Biologia - Virtual Lab

analisado em cada um deles. Assim, é possível planejar qual tipo de microscópio deve ser utilizadoquando se pretende observar a morfologia externa de um organismo inteiro e qual é aplicável à análise da estrutura de uma organela celular.Outro aspecto interessante que pode ser observado no laboratório é que um mesmo ser vivopode ser analisado em diversos tipos de microscópios. Portanto, as simulações funcionam como umaimersão cada vez mais detalhada e ampliada nesse organismo e em seus principais constituintes.As diversas imagens geradas são acompanhadas de legendas explicativas e da escala do aumentoobtido com aquele instrumento. Tais imagens podem ser adicionadas ao livro de laboratório paraposterior avaliação.Laboratório de sistemáticaO laboratório de sistemática permite visualizar a distribuição de diversos grupos taxonômicosem árvores filogenéticas. Além disso, nele é possível simular a classificação de algumas espécies utilizando critérios diversos. Assim, pode-se verificar como o trabalho de classificação se modificou aolongo do tempo, desde a classificação pioneira elaborada por Carl von Linné (Lineu). Para isso, bastaselecionar o tipo de classificação desejada na barra de rolagem ao lado do seletor de espécies. Além daclassificação original de Lineu, é possível verificar a árvore filogenética correspondente à classificaçãoque divide os seres vivos em três domínios (Archaea, Bacteria e Eukarya) e à classificação que divideos seres vivos em seis reinos (Animalia, Fungi, Plantae, Protoctista, Archaea e Bacteria).Desse modo, as atividades desenvolvidas neste laboratório possibilitam a compreensão do processo de classificação dos seres vivos, processo este que é continuamente revisto pelos cientistas. Porexemplo, uma das atividades propostas neste livro integra simulações realizadas no laboratório desistemática com simulações realizadas no laboratório molecular, de forma que se perceba empiricamente a necessidade de reclassificação de determinadas espécies. Isso coincide com o que de fatoIntroduçãoXI

vem acontecendo desde a década de 1970, com o advento das técnicas de biologia molecular, quandoos cientistas começaram a comparar o material genético de um enorme número de organismos natentativa de estabelecer uma mais completa e correta árvore da vida.Como esse processo é contínuo, essa classificação está sendo revista neste exato momento emdiversos laboratórios ao redor do mundo. Assim, os sistemas de classificação apresentados no laboratório de sistemática estão entre os mais atuais entre o que foi estabelecido como consenso pelos especialistas, mas podem apresentar desatualizações decorrentes dessa revisão contínua feita por eles. Umbom exercício complementar que você pode realizar após as atividades deste laboratório é consultara classificação mais atual na ferramenta permanentemente em construção conjunta denominada“Tree of Life Web Project”, acessando http://tolweb.org/tree/, e compará-la com a árvore filogenéticaque você construiu nas atividades de laboratório a fim de verificar quais ramos dessa árvore já sofreram modificações nos últimos anos, meses e dias.Laboratório molecularO laboratório molecular permite a simulação de três técnicas-chave: a reação em cadeia dapolimerase (PCR), a eletroforese em gel e o sequenciamento de genomas. Muitos dos equipamentosutilizados aqui são extremamente sofisticados e caros. Logo, as simulações aqui realizadas propiciamestudos que não seriam possíveis em um laboratório escolar.As atividades propostas neste livro usam as instalações deste laboratório para simular situaçõesreais do cotidiano da biologia forense, como a comparação de amostras de DNA de suspeitos comamostras de DNA colhidas no local de um crime ou a comparação de amostras de DNA de espéciesameaçadas de extinção com amostras de DNA de animais confiscados por suspeita de tráfico ilegal.A sequência de procedimentos necessários para cada análise segue o passo a passo do que ocorreria num laboratório real de biologia molecular, desde a seleção dos iniciadores de duplicação deXIIIntrodução

