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60 EC O LO G IA CICLOS BIOGEOQUÍMICOS São quatro os elementos químicos que compõem a matéria viva: oxigênio, carbono, hidrogênio e nitrogênio. Esses elementos integram os compostos que constituem a estrutura de todos os seres vivos. Segundo Lavoisier, “Na Natureza nada se cria, nada se destrói, mas tudo se transforma”. Nas várias transformações pelas quais passam os elementos químicos na biosfera, eles passam do ambiente para os seres vivos e dos seres vivos retornam ao ambiente, completando ciclos. Essa trajetória circular dos elementos é chamada de ciclo biogeoquímico. Veremos mais de perto, o ciclo dos elementos que compõem a matéria viva. CICLO DA ÁGUA Possuindo cerca de 5 quatrilhões de toneladas de água, o planeta Terra, mantém tal volume desde que se formou. Cerca de 97% da água que forma a hidrosfera compõe os oceanos; os restantes 3% constituem a água doce que forma lagos, rios, geleiras solo, atmosfera e os seres vivos. Na natureza, a ação dos raios solares faz com que parte da água evapore; este vapor, à medida que sobe na atmosfera, torna-se mais frio, condensa e precipita-se na forma de chuva, neve ou granizo, recompondo a água evaporada. Os seres vivos absorvem água através dos alimentos ou pela ingestão direta. Eles devolvem essa água para a natureza através de seus processos metabólicos de respiração, transpiração e excreção. Já nos vegetais a água é devolvida ao ambiente por transpiração e gutação. Desta forma, o ciclo da água se fecha. Considera-se como o pequeno ciclo da água quando está envolvido apenas a evaporação dos lagos, rios e oceanos, e de grande ciclo quando os seres vivos estejam participando. Alterações no ciclo da água mudam os regimes de chuvas nos ecossistemas, conforme acontece com quando os fenômenos La niña e El niño se formam, provocando inundações ou secas em diferentes regiões do globo terrestre. Ciclo da Água EC O LO G IA 61www.biologiatotal.com.br CICLO DO CARBONO Presente na estrutura de todas as moléculas orgânicas, o carbono é fundamental para a vida. As cadeias de carbono são formadas pelos seres autótrofos através do processo de fotossíntese, a partir do gás carbônico do ambiente. O carbono circula pela cadeia alimentar na forma de moléculas orgânicas e volta ao ambiente na forma de gás carbônico, através da respiração de animais e vegetais, ou da decomposição de seus corpos após a morte. Ciclo do Carbono Ciclo do Oxigênio CICLO DO OXIGÊNIO O oxigênio molecular (O2), é de fundamental importância à respiração aeróbica, é o segundo componente mais abundante da atmosfera, onde existe na proporção de 21%. O ciclo do oxigênio consiste na passagem de átomos de oxigênio compostos inorgânicos do ambiente para substancias orgânicas dos seres vivos e vice-versa. O principal reservatório de oxigênio para os seres vivos é a atmosfera, onde esse elemento se encontra na forma de O2 e de CO2. O oxigênio pode ser consumido da atmosfera através das seguintes formas: atividade respiratória de plantas e animais; combustão; degradação, principalmente pela ação de raios ultravioleta, com formação de Ozônio (O3). O oxigênio já teria sido extinto da atmosfera há muito tempo, se não fosse o contínuo reabastecimento promovido pela fotossíntese, especialmente através do fitoplâncton marinho, considerado o verdadeiro pulmão do mundo. O2 ATMOSFÉRICO CO2 FOTOSSÍNTESE RESPIRAÇÃO ANIMALPLANTA COMBUSTÃO A grande maioria do carbono presente na Terra encontra-se nos compostos minerais, como os carbonatos, e nos depósitos orgânicos fósseis, como o carvão e o petróleo. Esses depósitos originaram-se de fósseis de vegetais e de outros organismos que, durante milhões de anos, permaneceram sob enormes pressões das camadas de terra. Pode o carbono mineral voltar à atmosfera pela erosão ou pela combustão. Esse retorno é mais lento que o resultante da respiração e da decomposição. combinação com metais do solo (especialmente o ferro), formando óxidos metálicos. 62 EC O LO G IA BACTÉRIAS DE FIXAÇÃO DE NITROGÊNIO BACTÉRIAS DE DESNITRIFICAÇÃO AMONIFICAÇÃO + Amônia Nitrito Nitrobacter sp. Nitrato NITRIFICAÇÃO - - Ciclo do nitrogênio CICLO DO NITROGÊNIO Sabemos que 78% da nossa atmosfera é formada de nitrogênio na forma de gás nitrogênio, não podendo ser utilizado pela maioria dos seres vivos. Desta forma, seu aproveitamento só é possível através da fixação biológica, onde é convertido em amônia (NH3). Entre os organismos fixadores de nitrogênio encontramos as bactérias de vida livre, as cianobactérias que vivem na água ou solo e algumas espécies de bactérias do gênero Rhizobium sp que vivem em associação com raízes de leguminosas (soja, ervilha, feijão, amendoim). A amônia também pode ser encontrada em produtos de excreção de muitos animais. Além da fixação biológica, o nitrogênio atmosférico pode ser fixado através da fixação física, que consiste na reação do nitrogênio com o oxigênio atmosférico, com a formação de óxidos de nitrogênio, como ocorre em tempestades com relâmpagos, que ao serem hidratados pelo vapor d’água são transformados em nitritos e nitratos que são levados à terra pela chuva. Também ocorre a fixação do nitrogênio por ação dos fertilizantes, caracterizando a fixação química. A amônia liberada pelos fixadores de nitrogênio é transformada por bactérias do gênero Nitrosomonas e Nitrobacter. Elas realizam a nitrosação (transformação de amônia em nitrito NO2 -) e a nitratação (transformação de nitrito em nitrato NO3 -). A nitrosação e a nitratação juntas recebem o nome de nitrificação. Essas oxidações liberam energia com a qual a bactéria fabrica suas cadeias de carbono através da quimiossíntese. Nitrosação → de amônia à nitrito (Nitrosomonas sp) NH3+ NO2- Nitratação → de nitrito a nitrato (Nitrobacter sp) NO2- NO3- ► ► Nitrobacter