e um fator v (Vv), que apesar de possuir os dois tipos de fatores manifesta apenas o fator V, produzindo apenas sementes amarelas, pois o fator V é dominante em relação ao fator v.
Quando a ervilha amarela pura é cruzada com uma ervilha verde pura, o híbrido F1 recebe o fator V e o fator v, sendo portanto, portador de ambos os fatores. As ervilhas obtidas em F1 eram todas amarelas, isso quer dizer que, embora tendo o fator v (minúsculo), esse não se manifestou. Mendel chegou a conclusão que o fator para verde só se manifesta em indivíduos puros, ou seja com ambos os fatores iguais a v (minúsculo). Em F1 as plantas possuíam tanto os fatores V quanto o fator v sendo, assim, necessariamente amarelas. Podemos representar os indivíduos da geração F1 como Vv (heterozigoto[4], e, naturalmente, dominante). Logo para poder formar indivíduos vv (homozigotos recessivos[5]) na geração F2 os gametas formados na fecundação só poderiam ser vv. Isso só seria possível se ao ocorrer a fecundação houvesse uma segregação dos fatores V e v presentes na geração F1, Os possíveis resultados sendo: VV, Vv, vV e vv, o que justifica a relação de 1/3 para a geração das ervilhas verdes.
Mendel chamou de variedade dominante a que se manifestava na geração F1 e recessiva aquela que permanecia oculta em F1 e só reaparecia em F2. Utiliza-se sempre a letra do caráter recessivo para representar ambos os caráteres, sendo maiúscula a letra do dominante e minúscula a do recessivo.
Esse fato foi posteriormente explicado pela meiose[6], que ocorre durante a formação dos gametas. Mendel havia criado então sua teoria sobre a hereditariedade e da segregação dos fatores.
Por sete anos, de 1856 a 1863, Mendel cruzou e produziu híbridos de plantas com características distintas - plantas altas com plantas anãs, ervilhas amarelas com ervilhas verdes e assim por diante. Ele observou com surpresa que tais características não são diluídas nem resultam em meio-termo, mas se mantêm distintas: o rebento híbrido de uma planta alta e de uma anã era sempre alto, não de tamanho médio.
Ele realizou posteriormente experimentos similares com muitas outras espécies de plantas: feijões, chicória, bocas-de-dragão, plantas frutíferas - e também com abelhas e camundongos.
Outra das inúmeras experiências conduzidas por Mendel: (1) remoção do estame (órgão masculino) de uma flor púrpura; (2)Transferência do pólen do estame de uma flor branca para o carpel (ovário) da flor púrpura. (3) A polinização assim conduzida gera plantas púrpuras na primeira geração [a cor branca é recessiva].
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Ao ser eleito abade, em 1868, as tarefas administrativas mantiveram-no tão ocupado que ele não pode dar continuidade às suas pesquisas, vivendo o resto da sua vida em relativa obscuridade. Além da hereditariedade, Mendel se interessou profundamente por botânica, horticultura, geologia, meteorologia e pelo fenômeno das manchas do sol. Deixou contribuições notáveis para o estudo dos tornados.
As suas descobertas, apesar de muito importantes permaneceram praticamente ignoradas até aos começos do século XX. A ciência não estava avançada o suficiente para compreender e utilizar essas descobertas. Além disso, seus trabalhos foram publicados apenas nos anais de uma sociedade local. Por volta de 1.900 foram "redescobertas" por um grupo de três cientistas botânicos, trabalhando independentemente com cruzamento de plantas, um alemão (K. Correns), um austríaco (E. Tschermak) e outro neerlandês (H. de Vries), demonstrando a sua importância e estabelecendo as Leis de Mendel. Originalmente pensava-se que o austríaco Eric von Tschermark teria sido um dos "redescobridores" mas, nunca mais foi aceito.