DNA até o sequenciamento completo de um trecho desta molécula, passando por centrifugação deamostras e pipetamento de cada elemento necessário para compor uma amostra a ser avaliada.Tanto os trechos de amostras de DNA sequenciados quanto os padrões de separação de bandasde DNA obtidos na eletroforese em gel podem ser salvos no livro do laboratório, permitindo a comparação com outras amostras avaliadas.Laboratório de genéticaO laboratório de genética tem sua configuração geral alterada de acordo com o tipo de atividadeem curso: pode ser uma estufa de plantas para cruzamento e cultivo de ervilhas, um consultório deaconselhamento genético para avaliação da probabilidade de transmissão hereditária de enfermidades humanas ou uma sala com estantes, vidrarias e equipamentos de captura se o objeto da avaliaçãofor um cão, um camundongo ou outro animal.As simulações possíveis neste laboratório propiciam o retorno às origens da genética por meioda replicação dos experimentos de Gregor Mendel com ervilhas, de forma que se possa validar asleis de Mendel manipulando os genótipos dos indivíduos que se deseja cruzar e acompanhando poralgumas gerações os resultados na descendência.Outros experimentos clássicos também podem ser simulados neste ambiente para avaliar o tipode herança envolvida na determinação dos tipos sanguíneos no sistema ABO humano, na cor da pelagem de cães labradores ou na transmissão do daltonismo. Por meio dessas simulações, será possívelverificar se os alelos que determinam certos fenótipos são dominantes ou recessivos, se os pares degenes estão ligados no mesmo cromossomo, se sofrem segregação independente ou, ainda, se estãolocalizados em cromossomos sexuais ou autossomos.Além disso, o elemento temporal adiciona uma vantagem importante para este ambiente virtual: é possível acompanhar a transmissão de determinado traço por muitas gerações, o que nemIntroduçãoXIII

sempre seria possível em uma situação real. Mais que isso, é possível manipular o número de descendentes, facilitando a visualização das frequências fenotípicas.Para cada espécie selecionada, é possível determinar as características que se deseja estudar, planejar o número da prole em F1 e realizar novo cruzamento entre indivíduos específicos de F1 para,então, acompanhar a distribuição dos fenótipos em F2. Os resultados dos cruzamentos, inclusive soba forma de frequências fenotípicas, são representados em gráficos de barras, que podem ser adicionados ao livro de laboratório, permitindo a comparação com resultados decorrentes de cruzamentosde outros genótipos.Laboratório de ecologiaOs experimentos possíveis de se realizar no laboratório de ecologia são mais facilmente executáveis em uma simulação que em um ambiente real por várias razões. Por exemplo, neste laboratórioé possível controlar diversas variáveis ambientais, como nível de nutrientes e nível de toxicidade.Também é possível selecionar biomas específicos por meio da determinação de latitude, temperaturae precipitação média. Da mesma forma, os fatores bióticos podem ser controlados, como o acréscimode espécies invasoras e a migração de indivíduos de uma população.Tal refinamento de controle de variáveis não seria possível em uma situação real, bem comodificilmente um mesmo pesquisador poderia transitar por biomas tão distintos quanto os disponíveis nesse ambiente virtual e, então, comparar resultados de um mesmo experimento em situaçõesambientais diversas. Deve-se considerar também a questão do espaço temporal, que frequentementeé um complicador nos estudos de campo, já que os estudos de longo prazo, que se estendem por décadas, são raros e de difícil execução. Neste ambiente virtual, pode-se avançar muitos anos no simulador e, por exemplo, acompanhar o resultado de uma catástrofe ambiental na extinção de algumasespécies e no aumento populacional de outras.XIVIntrodução

Os resultados das simulações realizadas no laboratório de ecologia são representados em gráficos de crescimento populacional e a influência de determinada espécie sobre outra que habita omesmo ecossistema pode ser avaliada pela análise comparativa desses gráficos. Também é possívelidentificar as relações tróficas entre essas espécies, como competição e predação, bem como os demais elementos que caracterizam a dinâmica de populações.Cada bioma disponível para a realização das simulações tem seus fatores abióticos registradosno quadro central e seu perfil projetado no fundo do laboratório de forma a ser possível identificaros principais elementos vegetativos que o caracterizam. Uma vez iniciada uma simulação em determinado bioma, os parâmetros ambientais “temperatura” e “precipitação” variam automaticamentecom o período do ano em curso de forma específica para a caracterização daquele bioma.AjudaMais detalhes sobre as características da sala principal, incluindo o seletor de espécies e as diversas bancadas de laboratório, podem ser obtidos ao clicar em Ajuda, logo acima do quadro branco.Essa ajuda poderá ser acessada de qualquer ponto do Laboratório Virtual de Biologia e será adaptadade acordo com o local do laboratório em que você estiver. Por exemplo, se estiver na bancada dolaboratório molecular, ao clicar em Ajuda você obterá instantaneamente informações sobre essabancada, e temas mais específicos serão listados no menu lateral.IntroduçãoXV