sp Nitrosomonas sp aminoácidos e através da cadeia alimentar são incorporados pelos animais. A reciclagem do nitrogênio contido no organismo dos seres vivos ocorre depois de sua morte ou quando o animal elimina excretas. Nestes casos, as proteínas e aminoácidos são atacados por bactérias e fungos e transformados em amônia. Bactérias desnitrificantes do gênero Pseudomonas sp decompõem a amônia, os nitratos e nitritos, liberando o nitrogênio e devolvendo-o para a atmosfera, através da desnitrificação. ADUBAÇÃO VERDE Uma atividade praticada pelos agricultores com o objetivo de aumentar a produtividade em suas culturas é conhecida como adubação verde. Esse tipo de adubação aumenta a quantidade de nitrogênio no solo através da utilização de leguminosas. A adubação verde pode ser feita utilizando uma das duas técnicas: as culturas consorciadas ou rotação de culturas. Nas culturas consorciadas plantas não leguminosas e leguminosas são plantadas juntas e na rotação de culturas, as leguminosas são alternadas com as não leguminosas. Assim, o agricultor economiza no adubo e preserva o meio ambiente, pois está praticando uma adubação natural. Os nitritos e nitratos podem, assim, ser absorvidos e usados pelas plantas na fabricação de seus EC O LO G IA 63www.biologiatotal.com.br LEITURA COMPLEMENTAR El Monstro: El Niño está cada vez mais forte! É um fenômeno meteorológico que ocorre a cada dois ou sete anos, resultando no aquecimento das águas do Oceano Pacífico Equatorial e bagunçando com o clima em diversas regiões do planeta. No final do ano passado, pesquisadores da NASA declararam que, de acordo com as suas medições, o próximo El Niño seria um dos mais fortes já observados. Este fenômeno normalmente persiste durante janeiro, fevereiro e março. Porém, dependendo de sua intensidade, seus efeitos podem ser observados ao longo de todo o ano, e o que os pesquisadores preveem para 2016 é um El Niño “monstruoso”.Se houvesse um pódio para os El Niños mais fortes já observados por seres humanos, o El Niño de 2015-2016 estaria disputando medalhas com os El Niños de 1983-1984 e de 1997-1998, que foram eventos catastróficos, resultando em secas e inundações em diferentes partes do planeta. Em comparação com os anos de 1997 e 1998, o El Niño deste ano pode não ser tão intenso, porém será CICLO DO FÓSFORO O fosforo é um elemento químico que participa estruturalmente de moléculas fundamentais do metabolismo celular, como os ácidos nucleicos e ATP. O ciclo do fósforo é mais simples do que os ciclos do carbono por exemplo, pois não existem muitos compostos gasosos de fósforo e, portanto, não há passagem pela atmosfera. Outra razão para a simplicidade, é a existência de apenas um composto de fósforo realmente importante para os seres vivos: o íon fosfato (PO4 –3). As plantas aproveitam o fosfato da água e do solo e os animais obtêm fosfatos na água e no alimento. O ciclo do fósforo se divide em geológico e ecológico. No ciclo tempo geológico, os processos de decomposição da matéria orgânica devolvem o fósforo ao solo ou à agua. Com a ação das chuvas haverá um transporte desse fosfato para os rios, lagos e mares, locais onde esse fosfato acaba se incorporando às rochas. O fósforo é liberado destes reservatórios por erosão natural e filtração, e através da mineração e do uso como adubo pelo homem. No ciclo de tempo ecológico, uma parte do elemento recicla-se localmente entre o solo, as plantas, consumidores e decompositores, em uma escala de tempo relativamente curta. O calor está de matar, não é mesmo? Por que será? Os cientistas têm uma explicação: é o El niño atacando novamente! Mas o que é o El niño? Imagens obtidas por satélites da NASA comparam o tamanho e a intensidade dos fenõmenos El Niño observados em 1997 (à direita) e em 2015 (à esquerda). Fo to : N AS A 64 EC O LO G IA ANOTAÇÕES maior em sua extensão geográfica, o que resultará em uma grande região oceânica de águas mais quentes. O atual El Niño já é o responsável pelo aumento de aproximadamente 20 cm do nível do mar na costa californiana, além de ter causado um aumento na quantidade de tempestades no local. Isto ocorre porque, durante a passagem do El Niño, as águas desta região tornam-se mais quentes, e a expansão térmica, eleva o nível do mar. Em outras regiões do globo, dentre elas o Brasil, o El Niño causa um efeito contrário: países tropicais sofrem com uma redução severa na concentração de chuvas, o que também causa prejuízos sociais e econômicos enormes. Além disso, o ano de 2015 já foi registrado como o mais quente da história. Em dezembro, o Rio de Janeiro registrou temperaturas na casa dos 40ºC, com sensação térmica de 50ºC. O El Niño resulta em diferentes danos em diferentes regiões do planeta: no hemisfério norte, ele costuma trazer chuvas e tempestades fortes, enquanto o hemisfério sul tende a sofrer com a seca e as altas temperaturas. Para a região oeste dos Estados Unidos, que vem sofrendo com a forte seca dos últimos meses, as tempestades trazidas pelo fenômeno podem parecer boas notícias. Porém, muito além das chuvas, as tempestades trazem consigo o medo de que se repita o que ocorreu no final da década de 1990, quando dezenas de pessoas foram mortas, diversas plantações foram dizimadas, e a grande quantidade de água arrastou casas e derramou fragmentos de terra. Como tudo nessa vida, as condições climáticas também precisam estar sob controle para que danos graves sejam evitados. Esperamos que dessa vez o El Niño se comporte e pare de nos assustar Fonte: The Hill e Scripps Institution of Oceanography UC San Diego. EC O LO G IA 65www.biologiatotal.com.br novo linknovo link https://bit.ly/2RPMsa1 66 EX ER CÍ CI O S a a a b b b c c c d e d E d e (Enem 2015) O nitrogênio é essencial para a vida e o maior reservatório global desse elemento, na