Fuvest 2020 - 2ª fase - dia 2

a) O sistema digestório humano apresenta variação de pH relacionado à atividade das enzimas atuantes em cada órgão. A boca apresenta o pH, aproximadamente, igual a 7,0; o estômago, devido à secreção de HCl (ácido clorídrico), apresenta pH ácido de valor igual a 2,0; e o intestino delgado, devido à secreção de íons bicarbonato pelo pâncreas e fígado, apresenta pH, aproximadamente, igual a 8,0. Assim, é esperado que a enzima lactase (com pH ótimo igual a 7,5) tenha atividade no intestino delgado, órgão no qual promoverá a hidrólise de lactose que gera como produtos os monossacarídeos glicose e galactose, capazes de serem absorvidos pelo epitélio intestinal.

b) A leitura da primeira linha da tabela fornece a resposta para a primeira parte desta questão. Lê-se “Sequência (19 mil nucleotídeos antes do primeiro éxon)”, ou seja, a sequência fornecida está ANTES da região codificadora, e portanto, refere-se à região regulatória, também chamada de região promotora, cuja função é controlar a expressão gênica. Assim, conforme trecho do enunciado “manutenção da expressão do gene na idade adulta”, a mutação permitiu que os adultos mantivessem a produção da lactase já que o gene mantinha-se expresso mesmo após a infância. Munidos destes dados, pode-se afirmar que a mutação ocorreu na região regulatória do gene da lactase.

A imagem abaixo, modificada a partir de https://www.britannica.com/science/gene, ilustra a estrutura básica de um gene:

O gene, unidade básica da hereditariedade, consiste em uma sequência de bases nitrogenadas de DNA organizadas em duas regiões: região regulatória (promotora) e região codificadora subdividida em éxons e íntrons (no caso de eucariontes). Os éxons são sequência de bases mantidas após o processamento do RNAm, enquanto os íntrons consistem nas sequências de bases removidas que não serão, portanto, traduzidas em aminoácidos que irão compor a proteína final. Mutações na região regulatória, normalmente, possuem efeito quantitativo, alterando o quantidade do produto (lactase) produzida, enquanto isso, mutações em regiões codificantes costumam ter efeito qualitativo, já que são capazes de alterar a sequência de aminoácidos na proteína final.

A “Tolerância à lactose na idade adulta” tem padrão de autossômica herança dominante, dado que pode ser obtido através da análise da tabela fornecida:

- o gene está localizado no cromossomo 2, ou seja, encontra-se em um cromossomo autossômico (não-sexual)

- tanto o indivíduo 1 (que possui dois alelos com a base T) quanto os indivíduos 2 e 3 (que possuem apenas um alelo com a base T) são tolerantes à lactose, e sintetizam a lactase na vida adulta. Portanto, um alelo com a base T já é suficiente para a produção da lactase, logo, a tolerância à lactose na idade adulta tem padrão dominante.

- o indivíduo 4 (que possui dois alelos com a base C) é intolerante à lactose, e não sintetiza a lactase na vida adulta. Portanto, a ausência de lactase na vida adulta depende de dois alelos com a base C simultaneamente, o que é característica de um padrão de expressão recessivo. Assim, a “intolerância à lactose na vida adulta” tem padrão recessivo.

c) Um organismo transgênico é aquele que recebeu um gene de outra espécie a partir da técnica do DNA recombinante. De modo simplificado, esta técnica consiste em

1. cortar um segmento contendo o gene de interesse (no caso, o gene da lactase de levedura) utilizando uma enzima de restrição

2. cortar o DNA da bactéria com a mesma enzima de restrição

3. inserir este gene de interesse de levedura no DNA bacteriano para que este organismo sintetize a proteína da levedura

4. cultivar as bactérias transgênicas em laboratório

5. isolar e coletar a lactase sintetizada pelas bactérias

A imagem abaixo, modificada a partir de REECE, J. B. et al. Biologia de Campbell. (10. ed. Porto Alegre: Artmed, 2015) esquematiza o processo:

Para que o gene da levedura seja adequadamente expresso pela bactérias, é necessário que antes da inserção na bactéria, sejam removidos os íntrons do gene da levedura. A levedura é um organismo eucarionte e possui o gene organizado em regiões de éxons e íntrons que, conforme explicado anteriormente, são removidos durante o processamento do RNAm. A bactéria, entretanto, é procarionte, não possui íntrons em seu genoma e, portanto, não é capaz de realizar processamento do RNAm. Assim, caso o DNA inserido na bactéria tivesse os íntrons, a bactéria não iria remover estas sequências de bases e as traduziria, o que iria gerar uma sequência de aminoácidos não correspondente à lactase. Portanto, para garantir a síntese da lactase com a sequência de aminoácidos correta, os íntrons devem ser removidos antes do gene ser inserido na bactéria.

a) Nesta teia alimentar o lobo-guará se comporta como consumidor primário quando se alimenta da lobeira (arbusto), como consumidor secundário quando se alimenta do gafanhoto-verde, como consumidor terciário quando se alimenta do teiú, e como consumidor quaternário quando se alimenta da jararaca-pintada, caso esta tenha se alimentado do teiú ou da rã manteiga anteriormente. Análise semelhante pode ser feita em relação à jararaca-pintada, que se comporta como consumidora secundária quando se alimenta da rolinha-roxa ou do ratinho-do-cerrado, e como consumidora terciária quando se alimenta do teiú ou da rã-manteiga.

b) Uma cadeia alimentar com cinco espécies  possível nesta situação seria:

lobeira → gafanhoto-verde → teiú →  jararaca-pintada → lobo-guará

A pirâmide de energia correspondente só poderia apresentar o padrão a seguir, uma vez que a cada nível trófico uma quantidade de energia se perde para o ambiente, seja na forma de fezes e urina, na manutenção da temperatura corporal, ou nas atividades celulares que consomem energia na forma de ATP.

c) O bem-te-vi é uma ave de pequeno porte, e que nesta representação desempenha o papel de consumidor secundário, se alimentando exclusivamente do gafanhoto-verde. Nesta teia alimentar o topo de cadeia é ocupado pelo lobo-guará. Caso o bem-te-vi seja extinto neste local, poderíamos esperar um aumento na população do gafanhoto-verde, o que poderia causar um impacto maior no consumo da vegetação, no caso a lobeira e o capim-cabelo-de-porco. Diminuindo a população da lobeira, teríamos uma menor quantidade deste alimento à disposição do lobo-guará. Apesar disso, o aumento da população do gafanhoto-verde poderia levar a uma maior disponibilidade de alimento para o teiú e para a rã-manteiga, e estes alimentos chegariam até o lobo-guará diretamente (teiú) ou indiretamente (rã-manteiga e posteriormente jararaca-pintada). Apesar da eliminação do bem-te-vi provocar uma leve desorganização do ambiente, com um pequeno desequilíbrio, provavelmente o lobo-guará teria a sua população aumentada levemente. A única possibilidade de algum prejuízo para o lobo-guará, que é um animal onívoro, seria o fato de ele ter uma diminuição na oferta do único alimento de origem vegetal neste ecossistema, e isso poderia levar, a longo prazo, a uma diminuição da oferta de algumas vitaminas e sais minerais que poderiam vir a ser prejudiciais ao animal.

Caso o capim-cabelo-de-porco sofra uma grande diminuição em sua biomassa, os animais que se alimentam dele (rolinha-roxa, ratinho-do-cerrado, e gafanhoto-verde) teriam menor quantidade de alimento a sua disposição, e estes animais estabeleceriam competição interespecífica, em busca de seu alimento. Como o gafanhoto-verde também se alimenta da lobeira, para ele essa diminuição talvez não fosse tão significativa, e sobre esta espécie o impacto provavelmente tenderia a ser menos intenso.

a) Considerando os animais em geral, a ordenação do mais tóxixo para o menos tóxico é:  amônia, ureia e ácido úrico

b) Peixes ósseos (osteíctes), de maneira geral, excretam a amônia como resíduo nitrogenado. A amônia é um resíduo muito tóxico, porém, com enorme solubilidade em água. Uma vez que os peixes vivem em ambiente aquático, a oferta de água é enorme e suficiente para diluir a amônia excretada por estes animais. O ser humano, assim como os demais mamíferos, excreta, essencialmente resíduo na forma de ureia, uma molécula de toxicidade intermediária que requer uma quantidade razoável de água para ser eliminada. É importante salientar que, o ser humano também produz amônia como resíduo do metabolismo, porém, este composto é convertido em ureia através de uma série de reações que formam o ciclo da ornitina.  

c)

