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ORIENTAÇÃO NO TEMPO: CRONOBIOLOGIA
Orientação no tempo: Cronobiologia As interacções da Terra com o Sol e a Lua, juntamente com a inclinação natural do seu eixo, resultam nos ciclos associados com o dia e a noite, com as estações do ano, com as fases da Lua e com a oscilação das marés. As estações ocorrem devido à inclinação de cerca de 23, graus do eixo da Terra em relação à perpendicular. Esta inclinação origina que, ao longo do movimento de translação da Terra em volta do Sol, a área iluminada varie, existindo uma mudança do número de horas de luz durante os dias, de acordo com a estação do ano: os períodos de luz são maiores de Verão que de Inverno, sendo semelhantes no Outono e Primavera (CIPOLLA-NETO, MARQUES & MENNA- BARRETO, 1988). Evolução dos relógios biológicos Durante a evolução da vida na Terra, a luz do Sol, com o seu espectro característico, e as variações entre o dia e a noite desempenharam um papel decisivo na maior parte dos organismos vivos e na sua adaptação aos ambientes naturais (KULLER, 2002). A periodicidade que se observa nas mudanças fisiológicas, metabólicas e comportamentais está habitualmente sincronizada com as mudanças geofísicas periódicas, como a rotação da Terra em torno do seu eixo e à volta do Sol. MARQUES e MENNA-BARRETO (1997) sugerem duas hipóteses para o aparecimento da ritmicidade biológica: uma defende a adaptação a um meio ambiente cíclico como factor primordial para o aparecimento da estrutura temporal, enquanto a outra defende que o padrão rítmico interno foi estabelecido sem influência do ambiente. Provavelmente, o que aconteceu foi que em algum momento da evolução biológica um organismo desenvolveu a capacidade de se antecipar às variações do mundo exterior, adquirindo assim uma vantagem adaptativa em relação a outro que não o conseguiria fazer. (ROENNEBERG & MERROW, 2002; MUNOZ & BALER, 2003).
Para ANOKHIN (1974), os ritmos biológicos endógenos permitem aos organismos anteciparem-se às alterações ambientais decisivas para a sobrevivência. Assim não só esse organismo está melhor preparado para enfrentar as mudanças do ambiente, como eventualmente pode prescindir de sinais externos para se ajustar internamente à 19 mudança de condições. Os organismos que possuíam essa propriedade de antecipação sobreviveram, sendo que a dimensão temporal se pode considerar como fonte de pressão selectiva. Essa capacidade antecipatória permite organizar recursos e actividades antes que sejam necessários, sendo que as transições entre estados como, por exemplo, do sono à vigília e do jejum à alimentação são preparadas progressivamente antes que o indivíduo acorde ou se alimente. Num ambiente com modificações periódicas, um organismo que tenha a sua organização interna e a actividade comportamental sincronizadas com as flutuações diárias na iluminação, temperatura e humidade tem vantagens competitivas. A capacidade antecipatória dos organismos em relação à variação das condições do meio ambiente, permite-lhes tirarem o máximo beneficia dos recursos limitados existentes na natureza, constituindo assim uma estratégia viável para a sobrevivência. O período de 24 horas de rotação da Terra está correlacionado com variáveis críticas no ambiente em que se inserem os seres vivos, incluindo a temperatura, a luz, a disponibilidade de comida e a actividade dos predadores. A periodicidade desses desafios e oportunidades exige também periodicidade no comportamento dos seres vivos e na sua fisiologia. Uma das vantagens da existência de relógios biológicos é que permite antecipar mudanças no ambiente, por mais variáveis e confusos que sejam os seus sinais, possibilitando assim ao organismo estar preparado
designado por analogia à orientação no espaço. As duas capacidades de orientação (no espaço e no tempo) relacionam-se entre si de modo complementar e criam bases para a existência do organismo. Por outras palavras e a título exemplificativo, o animal deve saber quando e onde estar se ele quer encontrar uma presa, ou, o contrário, sendo ele mesmo uma presa, se ele pretende escapar-se de um predador. A mesma questão coloca-se quando ele procura um parceiro para acasalar-se ou para a cópula. Os processos básicos no organismo, assim como os comportamentos típicos de um animal demonstram um decurso cíclico, de tal modo que a mesma fase do evento comportamental repete-se em mais ou menos intervalos de tempo iguais. Os sistemas que produzem tais padrões de tempo (oscilações) estão organizados hierarquicamente, o que cria no organismo uma complexa cadeia de oscilações. Isto é sobretudo válido para organismos pluricelulares. Por essa razão, o organismo pluricelular (incluindo plantas) é considerado um sistema multi- oscilatório. As bases para a sua ocorrência provêm tanto de ciclos fisiológicos celulares, como de processos bioquímicos igualmente cíclicos. Em baixo seguem-se alguns exemplos de padrões de oscilações. O valor adaptativo, ou seja a função biológica, dos padrões de tempo de processos biológicos e de comportamentos, situa-se a três níveis, nomeadamente:
- Na capacidade de determinação de tempo, como forma de estabelecer uma relação de fases com o tempo exterior, o qual manifesta-se em processos periódicos de parâmetros ambientais;
- Na capacidade de medição de tempo, no sentido de determinar a duração de um processo, de um acontecimento ou de um fenómeno. Quando a base de sincronização é a luz, esta forma de medição de tempo chama-se fotoperiodismo (fotoperiodicidade);
- Na avaliação de tempo local como um caso excepcional, tal como se exige de animais com a capacidade de navegação com o uso de orientação astronómica e de marcos ambientais sazonais. Vários ritmos são também encontrados nos organismos e isto não é nada de especial; pois, os organismos como sistemas complexos tendem a oscilar. Nós encontramos oscilações no
metabolismo, em processos fisiológicos e bioquímicos, na reprodução e no comportamento. Algumas destas oscilações são adversas e o organismo tende a ignorá-las. Contudo, em muitos casos os organismos fazem uso delas. Nos seres vivos classificam-se cinco formas básicas de processos organizados no tempo: 1-Rítmos ultradianos independentes do ambiente, cujo período tem uma duração inferior a 24 horas (de segundos a poucas horas, p.e., biopotênciais, taxa de batimento cardíaco, movimentos peristálticos, estágios do sono, etc.).
2. Rítmos infradianos que são os que se relacionam com o ambiente, i.e., seguem ciclos ambientais, ou são sincronizados por estes. As oscilações ambientais sincronizadas pelo relógio biológico chamam-se sincronizadores , outro termo para o conceito alemão de “ Zeitgeber ” Nesta classe incluem-se os seguintes ritmos: a) Ritmo circatidal : relaciona-se com as marés (2,4 h); b) Ritmo circa-hemidiano : relaciona-se com o sol (12 h); c) Ritmo circadiano : relaciona-se com o sol (24 h); d) Ritmo circa-septano: segue oscilações ambientais com duração aproximada de sete dias (7 d); e) Ritmo semilunar : relaciona-se com ritmos lunares (meialua, 14,8 d); f) Ritmo lunar-mensal: (29,5 d); g) Ritmo anual: (365 d).
- A terceira categoria de processos organizados no tempo refere-se à capacidade que os organismos têm para uma avaliação contínua do tempo por forma a poderem assegurar interacções ambientais específicas. Trata-se, neste caso, de interacções que ocorrem de acordo com as estações do ano;
- A outra forma toca a avaliação do tempo sob forma de resposta às mudanças sazonais da duração da fase de luz num dia de 24 horas;
- A última forma de processos organizados no tempo é a determinação do tempo de duração de uma dormência , para que o indivíduo à determinada altura do ano possa entrar e sair da dormência (torpor, hibernação, estivação, etc.).
física, leva acrer que existe uma certa incompatibilidade entre o trabalho nocturno e os ritmos biológicos. Uso dos relógios biológicos Dos ritmos endógenos fazem parte os microritmos electrofisiológicos de duração de periodo variado e o ciclo ovarial dos primatas (incl. Homem), Várias são as oscilações periódicas circadianas de sistemas fisiológicos elementares que foram já investigadas, as quais, “ao fim e ao cabo”, codeterminam o comportamento. São exemplos as secreções hormonais. Fazem parte também as variações circadianas dos volumina nucleares que possivelmente estejam relacionadas com a produção Ácidos Ribonucléicos (ARN) e com processos biossintéticos rítmicos (síntese de nucleótidos: Base azotada---Pentose---Fosfato). Assume-se, igualmente, que a concentração, a inteligência e a atenção do Homem no processo de aprendizagem também devem subordinar-se a tais ritmicidades circadianas. O valor adaptativo destes rítmos circadianos pode ser visto a três níveis:
- Adaptação do organismo às mudanças ambientais constantes (exemplo, luz e escuridão);
- Criação de uma estrutura interna de tempo optimal ao funcionamento do organismo;
- Regulação do meio interno e incremento do grau de resistência à factores perturbadores externos (mesmo o funcionamento do sistema imunológico ou a acção bioquímica de medicamentos).