forma de N2 é a atmosfera. Os principais responsáveis por sua incorporação na matéria orgânica são microrganismos fixadores de N2 que ocorrem de forma livre ou simbiontes com plantas. ADUAN, R. E. et aI. Os grandes ciclos biogeoquímicos do planeta. Planaltina: Embrapa, 2004 (adaptado). Animais garantem suas necessidades metabólicas desse elemento pela (UNICAMP 2015) O nitrogênio é um elemento essencial para as plantas, podendo ser obtido do solo ou da atmosfera. No último caso, verifica-se a associação entre plantas e bactérias, que irão captar moléculas de nitrogênio e convertê-las em compostos nitrogenados usados na nutrição das plantas. Em contrapartida, as bactérias se aproveitam dos produtos oriundos da fotossíntese realizada pelas plantas. Essa associação é denominada (CEFET MG 2015) O ciclo do carbono envolve processos relacionados com a respiração, decomposição, queima de combustíveis e fotossíntese. A participação do gás carbônico em todos esses eventos fez com que cientistas iniciassem um ambicioso experimento 1 2 3 4 absorção do gás nitrogênio pela respiração ingestão de moléculas de carboidratos vegetais. incorporação de nitritos dissolvidos na água consumida. transferência da matéria orgânica pelas cadeias tróficas. protocooperação com microrganismos fixadores de nitrogênio. fósforo. enxofre. carbono. oxigênio. nitrogênio. nitratação. nitrosação. amonificação. desnitrificação. fixação biológica do N2. EXERCÍCIOS Uma grande virada na moderna história da agricultura ocorreu depois da Segunda Guerra Mundial. Após a guerra, os governos haviam se deparado com um enorme excedente de nitrato de amônio, ingrediente usado na fabricação de explosivos. A partir daí as fábricas de munição foram adaptadas para começar a produzir fertilizantes tendo como componente principal os nitratos. SOUZA, F. A. Agricultura natural/orgânica como instrumento de fixação biológica e manutenção do nitrogênio no solo: um modelo sustentável de MDL Disponível em: www. planetaorganico.com.br. Acesso em: 17 Jul. 2015 (adaptado). No ciclo natural do nitrogênio, o equivalente ao principal componente desses fertilizantes industriais é produzido na etapa de: a b c d mutualismo. O texto se refere a bactérias do gênero Rhizobium, que produzem amônio. comensalismo. O texto se refere a bactérias do gênero Rhizobium, que produzem amônio. mutualismo. O texto se refere a bactérias do gênero Nitrosomona, que produzem proteínas. comensalismo. O texto se refere a bactérias do gênero Nitrosomona, que produzem proteínas. (ENEM PPL 2015) Na natureza a matéria é constantemente transformada por meio dos ciclos biogeoquímicos. Além do ciclo da água, existem os ciclos do carbono, do enxofre, do fósforo, do nitrogênio e do oxigênio. O elemento que está presente em todos os ciclos nomeados é o CAIU NO ENEM - 2017 CAIU NA FUVEST - 2018 a b c d e Analise as três afirmações seguintes sobre ciclos biogeoquímicos. I. A respiração dos seres vivos e a queima de combustíveis fósseis e de vegetação restituem carbono à atmosfera. II. Diferentes tipos de bactérias participam da ciclagem do nitrogênio: as fixadoras, que transformam o gás nitrogênio em amônia, as nitrificantes, que produzem nitrito e nitrato, e as desnitrificantes, que devolvem o nitrogênio gasoso à atmosfera. III. Pelo processo da transpiração, as plantas bombeiam, continuamente, água do solo para a atmosfera, e esse vapor de água se condensa e contribui para a formação de nuvens, voltando à terra como chuva. Está correto o que se afirma em I, apenas. I e II, apenas. II e III, apenas. III, apenas. I, II e III. EX ER CÍ CI O S 67www.biologiatotal.com.br a b c d e aumentar a conversão de gás carbônico em oxigênio. complementar a captação de CO2 feita pelas plantas. prever os efeitos associados ao aquecimento global. minimizar a perda de dióxido de carbono durante a respiração. garantir a formação de combustíveis fósseis pela decomposição.(ENEM PPL 2014) Na técnica de plantio conhecida por hidroponia, os vegetais são cultivados em uma solução de nutrientes no lugar do solo, rica em nitrato e ureia. Nesse caso, ao fornecer esses nutrientes na forma aproveitável pela planta, a técnica dispensa o trabalho das bactérias fixadoras do solo, que, na natureza, participam do ciclo do(a) (UERJ 2014) O ciclo do nitrogênio é extremamente importante para os seres vivos. Esse elemento faz parte de diversos compostos orgânicos, como proteínas e ácidos nucleicos. Na tabela, há exemplos de formas químicas do nitrogênio incorporadas por alguns seres vivos. (ENEM PPL 2015) (PUCRJ 2015) Com relação ao que chamamos de sequestro de carbono, é correto afirmar que (IFCE 2014) O cultivo de plantas leguminosas na lavoura dispensa a utilização de fertilizantes nitrogenados. Isto ocorre, porque elas (ENEM 2014) A aplicação excessiva de fertilizantes nitrogenados na agricultura pode acarretar alterações no solo e na água pelo acúmulo de compostos nitrogenados, principalmente a forma mais oxidada, favorecendo a proliferação de algas e plantas aquáticas e alterando o ciclo do nitrogênio, representado no esquema. A espécie nitrogenada mais oxidada tem sua quantidade controlada por ação de microrganismos que promovem a reação de redução dessa espécie, no processo denominado desnitrificação. 