A ingestão de água em excesso aumenta a reabsorção deste solvente pelos néfrons, culminando em aumento do volume sanguíneo e diminuição da osmolaridade sanguínea, já que ocorreu aumento de água na composição do sangue. Em resposta à tal redução, a hipófise reduz a secreção do hormônio ADH, cuja função regular é de aumentar a reabsorção de água nos néfrons, ação fundamental quando o fornecimento de água é limitado e a osmolaridade sanguínea é alta. Porém, como a disponibilidade de água é grande e a reabsorção não se faz tão necessária, a secreção de ADH é reduzida, o que também leva à redução do volume reabsorvido de água nos néfrons. Devido à esta baixa reabsorção, haverá grande quantidade de água eliminada, o que acarreta em aumento do volume urinário.

a) Nas plantas, a água absorvida pelas raízes segue pelos vasos lenhosos (xilema) até os tecidos fotossintetizantes, geralmente localizados nas folhas, o que permite a saída da água na forma de vapor através dos estômatos. Estes estômatos são estruturas compostas por duas células justapostas, chamadas células guarda, que ao aumentar de volume, permitem a abertura de um ostíolo entre elas. Por este ostíolo ocorrem as trocas gasosas e a perda de água por evapotranspiração. Nestas condições, espera-se que a maior quantidade de estômatos abertos seja observada no período da tarde, entre as 13 e as 15 horas pois é o período em que a absorção de água pelas raízes é máxima, e coincide com o período de luminosidade mais intensa. Assim, espera-se que neste período a perda de água pela evapotranspiração seja maior.

b) O gráfico III representa plantas em estresse hídrico, pois o gráfico mostra pouquíssimos estômatos abertos, fato este indicativo de falta de água no ambiente. O gráfico II indica plantas com maior taxa de fotossíntese pois, no período de maior luminosidade que é entre 12 e 16 horas, a quantidade de estômatos abertos é máxima, indicando grande evapotranspiração e trocas gasosas mais intensas, o que, associado a intensa luminosidade, permitiria fotossíntese também mais intensa já que há maior entrada de gás carbônico necessário à fotossíntese. 

c) O gráfico IV mostra a relação existente entre intensidade luminosa, fotossíntese e respiração. A respiração independe da luz disponível, o que pode ser facilmente identificado pela reta que se mantém constante (conforme apontado pela seta abaixo) mesmo com aumento da intensidade luminosa.

Diferente da respiração, a fotossíntese é influenciada pela disponibilidade de luz: quanto maior a quantidade de luz disponível, maior a taxa fotossintética, desde que a planta não atinja o ponto de saturação luminosa. A análise do gráfico evidencia que, a partir de uma determinada intensidade luminosa (chamada de PSL, ponto de saturação luminosa), mesmo que a luz seja abundante, a taxa de fotossíntese não aumenta devido à existência de algum fator limitante (como, por exemplo, água, clorofila ou gás carbônico). A imagem abaixo exibe os valores de PSL para as duas plantas (A e B).

Plantas são organismos que realizam respiração celular durante o dia todo, e por isso, consomem O₂ e liberam CO₂ durante qualquer período do dia. Na presença de luminosidade e condições ideais, as plantas fazem também a fotossíntese, processo que consome CO₂ e produz O₂ como um dos produtos. A intensidade luminosa na qual fotossíntese e respiração celular ocorrem em taxas iguais é denominada ponto de compensação fótico (PCF).

Quando as plantas estão em intensidade luminosa baixa, realizam mais respiração que fotossíntese, o que resulta em saldo de CO₂ positivo na atmosfera. Além disso, o consumo de glicose é maior que a produção, o que resulta em saldo de glicose negativo que não favorece o investimento energético da planta em reprodução e crescimento, por exemplo.

Quando as plantas estão submetidas à intensidade luminosa elevada e estão acima do PCF, realizam mais fotossíntese que respiração celular, o que resulta em saldo negativo de CO₂ na atmosfera. Além disso, nestas condições, a produção de glicose é maior que o consumo, o que resulta em saldo de glicose positivo que favorece a formação de reservas além do investimento energético da planta em reprodução e crescimento. Dessa forma, plantas tem crescimento favorecido quando são submetidas à intensidades luminosas acima do PCF.

A análise do gráfico permite inferir que a planta A possui PCF menor que a planta B, e, portanto, a planta A requer menos luz para atingir e superar o PCF e realizar crescimento. Assim, na sombra, a planta A cresce melhor que a planta B.