- A dor : muito bem investigada é a ritmicidade da sensibilidade de dor na palma da mão através de medições de níveis do limiar de excitação e dos dentes pela técnica de choque de temperatura ao longo do dia. O máximo de insensibilidade de dor situa-se entre 12 e 18 , o mínimo, entre 0 e 3 h. em indivíduos nocturnos, a sensação de dor eleva-se mais tarde (ca. 1- 2h). Excitação vegetativa não específicas ( stress ) deslocam o máximo e o mínimo para frente. Analgésicos actuam menos a noite (i.e., no momento de elevada sensibilidade de dor) do que de dia. Também placebos (factores sugestivos não específicos inibidores de dor) actuam mais entre 12 e 20 h do que entre 0 e 4 h.
- Tempo de reacção e vigilância : a capacidade (rendimento) em tarefas de reacção acústica em função do tempo, puderam demonstrar em indivíduos saudáveis e indivíduos não perturbados no seu sono é máxima aprox. as 3 h emínima ca de 15 h. o padrão de seu decurso é sinusoidal.
- Vigilância : contrariamente, ela decorre exactamente de modo inverso ao parâmetro anterior. Correspondentemente, a probabilidade de erros em trabalhadores de turnos (sonecar ao volante, travagrns bruscas e forçadas em condutores de locomotivas) situa-se as 3 h de manhã. O Sono-REM de mamíferos será apresentado como um dos exemplos mais clássicos de ritmos ultradianos. Se dominarmos melhor fenómenos rítmicos anuais relativos ao comportamento humano e à sua fisiologia, talvés abrisse-se uma luz para o combate eficaz aos males sociais e disfunções orgânicas que enfermam o Homem. Haverá sensividade diferenciada na predisposião à determinadas doenças? Eis uma questão de grande interesse científico biomédico e da Psicologia social. Um quadro mais geral de fenómenos comportamentais relativos ao ritmo anual estão indicados abaixo. Germinação e todo o ciclo vital de uma planta angiospérmica; Ritmo anual de crescimento de quistos em algas; Diapausa; Formação de pupa em insectos; Alteração de peso do corpo e das gônadas em aves; Mudas de insectos; Migrações de aves; Hibernação em mamíferos etc. Para sintonizar o desenvolvimento e o comportamento com as estações do ano o organismo pode também usar um relógio interno. Em plantas, por exemplo, deve haver um relógio anual que controla a germinação de sementes logo após o tempo de dormência. É por isso que elas são armazenadas sob condições de temperatura constante. Mesmo assim, elas germinam num ritmo anual.
primeiro? Para responder a essa pergunta, tems de re tomar a história da evolução de nosso planeta, con tada de modo resumido anteriormente. Nosso pla b) Origem por criação divina (criaclonismo) neta não surgiu apresentando as mesmas condições ambientais que temos hoje, mas sim condições mui to distintas. Segundo os registros encontrados nas rochas, foram necessários cerca de 1 bilhão de anos para que as condições ambientais se tornauem pro picas ao aparecimento da vida. Como, entao, teriam surgido os primeiros se- res vivos nas condições ambientais de uso planeta ha cerca de 3.5 bilhões de atto Pelo menos três possibilidades têm sido Jevan tarias para responder a essa pergunt a) Origem extraterrestre (passpermia) Os seres vivos não se originaram na Terra, to en mutros planetas, foran hazidos para ca per meio de espacos ou formas de resistência aderidos meteoritis, que caira e continuam a ralt ein noso planera Ea hipos não é muito escanendors, pois avia se formou ni Terni, masem un pla Has é a mais antiga de todas as idéias sobre a origem da vida e tem um forte cunho religioso, sen- do até hoje aceita por fiéis de varias religiós Fas corrente afirma que os seres vivos foram criados in dividualmente por uma divindade e que desde en tão possiem a mesma forma com que foram cria dor Eles não macam ao longo do tempo é o que se chama de imutabilidade das espécies Origem por evolução quimica Os cientistas afirma que a vida deve ter vir gido da matéria animada, com manciples rathe as moléculas, formando substancias cada vez mais complecu, que aclarar an organizando de node a originar os primeiros seres vivis Essa hipotese f inicialmente levantada na década de 1920 par Oparin e Haldane vem sendo apocida pir memm
pesquisadores Discutiremos com mais detalhes apenas TES fupose, também conhecida por pocese thi rol ada como de que sorgh a vida nesse our plane ção gradual dos sistemas quimicos, que é a mi aces