8 9 10 5 6 7 a a a a a b b b b b c c c c c d d d d d e e e e e água. carbono. nitrogênio. oxigênio. fósforo seu aumento contribui para o aquecimento global. é feito por organismos autotróficos. aumenta consideravelmente com as queimadas. é feito por organismos heterotróficos. corresponde, nas plantas, à respiração. associam-se a bactérias nitrificantes. fixam compostos ricos em amônia do ar atmosférico. não precisam de nitrogênio para se desenvolver. decompõem o nitrogênio presente no solo. eliminam gás carbônico. I. II. III. IV. V. seres herbívoros. fungos fermentadores. bactéria heterótrofas. organismos produtores. microrganismos decompositores. a b c d conversão da amônia em nitrito produção de nitrato a partir da amônia liberação de gás nitrogênio para o ambiente incorporação de nitrogênio molecular em aminoácidos projetado na Amazônia em 20 anos. Esse projeto consiste em bombear, em alguns fragmentos de floresta, uma quantidade 50% maior de CO2 do que aquela encontrada na natureza. Disponível em: <http://www1.folha.uol.com.br>. Acesso em: 29 set. de 2014. (Adaptado). O objetivo desse experimento é O processo citado está representado na etapa SereS ViVoS Composto Nitrogenado Orgânico Inorgânico Plantas Aminoácidos Amônia (NH3) Nitrato (NO3-) Bactérias Amônia (NH3) Nitrato (NO3-) Nitrito (NO2-) Animais - No ciclo do nitrogênio, as bactérias desnitrificantes estão relacionadas à função apontada em: No esquema representado, o processo identificado pelo número 2 é realizado por 68 EX ER CÍ CI O S a a a a b b b b c c c c d d e d e d e o cultivo de leguminosas contamina o solo com substâncias tóxicas produzidas pelas bactérias. a concentração de compostos nitrogenados no solo diminui, devido a atividade das bactérias que vivem associadas às plantas leguminosas. o cultivo de leguminosas aumenta o custo da produção agrícola, pois será preciso comprar adubo nitrogenado para suprir a falta desse elemento químico no solo. as plantas leguminosas aproveitam diretamente o gás nitrogênio do ar, fornecendo-o para as bactérias que fazem fotossíntese e produzem compostos nitrogenados. as bactérias que vivem nas raízes das leguminosas fixam o gás nitrogênio, transformando-o em compostos nitrogenados, os quais podem ser utilizados por essas plantas. V, F, V, V. F, V, F, V. V, F, V, F. F, F, F, V. (CPS 2016) A adubação verde é uma prática utilizada pelos agricultores, em várias regiões do mundo, para recuperar os solos degradados pelo cultivo, melhorar aqueles que são naturalmente pobres ou conservar os que já são produtivos. Consiste no plantio de espécies de plantas, como as leguminosas (soja, feijão, alfafa) tanto em conjunto com outras plantas (plantações consorciadas), como em períodos alternados (rotações de culturas). As leguminosas são muito utilizadas como adubo verde, pois suas raízes são capazes de se associar a bactérias, que fixam o gás nitrogênio diretamente do ar presente no solo e com ele produzem compostos nitrogenados que, incorporados ao solo, atuam na sua adubação natural. Além disso, esses compostos nitrogenados são compartilhados com as plantas leguminosas, contribuindo assim para um melhor desenvolvimento desses vegetais que, em troca, fornecem compostos orgânicos às bactérias. A figura ilustra o sistema radicular de uma planta de soja com bactérias fixadoras de nitrogênio. As bactérias estão nas “bolinhas” que aparecem na raiz. ambiente se dá por meio dos ciclos biogeoquímicos. Assinale com V (verdadeiro) ou F (falso) o que se afirma sobre os ciclos biogeoquímicos. ( ) O CO2 que passa a circular na atmosfera é retirado do ambiente através processo de fotossíntese realizado exclusivamente pelas plantas. ( ) No ciclo hidrológico, a água circula entre animais da cadeia alimentar, retornando à superfície através de evapotranspiração, respiração, fezes, urina ou decomposição. ( ) A maioria dos seres vivos consegue incorporar e utilizar o nitrogênio na forma de gás presente no ar. ( ) As rochas fosfatadas sofrem erosão e liberam para o solo o fósforo, elemento que será absorvido pelos vegetais, para a produção de ATP e ácidos nucleicos. A sequência correta, de cima para baixo, é: (UECE 2015) O movimento entre as substâncias provenientes do meio abiótico para o mundo vivo e o retorno delas a partir dos seres vivos para o meio 11 12 (UFG 2014) O semiárido brasileiro exige do pequeno produtor estratégias para alimentação do gado durante a seca. Para garantir a sobrevivência do rebanho nesse período, uma das possibilidades é o plantio de Cactaceae por adensamento, utilizando adubação com ureia (CO(NH2)2) nos períodos de chuva. Considerando-se o ciclo do nitrogênio na natureza, essa estratégia de adubação justifica-se, pois, no solo, a hidrólise desse adubo químico simula a (UFRGS 2014) Em relação aos ciclos biogeoquímicos, é correto afirmar que 14 13 nitrificação da matéria orgânica, disponibilizando NH4 +. nitrificação da matéria orgânica, disponibilizando NH3. desnitrificação da matéria orgânica, disponibilizando N2. amonificação da matéria orgânica, disponibilizando NO. amonificação da matéria orgânica, disponibilizando NH3. a principal reserva de nitrogênio encontra-se na água doce. a precipitação da água impede a transferência de elementos químicos dos ambientes terrestres para a água doce e para os oceanos. as erupções vulcânicas representam a principal fonte de iodo, cobalto e selênio. as concentrações elevadas de fósforo no solo de plantações levam a uma diminuição de fósforo em rios e lagos. a queima de vegetais e de combustíveis fósseis é a principal responsável pela liberação de CO2 na atmosfera, no Brasil. Sobre a adubação verde, é correto afirmar que (PUCSP 2013) Nos ecossistemas, o carbono é incorporado por organismos fotossintetizantes para a síntese de compostos orgânicos, que podem ser utilizados 15 EX ER CÍ CI O S 69www.biologiatotal.com.br a a a a a b b b b bc c c c c d d e e d d e e d e I-C, II-B, III-F, IV-G, V-A. I-D, II-C, III-B, IV-G, V-F. I-G, II-B, III-D, IV-C, V-E. I-G, II-C, III-D, IV-A, V-H. I-H, II-D, III-B, IV-C, V-A. (UNIOESTE 2012) Os ciclos biogeoquímicos referem- se à movimentação dos elementos químicos no ecossistema entre os seres vivos e o meio ambiente. Analise as afirmativas abaixo sobre os diversos ciclos e assinale a alternativa correta.