A planta B consome mais CO₂ quando está acima do PCF, condição que é atingida quando a intensidade luminosa é superior ao valor de, aproximadamente, 3.

a) A fase 1 desta sucessão corresponde ao momento inicial, ou seja, quando ainda não havia solo, mas apenas rocha resultante da lava solidificada. Nestas condições, organismos que conseguem se instalar são os liquens, pois são pouco exigentes, não necessitam de solo, e são energeticamente auto-suficientes, pois sendo uma associação entre fungos e algas, temos as algas realizando fotossíntese e fornecendo alimento ao fungo, enquanto o fungo absorve umidade, dando condições para as algas permanecerem vivas.

b) Ao longo de uma sucessão ecológica primária, alguns parâmetros aumentam com o passar do tempo, sendo a biomassa vegetal um destes parâmetros. Assim sendo, o gráfico resultante é semelhante ao apresentado para a altura do estrato vegetal, sendo a fase indicada a que corresponde à fase climáxica.

c) A altura média da vegetação aumenta na fase 2 pois neste momento já existe solo, com grande acúmulo de matéria orgânica, proveniente da vegetação e de animais em decomposição, fezes e urina de animais, ou mesmo trazida de outros locais pelo vento. Este solo vai ganhando espessura com o passar do tempo, podendo assim suportar plantas cada vez maiores, como arbustos, árvores de pequeno porte, até chegar nas árvores de grande porte. Na fase 3 ocorre a estabilização pois neste momento a vegetação e também a fauna já atingiram o seu máximo de diversidade, e todos os nichos ecológicos estão ocupados. Além disso, sendo a área uma floresta tropical úmida, ao atingir o máximo de desenvolvimento, teríamos os maiores organismos vegetais atingindo já o seu tamanho máximo, levando assim à estabilidade notada no gráfico.

As quantidades de oxigênio produzido pela fotossíntese e consumido pela respiração se equivalem na fase climáxica, pois neste período teremos organismos de grande porte, com grande biomassa, portanto com grande atividade respiratória, e que já atingiram a estabilidade em seu crescimento/desenvolvimento. Como estes organismos não estarão mais em fase de crescimento, tendo atingido seu tamanho final, a fotossíntese que ocorre corresponde àquela necessária para fornecer o carboidrato exigido apenas para a manutenção dos organismos, tendendo a se equivaler à respiração, em quantidades de oxigênio produzido e consumido. Importante salientar que a maior parte da biomassa de uma floresta tropical úmida se trata de plantas perenes, de porte considerável, e que representam a maior parte da fotossíntese e da respiração vegetal. Nos estratos inferiores de um ambiente como este poderíamos encontrar outras espécies, inclusive com ciclo de vida muito mais curto, mas que quantitativamente não são importantes no cômputo final das quantidades de oxigênio produzido e consumido.

a) De acordo com a análise do gráfico, o mês em que os dinoflagelados estão em maior abundância é o mês de março de 2019, que é o mês em que o fenômeno da maré vermelha seria mais intenso.

b) Ocorrendo a maior proliferação de dinoflagelados no mês de março, ocorreria também uma maior produção de toxina por parte destes organismos, o que levaria à contaminação dos organismos que se alimentam destas algas. Como neste caso pode ocorrer o fenômeno de magnificação trófica, também conhecido como bioacumulação, podemos esperar que a quantidade de toxina seja maior nos organismos que ocupam nichos ecológicos mais próximos do topo da cadeia alimentar. Como os humanos utilizam moluscos e peixes na alimentação, estas toxinas podem chegar até nós, causando danos ao sistema nervoso. Para evitar a contaminação devemos evitar consumir peixes e frutos do mar provenientes de locais onde sabidamente estiver ocorrendo o fenômeno da maré vermelha, além de evitar também o banho de mar nestes locais.

c) Os dinoflagelados que causam a maré vermelha são mixotróficos, e portanto podem fazer fotossíntese ou retirar seu alimento do meio ambiente onde vivem. Nos períodos em que ocorre aumento da disponibilidade de alimento para estas algas, na forma de esgoto não tratado (que no enunciado e no gráfico está representado pela linha que representa a contagem de coliformes fecais), ocorre maior proliferação dos dinoflagelados e portanto maior produção de toxina. Depois que grande parte do alimento disponível foi consumido (no final de março e início de abril, no gráfico), a menor disponibilidade de alimento para os dinoflagelados leva a uma redução de sua população.