Temática:
Criacionismo e Evolucionismo
Durante as aulas de genética, entendemos a dinâmica da transmissão de
características entre os seres vivos e compreendemos os mecanismos que conferem
à vida, contudo, ainda nos resta uma dúvida: de onde surgiram os primeiros
indícios de vida? Que ancestral foi responsável em desencadear toda a
diversidade existente ao transmitir suas primeiras características?
Várias são as explicações existentes para esclarecer a variedade de
seres vivos em nosso planeta e a sua incrível biodiversidade, e dentre elas as
explicações místicas e, principalmente, as religiosas têm fascinado a
humanidade ao longo de sua história. Somente por volta de dois séculos atrás
começaram a surgir as primeiras explicações científicas para a origem da vida e
da biodiversidade. Ao longo do tempo, a ciência vem reunindo indícios que
permitem explicar a origem dos seres vivos, a enorme variedade de espécies
viventes e o resultado de processos de transformação e adaptação inerentes à
própria vida, sem nenhuma interferência sobrenatural. Dessas constatações,
surgiu o conceito de evolução biológica.
Do Criacionismo ao Evolucionismo
Por volta do século XVII, a maneira de compreender o mundo natural e
seus fenômenos foi consideravelmente alterada graças ao surgimento da ciência,
e a revolução científica abriu uma série de conflitos entre as diferentes
explicações para a origem da vida, principalmente com as que se baseavam nas
interpretações literais bíblicas sobre a natureza. Dentre alguns dos primeiros
estudos, Nicolau Copérnico (1473-1543) propôs que a Terra não era o centro do
universo, contrapondo os escritos religiosos. Outros trabalhos mostraram que,
baseando-se em registros fósseis, a crosta terrestre parecia ser muito mais
antiga do que se acreditava. Mesmo com esses novos indícios científicos, a
ideia da criação divina alicerçada na imutabilidade das espécies biológicas, o
Criacionismo, predominou no mundo ocidental até meados do século XIX. De acordo
com essa teoria, o número de espécies foi determinado no momento da criação
divina.
Posteriormente, com os novos avanços científicos, ganhou força a ideia
de que os seres vivos se modificavam ao longo do tempo, e que novas espécies
surgiam de espécies ancestrais que deixavam de existir, surgindo a base da
teoria evolucionista, o Evolucionismo.
Vale lembrar que o Criacionismo e o Evolucionismo procuram respostas
para a origem dos seres vivos, baseados em diferentes fundamentos. As
explicações atribuídas à criação divina sustentam-se em dogmas e verdades
consideradas inquestionáveis, enquanto as explicações baseadas em indícios
científicos são sustentadas por sucessivos testes e questionamentos, até o
momento em que algum novo indício conteste sua veracidade.
Os diversos testes aos quais foi submetida a teoria da evolução
biológica ainda não conseguiram refutar essas explicações para a origem da
vida.
De fundamentos antigos, porém, vem ganhando espaço em alguns países na
atualidade uma nova ideia para explicar o surgimento da vida em nosso planeta,
o Design Inteligente (DI). Essa ideia procura estabelecer uma relação entre
criacionismo e evolucionismo ao sugerir que a complexidade da vida somente é
possível graças à existência de um projetista consciente e articulador (um
criador), responsável pelo design inteligente da vida. Essa proposta abre
espaço para uma possível interferência extraterrestre na criação da vida, já
que, para essa ideia, não necessariamente Deus poderia ser o projetista. Tal como
o criacionismo, essa sugestão não se baseia em fatos concretos, o que vem
levantando novos conflitos entre as diferentes explicações para a origem da
vida.
Temática: Ideias Evolucionistas
(Lamarck e Darwin)
As ideais evolucionistas
Com o surgimento da ideia de que os seres vivos surgiam a partir de
espécies ancestrais as quais se modificavam ao longo do tempo, estabeleceu-se o
que se conhece como Evolucionismo ou Teoria evolucionista, que contrapõe o
Criacionismo.