(UFTM 2012) O nitrogênio (N2) é um gás presente na atmosfera e sem ele provavelmente não haveria vida na terra como existe atualmente. Ele é fundamental (UEL 2017) A utilização de combustíveis fósseis pela espécie humana tem restituído à atmosfera, na forma de (CO2) átomos de carbono que ficaram fora de circulação durante milhões de anos. O ciclo do carbono consiste na passagem de átomos de carbono (C) presentes nas moléculas de gás carbônico (CO2) disponíveis no ecossistema para moléculas que constituem as substâncias orgânicas dos seres vivos (proteínas, glicídios, lipídios etc.) e vice-versa. Relacione as afirmativas a seguir com as etapas do ciclo do carbono indicadas no esquema. I. Grande parte das substâncias orgânicas incorporadas pelos herbívoros é degradada na respiração celular e o carbono, liberado na forma de gás carbônico. II. O gás carbônico é captado pelos organismos fotossintetizantes e seus átomos são utilizados na síntese de moléculas orgânicas. III. O carbono constituinte da biomassa é transferido aos herbívoros. IV. Parte das moléculas orgânicas produzidas na fotossíntese é degradada pelo próprio organismo em sua respiração celular e o carbono, devolvido ao ambiente na forma de gás carbônico. V. O carbono constituinte da biomassa é restituído ao ambiente com a morte do organismo. (FATEC 2013) Sabendo-se que - o maior reservatório de nitrogênio do planeta é a atmosfera, onde esse elemento químico se encontra na forma de nitrogênio molecular (N2); - apenas umas poucas espécies de bactérias, conhecidas genericamente como fixadoras de nitrogênio são capazes de utilizar diretamente o N2, incorporando esses átomos em suas moléculas orgânicas; - algumas bactérias do gênero Rhizobium (rizóbios), fixadoras de N2, vivem no interior de nódulos formados em raízes de plantas leguminosas, como a soja e o feijão; - a soja e o feijão, graças à associação com os rizóbios, podem viver em solos pobres de compostos nitrogenados. É correto concluir que, sobre o ciclo do nitrogênio na natureza, 17 18 19 16 Toda água absorvida por plantas e animais é utilizada na síntese de outras substâncias, retornando ao meio ambiente exclusivamente através dos decompositores. O carbono da atmosfera é incorporado aos seres vivos através da respiração. O fósforo é incorporado aos seres vivos através dos vegetais pela absorção de fosfatos dissolvidos na água e solo. As bactérias fixam o nitrato atmosférico e o transfere para as plantas através de N2 A utilização do etanol em substituição aos combustíveis fósseis acarretou um aumento na concentração de óxidos de enxofre na atmosfera. é absorvido diretamente da atmosfera por animais e vegetais e é utilizado na síntese de aminoácidos e nucleotídeos. é fixado por fungos e algas unicelulares, que sintetizam proteínas e ácidos nucleicos, e estes são ingeridos e absorvidos por animais e vegetais. pode ser utilizado diretamente por leguminosas, sem a participação de micro-organismos, o que justificaria a biomassa do feijão e da soja, rica em proteínas. é absorvido por bactérias radicícolas que utilizam a energia solar, formando compostos nitrogenados como o nitrato, que é utilizado pelos vegetais. precisa ser transformado por alguns seres procariontes em alguns compostos nitrogenados, para assim serem assimilados por vegetais e, então, entrarem na cadeia alimentar. os rizóbios recebem nitrogênio molecular das leguminosas. as plantas fixam o nitrogênio molecular ao fazerem fotossíntese. os herbívoros obtêm nitrogênio na natureza ao comerem as plantas. o nitrogênio atmosférico pode ser absorvido pelas folhas das leguminosas. as leguminosas usadas na recuperação de solos pobres fixam diretamente o nitrogênio molecular. apenas por organismos consumidores no processo de respiração celular, sendo o carbono devolvido ao ambiente na forma de co2 apenas por organismos clorofilados no processo de respiração celular, a partir do qual o carbono não é devolvido ao ambiente. apenas por organismos anaeróbicos no processo de fermentação, sendo o carbono devolvido ao ambiente na forma de co2 por organismos clorofilados e por animais no processo de respiração celular, a partir do qual o carbono não é devolvido ao ambiente. por organismos clorofilados, por animais e por decompositores, sendo o carbono devolvido ao ambiente na forma de co2 (ENEM 2008) Os ingredientes que compõem uma gotícula de nuvem são o vapor de água e um núcleo de condensação de nuvens (NCN). Em torno desse núcleo, que consiste em uma minúscula partícula em suspensão no ar, o vapor de água se condensa, 20 para a formação de compostos nitrogenados presentes nos seres vivos. Pode-se afirmar que esse gás Assinale a alternativa que contém a associação correta. 70 EX ER CÍ CI O S (UFJF-PISM 3 2016) O nitrogênio é um elemento presente nas moléculas de aminoácidos, unidades das proteínas, e nas bases nitrogenadas, componentes dos ácidos nucleicos. O ar atmosférico tem, na sua composição, 78% de nitrogênio molecular (N2) sendo, portanto, o principal reservatório desse gás. As afirmativas a seguir estão relacionadas ao ciclo do nitrogênio: I. O nitrogênio atmosférico (N2) é transformado em amônia (NH3) pelas bactérias fixadoras de nitrogênio presente no solo ou em associação com raízes de leguminosas ou ainda por cianobactérias presentes (ACAFE 2015) Os ciclos biogeoquímicos são fluxos contínuos dos elementos químicos na natureza para os seres vivos, em diferentes formas químicas. Dessa forma, elementos como o carbono, enxofre, cálcio, oxigênio, dentre outros, percorrem esses ciclos, unindo todos os componentes vivos e não-vivos da Terra. A seguir está representado esquematicamente o ciclo do carbono. 