turma1data//Introdução ao laboratório demicroscopiaConheça os quatro microscópios disponíveis na bancada virtual do laboratório de microscopia.Telescópios, lupas e outros tipos de lentes são utilizados há séculos, especialmente no campo dasciências. O Laboratório Virtual de Biologia apresenta uma bancada do laboratório de microscopiacom cinco tipos de instrumentos ópticos úteis ao estudo da biologia:1.2.3.4.5.microscópio estereoscópico,microscópio composto,microscópio eletrônico de varredura (MEV),microscópio eletrônico de transmissão (MET) emonóculo de campo.Acesse o Laboratório Virtual de Biologia e selecione o título desta atividade de laboratório no menu“Organismos e história natural”, no quadro branco. Você será levado para a bancada virtual do laboratório de microscopia.Parte A: microscópio estereoscópicoO microscópio estereoscópico, ou de dissecação, é utilizado para examinar organismos ou objetos com ampliações relativamente baixas, muitas vezes sem a necessidade de muito preparo antesdo exame. Abra o menu “Coletas microscópicas” na prancheta pré-configurada e selecione “Pré-visualização do microscópio de dissecação”. Você verá um menu de imagens em miniatura – versõesreduzidas das imagens microscópicas disponíveis, ou micrografias – projetadas ao lado do microscópio de dissecação. Ao passar o mouse sobre essas miniaturas, você verá os títulos das micrografias.Com a finalidade de visualizar as capacidades do microscópio de dissecação, a pré-configuraçãoapresenta imagens ampliadas de um bolor vermelho do pão de uma recém-colhida caruma de pinheiro crescendo em uma placa de Petri e de duas espécies de zooplâncton. Comece clicando naimagem em miniatura “Par de copépodes”. Ela se expandirá para uma janela maior que lhe permitiráajustar o contraste da imagem, ampliá-la e reduzi-la, bem como propiciará uma visão panorâmica ea descrição dos espécimes.1 Que outra informação há particularmente nesta imagem do par de copépodes e o que ela podelhe dizer sobre os organismos?1Introdução ao laboratório de microscopianome

Outra função da bancada virtual do laboratório de microscopia é a possibilidade de salvarno livro de laboratório virtual as imagens selecionadas. Ao examinar qualquer imagem, vocêpode clicar no botão Salvar para copiá-la no livro. Tente fazer isso com o “Par de copépodes”.Em qualquer momento durante esta sessão de laboratório virtual, você pode clicar no livro delaboratório – o vermelho no canto esquerdo da bancada – e acessar o menu das imagens salvas.Experimente fazer isso agora.Dentro do livro de laboratório, clique no ícone da câmera ao lado do título da imagem e veráuma janela muito semelhante ao visor do microscópio, com controles bastante parecidos. Salvar asimagens permite reservá-las para análise posterior durante a sessão laboratorial. Mesmo que vocêacabe trabalhando em outra bancada, poderá abrir o livro de laboratório e ver as imagens salvas emmicroscopia; não é preciso retornar à bancada de microscopia. Você também pode usar essa funçãoSalvar como uma forma de reunir determinadas imagens que deseje comparar de modo rápido efácil em um único lugar, especialmente se um menu de miniaturas for muito longo para um instrumento ou espécie em particular. Tudo o que for salvo no livro de laboratório permanecerá lá até quevocê saia do Laboratório Virtual de Biologia ou feche a janela do navegador. Também é possível fazerexclusões do livro de laboratório manualmente.Clique fora do livro de laboratório e examine a outra imagem de copépode: “Zooplâncton”.Nesse caso, e na maior parte dos casos em microscopia, a escala da imagem é fornecida na caixa nocanto inferior esquerdo da imagem. Salve essa imagem no livro de laboratório.2 Reabra o livro de laboratório e alterne entre as duas imagens salvas para compará-las. Aponteduas semelhanças e duas diferenças entre essas duas espécies de copépode.Agora, examine a imagem do “bolor vermelho de pão”. Se você rolar a tela até o final da descrição, verá que há um trecho de texto que contém um conjunto de dados. Hoje em dia, quando oscientistas salvam imagens digitais, eles costumam anexar esses dados aos arquivos de imagem. Esses“metadados” permanecem junto ao arquivo e servem como lembretes de onde, quando e o que foifotografado. Há vários exemplos de imagens marcadas com metadados no Laboratório Virtual deBiologia, principalmente nas imagens de monóculo de campo.3 Com base nos metadados anexados a essa imagem de bolor vermelho do pão, o que você descobriu sobre esse espécime em particular?2Introdução ao laboratório de microscopia