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A Teoria de Darwin sobre a Seleção Natural ["A Origem das Espécies", 1859] foi brilhante até onde pôde, mas logo se chocou contra um obstáculo sério. Segundo as observações de Darwin, as características pessoais são passadas dos pais para sua prole em medidas iguais: Dessa maneira, uma mãe inteligente e um pai estúpido produziriam filhos de inteligência mediana. Isso colocou um problema para a seleção natural. Pois ainda que um indivíduo "superior" aparecesse em uma espécie, essa característica superior seria gradualmente diluída através da reprodução. Mesmo Darwin ficou engasgado com isso, e em resposta modificou sua teoria, incorporando a proposição de Lamark de que a forma de criação, assim como a natureza, deve guiar o desenvolvimento individual.
Darwin, entretanto, havia suposto que as mudanças evolucionárias aconteciam gradualmente; essa hipótese logo foi provada falsa. William Bateson, na Inglaterra, e Hugo de Vries, na Holanda, descobriram que as espécies parecem evoluir em passos bruscos e descontínuos, chamados por de Vries, em 1900, de "mutações[7]".
No mesmo ano, Vries se deparou com alguns artigos publicados uma geração anterior pelo monge austríaco Gregor Mendel (1822-1884). Embora esse trabalho tivesse sido ignorado durante sua vida, Mendel, trabalhando com simples pés de ervilhas, tinha levado a cabo a descoberta de leis da hereditariedade que revolucionariam a Biologia e traçariam as bases da Genética.
Mendel não tinha conhecimento da natureza física dos genes. Atualmente sabemos que a informação genética está contida no DNA[8] (alguns vírus têm a informação genética contida em RNA). A manipulação do DNA pode alterar a hereditariedade e as características dos organismos.
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AS LEIS DE MENDEL – A primeira lei de Mendel pode ser enunciada da seguinte forma: Na formação dos gametas, os pares de fatores se segregam (separam). Mendel chamou isso de "lei da segregação" ou lei da pureza dos gametas. Características herdadas são passadas igualmente por cada um dos pais, e, em vez de se misturarem, elas se mantêm separadas. Isto é, cada uma das características é gerada por um par de instruções, com as instruções “dominantes" determinando a aparência da prole e as instruções "recessivas" mantidas latentes. (As características recessivas aparecem somente quando ambos os fatores em um par são recessivos.)
Além disso, de acordo com a "lei da variação independente" de Mendel, a contribuição de cada pai com um fator é algo governado pelas leis da probabilidade - fatores dominantes não têm maior probabilidade de serem passados adiante do que os recessivos. Características herdadas também são independentes: as instruções para altura não têm nada a ver com as instruções para a cor.
Essas duas observações juntas explicam o mecanismo básico da hereditariedade. Os "fatores" de Mendel foram eventualmente renomeados de genes, e descobriu-se que cada par de cromossomos em uma célula carrega vários pedaços de informação genética. De um modo geral, a Genética abriu caminho para uma linha darwiniana modificada: a Evolução se processa algumas vezes por mutação súbita, com as novas características sendo passadas geneticamente, mas principalmente pela variação genética natural (recombinação de genes). Em cada caso, a natureza "seleciona" as mudanças favoráveis à sobrevivência e rejeita as mudanças que não são para melhor (como são geralmente as mutações radicais). Os princípios enunciados nas duas leis aplicam-se a todos os organismos de reprodução sexuada. Mendel criou a base da Genética Moderna!
Embora a questão da hereditariedade seja geralmente bem mais complicada do que o cruzamento de ervilhas, Mendel havia se deparado com um princípio genético fundamental. Tão logo as descobertas de Mendel foram cruzadas com a Biologia Celular, a Genética emergiu como um novo campo. Com o melhoramento dos microscópios, os biólogos foram capazes de observar que as células se reproduzem dividindo-se em duas, e que cada célula resultante herda metade de cada cromossomo do original. Em idos de 1870, foi também descoberto que, quando um esperma fertiliza um ovo, os cromossomos se combinam.