21 22 a a b b c c d d e e I, II e III. I, III e IV. I e V. II, III e IV. II, IV e V. da produção de CO2 oriundo da respiração das árvores. da evaporação, da transpiração e da liberação de aerossóis que atuam como NCNs. das queimadas, que produzem gotículas microscópicas de água, as quais crescem até se precipitarem como chuva. das nuvens de maior altitude, que trazem para a floresta NCNs produzidos a centenas de quilômetros de seu local de origem. da intervenção humana, mediante ações que modificam as características físicas e químicas da atmosfera da região. formando uma gotícula microscópica, que, devido a uma série de processos físicos, cresce até precipitar- se como chuva. Na floresta Amazônica, a principal fonte natural de NCN é a própria vegetação. As chuvas de nuvens baixas, na estação chuvosa, devolvem os NCNs, aerossóis, à superfície, praticamente no mesmo lugar em que foram gerados pela floresta. As nuvens altas são carregadas por ventos mais intensos, de altitude, e viajam centenas de quilômetros de seu local de origem, exportando as partículas contidas no interior das gotas de chuva. Na Amazônia, cuja taxa de precipitação é uma das mais altas do mundo, o ciclo de evaporação e precipitação natural é altamente eficiente. Com a chegada, em larga escala, dos seres humanos à Amazônia, ao longo dos últimos 30 anos, parte dos ciclos naturais está sendo alterada. As emissões de poluentes atmosféricos pelas queimadas, na época da seca, modificam as características físicas e químicas da atmosfera amazônica, provocando o seu aquecimento, com modificação do perfil natural da variação da temperatura com a altura, o que torna mais difícil a formação de nuvens. Paulo Artaxo et al. O mecanismo da floresta para fazer chover. In: Scientific American Brasil, ano 1, n0. 11, abr./2003, p. 38-45 (com adaptações). Na Amazônia, o ciclo hidrológico depende fundamentalmente: A respeito dos ciclos biogeoquímicos, analise as afirmações a seguir. I. O carbono é um elemento químico de grande importância para os seres vivos, pois participa da composição química de todos os componentes orgânicose de uma grande parcela dos inorgânicos também. Os mecanismos de retorno do carbono ao ambiente ocorre por intermédio da respiração, queima de combustíveis fósseis (gasolina, óleo diesel, gás natural e carvão) e de queimada em florestas. O aumento no teor de CO2 atmosférico causa o agravamento do “efeito estufa” que pode acarretar sérios danos ao ambiente, ocasionando grandes variações no ecossistema global. ll. Sendo a Terra um sistema dinâmico e em constante evolução, o movimento ou caminhos percorridos ciclicamente de seus materiais afetam todos os processos físicos, químicos e biológicos. lIl. A quantidade de água na forma de vapor na atmosfera é pequena quando comparada às grandes quantidades que são encontradas nos outros estados na água. II. As bactérias nitrificantes transformam parte da amônia em nitrito e depois em nitrato. III. As bactérias desnitrificantes transformam parte da amônia e do nitrato em nitrogênio gasoso que volta à atmosfera. IV. As bactérias decompositoras transformam os resíduos nitrogenados inorgânicos em amônia. V. O nitrito e o nitrato são utilizados para a produção da amônia. São CORRETAS as afirmativas: EX ER CÍ CI O S 71www.biologiatotal.com.br (UCS 2012) ) Os átomos dos elementos químicos são assimilados e transferidos continuamente entre os organismos e o ambiente, e a ciclagem desses elementos é denominada Ciclo Biogeoquímico. Considere o Ciclo Biogeoquímico do Carbono representado na figura abaixo. (PUCRJ 2015) Cientistas brasileiros e ingleses publicaram recentemente os resultados de uma pesquisa que mostra que a perda de carbono na Amazônia brasileira é 40% maior do que se sabia. De acordo com essa pesquisa, a perda de carbono não se restringe apenas ao desmatamento da Amazônia, mas também ao corte seletivo, aos efeitos de borda e à queima da vegetação de sub-bosque. Com relação ao ciclo do carbono e ao papel desempenhado pelas florestas nesse processo, considere as afirmações abaixo: I. As florestas armazenam carbono na forma de açúcar. II. Todo o carbono da Terra está armazenado nos organismos fotossintetizantes. III. Florestas tropicais representam uma das principais áreas de fixação de carbono. IV. O gás carbônico é lançado no ambiente pela decomposição e combustão e é retirado pela respiração e fotossíntese. É correto o que se afirma em (FUVEST 2014) Considere a situação hipotética de lançamento, em um ecossistema, de uma determinada quantidade de gás carbônico, com marcação radioativa no carbono. Com o passar do tempo, esse gás se dispersaria pelo ambiente e seria incorporado por seres vivos. Considere as seguintes moléculas: I. Moléculas de glicose sintetizadas pelos produtores. II. Moléculas de gás carbônico produzidas pelos consumidores a partir da oxidação da glicose sintetizada pelos produtores. III. Moléculas de amido produzidas como substância de reserva das plantas. IV. Moléculas orgânicas sintetizadas pelos decompositores. Carbono radioativo poderia ser encontrado nas moléculas descritas em (UPF 2014) Os seres vivos necessitam de alguns elementos químicos em grandes quantidades. A interação desses elementos nos próprios seres e com o ambiente físico no qual se encontram ocorre por meio de movimentos conhecidos como ciclos biogeoquímicos, sobre os quais é correto afirmar que: 26 23 25 24 a a a a a b b b b b c c c c c d d d d d e e e e I - II - III II - III - IV III - IV - V IV - V Somente I e II. Somente I e III. Somente I, II e III. Somente II, III e IV. Somente III e IV. I, apenas. I e II, apenas. I, II e III, apenas. III e IV, apenas. I, II, III e IV. apenas I está correta. apenas II está correta. apenas I e II estão corretas. apenas II e III estão corretas. I, II e III estão corretas. o principal processo envolvido no ciclo do carbono é a respiração, por meio do qual o carbono presente na molécula de CO2 é fixado e utilizado na síntese