4 Como você pode classificar o microscópio estereoscópico em relação ao microscópio compostoe aos dois microscópios eletrônicos quanto à capacidade de ampliação e resolução?Parte B: microscópio compostoAgora você vai conhecer as capacidades do microscópio de luz composto. Feche ou afaste o pôster de referência de microscopia e retorne à prancheta pré-configurada. A partir do menu “Coletasmicroscópicas”, selecione “Pré-visualização do Microscópio Composto”. Novamente, você verá ummenu de imagens em miniatura projetadas ao longo do microscópio. Observe que há um triângulopreto em cima de uma delas, “Vídeo de rotífero (4)”. Esse símbolo indica que se trata de um videoclipe. Clique nele e assista a pequenos rotíferos nadando na água de uma lâmina de microscópio nãofixada. Esse é um exemplo de como organismos vivos podem ser vistos e registrados por meio de ummicroscópio composto. Na maioria das vezes, organismos, tecidos e células examinados em lâminasdesse tipo de microscópio não estão vivos.A seguir, clique na imagem em miniatura chamada “Músculo cardíaco”. Trata-se de um exemplo mais comum do que se vê com um microscópio composto. Como esse microscópio precisa queuma luz atravesse a amostra pela parte de trás, tecidos como esse músculo cardíaco são cortados emcamadas muito finas. Isso permite que as fibras musculares semitranslúcidas sejam examinadas e, atécerto ponto, vistas internamente.Depois, clique na imagem intitulada “Tripanossomo entre hemácias”. Aqui se vê uma manchade sangue humano. As formas redondas são as células vermelhas, ao passo que as formas de cor violeta com formato de um verme são exemplares de Trypanosoma cruzi, parasitas que podem causar adoença de Chagas.5 Observe o fator de ampliação da imagem. Por que o microscópio composto é mais útil do que oestereoscópico para examinar sangue humano e diagnosticar certas doenças? Consulte o pôsterde microscopia na parede para obter ajuda.Clique na imagem em miniatura intitulada “Seção transversal de uma lombriga” para visualizá-la na íntegra. Seção transversal é um corte através de um organismo inteiro, ou de uma porção dele,Introdução ao laboratório de microscopia3Introdução ao laboratório de microscopiaFeche a janela do visualizador de imagens e clique no pôster intitulado “Resolução” que estáafixado na parede atrás da bancada. Trata-se de uma ferramenta de referência que vai ajudá-lo aconectar os diferentes instrumentos ópticos aos seus diversos fatores de ampliação e resoluções. Resolução é um termo que se refere ao nível de nitidez de uma imagem. Quanto maior for a resolução,mais útil será a imagem para os cientistas.

em sentido perpendicular à largura. Nesse caso, um nematelminto foi cortado ao meio e, em seguida,uma seção fina da extremidade do corte foi preparada e colocada sobre uma lâmina de microscópio. A seção transversal é fina o bastante para permitir que a luz a atravesse, mas também espessao suficiente para que órgãos internos e outras característi

Ao entrar pela primeira vez no Laboratório Virtual de Biologia, você terá acesso à sala principal. Esse ambiente possui quatro bancadas de laboratório virtuais - sistemática, eco-logia, biologia molecular e microscopia - e um elevador que leva ao laboratório virtual de genética.