As "leis mendelianas" estabeleceram a base para o estudo exato da hereditariedade: a Genética, para usar o termo atual.
GLOSSÁRIO
[1] Gene - É uma seção da fita do DNA que atua como gabarito para uma enzima, que por sua vez é uma proteína que acelera determinada reação química. Os genes codificam a informação necessária para a síntese de proteínas. Por sua vez as proteínas influenciam, em grande parte, o fenótipo* final de um organismo. Note-se que o conceito de "um gene, uma proteína" é simplista: por exemplo, um único gene poderá produzir múltiplos produtos, dependendo de como a transcrição é regulada. (*) Fenótipos são as características visíveis de um indivíduo, que são definidas pela expressão do seu genótipo (isto é, do seu patrimônio hereditário)
[2] Híbrido - Designa uma produção genética entre duas espécies vegetais ou animais distintas, que geralmente não podem ter descendência devido aos seus genes incompatíveis. A mula, por exemplo, é um híbrido de jumento com cavalo e é totalmente estéril.
[3] Gametas - Os gametas ou células germinativas masculina e feminina são células sexuias altamente especializadas, que possuem metade do número normal de cromossomos (número haplóide), ou seja, têm apenas um conjunto de cromossomos, uma vez que são produzidos por meiose, enquanto que o ovo é diplóide. Os gametas se fundem no momento da fecundação ou fertilização para formar um ovo ou zigoto, que dará origem ao embrião, cujo desenvolvimento produzirá um novo ser da mesma espécie.
Cabelo liso
Olhos azuis (em variações verde, cinza)
Cabelo loiro
Cabelo ruivo
Canhoto
Tipo Sanguínea Negativo
[5] Homozigoto - (homo = igual) é o termo em Biologia que indica indivíduo com alelos iguais em um determinado lócus nos cromossomos herdados de seus dois pais, em outras palavras um par de genes ou características iguais entre si em funcionalidade; ex; AA, aa, BB. Homozigoto ressesivo = Indica o indivíduo que possui dois gens iguais cujo caracter a se desenvolver é recessivo em relação ao(s) caracter(es) dominante daquela característica. Se um indivíduo é homozigoto recessivo, ele deve ter recebido um gene recessivo de cada ancestral; ex: aa.
Canário branco ou
albino (recessivo).
[6] Meiose - (do grego meíosis, diminuição) é o nome dado ao processo de divisão celular através do qual uma célula tem o seu número de cromossomos reduzido pela metade. Por este processo são formados gametas e esporos. Nos organismos de reprodução sexuada a formação de seus gametas, ocorre por meio desse tipo de divisão celular. Quando ocorre fecundação, pela fusão de dois desses gametas, ressurge uma célula diplóide, que passará por numerosas mitoses comuns até formar um novo indivíduo, cujas células serão, também, diplóides. Nos vegetais, a meiose não tem como fim a formação de gametas, mas, sim, com a formação de esporos. Curiosamente, nos vegetais a meiose relaciona-se com a porção assexuada de seu ciclo reprodutivo. A meiose permite a recombinação gênica geneticamente diferentes entre si. Isso explica a variabilidade das espécies de reprodução sexuada.
Na primeira fase, os cromossomos emparelham-se e trocam material genético (entrecruzamento ou crossing-over), antes de separar-se em duas células filhas. Cada um dos núcleos destas células filhas tem só metade do número original de cromossomos.
[7] Mutações – Em Biologia, mutações são definidas como qualquer alteração permanente do DNA. As mutações podem ser causadas por erros de copia do material durante a divisão celular, por exposição a radiação ultravioleta ou ionizante, mutagênicos químicos, ou vírus.
Cromossomo – É uma longa seqüência de DNA, que contém vários genes, e outras seqüências de nucleotídeos com funções específicas nas células dos seres vivos. Durante a mitose (divisão celular), os cromossomos encontram-se condensados e têm o nome de cromossomos metafásicos e é a única ocasião em que se podem observar com um microscópio óptico.