de moléculas orgânicas. o ciclo do nitrogênio é considerado mais simples do que os demais ciclos, pois não há passagem de átomos desse elemento pela atmosfera. no ciclo do oxigênio, a única fonte importante desse elemento, que circula entre a biosfera e o ambiente físico, é o gás O2. físicos. Mas, apesar dessa pequena quantidade, ela é fundamental na determinação das condições climáticas e de vital importância para os seres vivos. lV. O fósforo é um elemento químico que participa estruturalmente de moléculas fundamentais do metabolismo celular, como fosfolipídios, coenzimas, ácidos nucleicos e hidrato de carbono. V. O nitrogênio é um elemento químico que entra na constituição de duas importantes classes de moléculas orgânicas: carboidratos e ácidos nucleicos. Além disso, o nitrogênio é o componente de uma molécula essencial para todos os seres vivos da biosfera: o ATP. Todas as afirmações corretas estão em: Analise as afirmações a seguir, de acordo com a figura acima apresentada. I. O processo I corresponde à assimilação pela fotossíntese. II. O processo II corresponde à respiração. III. O processo III corresponde à assimilação pela decomposição. Das afirmações acima, o ciclo da água ou ciclo hidrológico é afetado pelos processos de evaporação e precipitação, bem como pela interferência dos seres vivos ao terem a água fluindo através das teias alimentares. o ciclo do fósforo independe da ação de micro- organismos de solo, pois o maior reservatório desse elemento no planeta é a atmosfera. 72 EX ER CÍ CI O S (ENEM 2008) Um jornal de circulação nacional publicou a seguinte notícia: Choveu torrencialmente na madrugada de ontem em Roraima, horas depois de os pajés caiapós Mantii e Kucrit, levados de Mato Grosso pela FUNAI, terem participado do ritual da dança da chuva, em Boa Vista. A chuva durou três horas em todo o estado e as previsões indicam que continuará pelo menos até amanhã. Com isso, será possível acabar de vez com o incêndio que ontem completou 63 dias e devastou parte das florestas do estado. Jornal do Brasil abril/1998 (com adaptações). Considerando a situação descrita, avalie as afirmativas seguintes. I. No ritual indígena, a dança da chuva, mais que constituir uma manifestação artística, tem a função de intervir no ciclo da água. II. A existência da dança da chuva em algumas culturas está relacionada à importância do ciclo da água para a vida. III. Uma das informações do texto pode ser expressa em linguagem científica da seguinte forma: a dança da chuva seria efetiva se provocasse a precipitação das gotículas de água das nuvens. É correto o que se afirma em (UFG 2006) O esquema a seguir representa o ciclo do carbono na biosfera. (ENEM 2005) Pesquisas recentes estimam o seguinte perfil da concentração de oxigênio (O2) atmosférico ao longo da história evolutiva da Terra: (CFTMG 2008) Analise as afirmativas referentes às ações do homem sobre o ambiente e seus possíveis efeitos. I - Ao desmatar, reduz-se a quantidade de folhas, as quais refletem cerca de 10% da radiação solar, acarretando um maior aquecimento do solo. II - Ao poluir rios e mares, diminui-se o fitoplâncton, interferindo na liberação de dimetilsulfeto para a atmosfera, gás necessário para a formação das nuvens. III - Ao derramar petróleo no mar, faz-se surgir uma camada de óleo com até 1 cm de espessura, comprometendo as trocas entre a água e o ar. O ciclo biogeoquímico diretamente atingido nas três ações mencionadas é o da(o): 27 29 30 28 a a a b b b c c c d d e d e I, apenas. III, apenas. I e II, apenas. II e III, apenas. I, II e III. 1 há produção de gás carbônico e água. 2 há produção de oxigênio e glicose. 3 há consumo de glicose e oxigênio. 4 há consumo de água e gás carbônico. 5 há consumo de água e glicose. água. carbono. oxigênio. nitrogênio. Sobre as etapas desse ciclo biogeoquímico, é correto afirmarque em No período Carbonífero entre aproximadamente 350 e 300 milhões de anos, houve uma ampla ocorrência de animais gigantes, como por exemplo insetos voadores de 45 centímetros e anfíbios de até 2 metros de comprimento. No entanto, grande parte da vida na Terra foi extinta há cerca de 250 milhões de anos, durante o período Permiano. Sabendo-se que o O2 é um gás extremamente importante para os processos de obtenção de energia em sistemas biológicos, conclui-se que a b c d e a concentração de nitrogênio atmosférico se manteve constante nos últimos 400 milhões de anos, possibilitando o surgimento de animais gigantes. a produção de energia dos organismos fotossintéticos causou a extinção em massa no período Permiano por aumentar a concentração de oxigênio atmosférico. o surgimento de animais gigantes pode ser explicado pelo aumento de concentração de oxigênio atmosférico, o que possibilitou uma maior absorção de oxigênio por esses animais. o aumento da concentração de gás carbônico (CO2) atmosférico no período Carbonífero causou mutações que permitiram o aparecimento de animais gigantes. a redução da concentração de oxigênio atmosférico no período Permiano permitiu um aumento da biodiversidade terrestre por meio da indução de processos de obtenção de energia. EC O LO G IA 73www.biologiatotal.com.br GABARITO DJOW CICLOS BIOQUÍMICOS [A] O Nitrogênio corresponde a 78 % na composição atmosférica ( seco – isento de vapor-d´agua). No ciclo do Nitrogênio: Nitratação → os nitratos formados pelas bactérias nitrosas. (nitrito) (nitrato) 2NO–2 + O2 → 2NO–3 + energia [E] 1 - [D] Os animais obtêm o elemento químico nitrogênio através da dieta, ingerindo matéria orgânica nitrogenada produzida ao longo das cadeias e teias alimentares. 2- [D] O elemento químico está presente em todos os ciclos biogeoquímicos, porque aparece associado com o hidrogênio, carbono, fósforo e nitrogênio formando inúmeras substâncias inorgânicas e orgânicas que compõem o ambiente e os organismos vivos. 3 - [A] A relação entre bactérias do gênero Rhizobium e raízes de plantas, principalmente leguminosa constitui uma relação ecológica de mutualismo. As bactérias convertem o N2 atmosférico em íons amônio(NH4 +) que é utilizado pelas plantas em seu metabolismo e, em troca, recebem proteção e nutrientes orgânicos produzidos pelos vegetais. 4 - [C] O projeto tenta prever os efeitos associados ao aquecimento global ao forçar a vegetação a captar o CO2 atmosférico, reconhecidamente, um gás estufa. 5 - [B] O sequestro de carbono do ambiente é realizado por organismos autotróficos fotossintetizantes e quimiossintetizantes. 6 - [A] As raízes das plantas leguminosas se associam com bactérias fixadoras de nitrogênio. 7 - [E] A reposição do nitrogênio atmosférico é realizada por bactérias anaeróbicas e representada no esquema pela etapa [V]. 8 - [C] Na técnica de plantio por hidroponia, o fornecimento de uma solução rica em nitrato de ureia substitui o trabalho das bactérias fixadoras do solo que participam do ciclo do nitrogênio. 9 - [C] As bactérias desnitrificantes são responsáveis pela liberação do gás nitrogênio (N2) a partir de compostos nitrogenados como a amônia (NH3) e nitrato (NO3-). 10- [D] Os organismos produtores (autótrofos) são capazes de fixar o CO2 na forma de matéria orgânica (C6H12O6) por meio dos processos de fotossíntese ou quimiossíntese. 11 - [E] As bactérias que vivem em associação com as raízes das plantas leguminosas captam o nitrogênio atmosférico (N2) e o transformam em compostos nitrogenados, como amônia (NH3) e íon amônio (NH4+), os quais podem ser utilizados pelas plantas durante a síntese de aminoácidos, proteínas, DNA, RNA, clorofila, vitaminas, etc. 12 - [B] A fotossíntese é realizada pelas plantas, algas (protoctistas) e certas bactérias (monera). Somente certos gêneros de bactérias e cianobactérias conseguem incorporar e utilizar o nitrogênio (N2) presente no ar. 13 - [E] A maior quantidade de nitrogênio encontra-se na atmosfera. A chuva promove a transferência de elementos químicos dos ambientes terrestres para a água doce e para os oceanos. As erupções vulcânicas representam a principal fonte de enxofre. As concentrações elevadas de fósforo no solo de plantações levam a um aumento de fósforo em rios e lagos. As queimas de vegetação e de combustíveis fósseis são as principais responsáveis pela liberação de CO2 na atmosfera, no Brasil. 14- [E] A estratégia proposta para a alimentação do gado, durante a seca, no semiárido brasileiro inclui o plantio de cactáceas por adensamento e adubação com ureia, nos períodos de chuva. A decomposição da ureia disponibiliza amônia (NH3) para que as plantas produzam compostos nitrogenados que farão parte da dieta do gado. CAIU NO ENEM - 2017 CAIU NA FUVEST - 2018 74 EC O LO G IA 15 - [E] Nos ecossistemas, o elemento químico carbono é fixado pelos organismos autótrofos na forma de matéria orgânica. A matéria orgânica será utilizada pelos consumidores e decompositores; sendo o carbono devolvido ao ambiente na forma de co2 . 16 - [C] O gás nitrogênio é absorvido pelas bactérias do gênero Rhizobium (rizóbios) transformado em amônia, nitrito e nitrato respectivamente. As leguminosas obtém nitrogênio na forma de nitrato e posteriormente é transferido pelos herbívoros, que utilizarão o gás nitrogênio para a produção de suas proteínas e ácidos nucleicos. 17 - [C] Os vegetais absorvem o fósforo do solo e incorporam à cadeia alimentar. Esse componente pode ser utilizado para a produção de ATP ou ácidos nucleicos. 18 - [E] O gás nitrogênio (N2) é transformado em compostos solúveis, como o íon nitrato (NO3 - ), por micro-organismos, como certas bactérias e cianobactérias. Na forma de nitratos, o elemento nitrogênio pode ser aproveitado pelas plantas para a produção de substâncias, como aminoácidos, proteínas e ácidos nucleicos (DNA e RNA). Esses compostos nitrogenados são essenciais para o desenvolvimento dos seres vivos. 19 - [C] A correlação exata entre os eventos verificados no ciclo biogeoquímico do carbono e o esquema proposto está relacionada na alternativa [C]. 20 - [B] A vegetação é a principal fonte do NCN, molécula diretamente relacionada à precipitação. As queimadas destroem a vegetação e alteram totalmente o ciclo da água na natureza. 21 - [A] [IV] Incorreta: As bactérias decompositoras transformam os resíduos nitrogenados orgânicos em amônia [V] Incorreta: O nitrito e o nitrato não são utilizados para a produção de amônia. 22 - [A] [IV] Falsa. O elemento químico fósforo não participa estruturalmente de moléculas de hidratos de carbono. [V] Falsa. O elemento químico nitrogênio não entra na constituição da maioria dos carboidratos 23- [B] [[II] Falsa. Os átomos de carbono da Terra estão armazenados nos organismos vivos, em combustíveis fósseis, na crosta e na atmosfera terrestre. [IV] Falsa. A respiração aeróbica é responsável pelo lançamento do gás carbônico no ambiente. 24 - [A] O ciclo biogeoquímico da água é influenciado por processos físicos, como a evaporação e a precipitação e por fenômenos biológicos, como o fluxo de água pelas cadeias e teias alimentares dos ecossistemas terrestres. 25 -[E] Todos os itens estão corretos e correlacionados com o enunciado. 26 - [C] [III] Falso. O processo III corresponde à transferência de matéria orgânica (carboidrato) dos produtores (plantas) para os consumidores primários, representados pelos animais herbívoros 27 - [E] Todas as alternativas estão corretas se considerarmos o tema e a forma como a questão foi abordada. 28 - [A] 29 - [C] 30 - [C] A existência de animais maiores durante o período carbonífero, em relação aos insetos e anfíbios atuais, pode ser explicado, em parte, pela maior oferta de oxigênio durante aquele período geológico. ANOTAÇÕES