Jean-Baptiste Antonie
Pierre Monet de Lamarck
Lamarck foi o primeiro naturalista a propor uma teoria baseada em
argumentos coerentes para explicar a evolução biológica, que posteriormente
ficou conhecida como lamarckismo. Em seu livro, Filosofia Zoológica, ele
sugeriu que os seres vivos surgiam por meio de transformações sucessivas de
formas mais primitivas, e estes primeiros surgiam da matéria não-viva,
modificando-se ao longo de incontáveis gerações, sempre evoluindo de organismos
mais simples aos mais complexos – culminando com a espécie humana.
Para explicar essa teoria, Lamarck sugeriu que certos órgãos corporais
desenvolviam-se quando muito utilizados e atrofiavam-se quando seu uso era
limitado. Desta observação, surgiu a lei do uso e desuso, que determinava que
as características adquiridas graças ao uso intenso ou pela falta de uso de
determinados órgãos poderiam ser transmitidas aos descendentes – lei da
transmissão de caracteres adquiridos. Ele acreditava que o desaparecimento de
uma espécie era causado graças a sua transformação em outra, e não porque era
extinta.
Podem-se citar alguns exemplos para ilustrar essas ideais. Bem, imagine,
então, uma serpente. Isso mesmo, uma serpente. Aquele réptil rastejante
adaptado a sobreviver em diferentes ambientes terrestres graças a sua
independência da água para a reprodução, lembra-se disso? Lamarck nos
explicaria que a ausência de membros inferiores nesses seres vivos seria
atribuída à falta de uso desses membros por seus ancestrais! Ou seja, a
adaptação a um modo de vida rastejante limitava o uso dos membros inferiores,
fazendo que, ao longo dos anos, fossem se atrofiando – lei do uso e do desuso.
Além disso, Lamarck completaria sua argumentação, explicando-lhe que essas
novas características adquiridas foram, então, passadas para os descendentes
que não mais necessitavam desses membros, originando assim as serpentes que
conhecemos – lei da transmissão dos caracteres adquiridos.
Mas nem tudo na ideia de Lamarck foi convincente. Sabemos atualmente que
a não utilização de certos órgãos pode levá-lo à atrofia, porém também se sabe
que essas características adquiridas ao longo da vida não são transmitidas aos
descendentes (um atleta que possui os músculos hipertrofiados, por exemplo, não
transmite essa característica física para seu descendente!). Contudo, o
evolucionista despertou a possibilidade de que as adaptações pelas quais passam
os seres vivos em relação ao ambiente se dariam ao longo de anos, eram
graduais, contínuas e extremamente lentas. Vale lembrar que, para o surgimento
das espécies, Lamarck acreditava que esta era espontânea – surgia da matéria
não-viva.
Charles Darwin
As ideais evolucionistas de Darwin surgiram fundamentalmente do seu
senso apurado de observação. Inglês e naturalista, ele embarcou em 1931 numa
viagem pelo mundo no navio Beagle, que durou aproximadamente 5 anos. Darwin
esteve na Austrália, na América do Sul e em vários arquipélagos tropicais,
porém foi em Galápagos – América Central - que suas observações tiveram maior
importância. O local é formado por pequenas ilhas áridas, onde o naturalista
encontrou uma fauna e flora que variavam ligeiramente de ilha para ilha,
diferindo também das observadas na América do Sul, o que contribuiu muito para
suas futuras proposições a respeito da origem da vida.
As observações de Darwin durante a viagem ainda lhe renderam
alguns anos de estudos, porém foi possível concluir algumas coisas. Antes de
mais nada, algo inquietava os pensamentos de Darwin: como as espécies semelhantes,
que supostamente haviam sido criadas como se apresentam hoje, – segundo o
criacionismo – foram colocadas em regiões de características também
semelhantes, e não dispersas pelo mundo? Bem, espécies da flora e fauna eram
semelhantes porque se originaram de ancestrais comuns e de continentes
próximos, porém em cada ilha, sofreram adaptações ao longo dos anos que lhes
permitiram sobreviver com sucesso naquela região, dada as particularidades de
cada ilha de Galápagos.
Contudo, a teoria proposta por Charles Darwin é alicerçada nas seguintes
constatações: que o potencial reprodutivo das espécies é grande quando
condições ambientais são favoráveis à espécie, e o tamanho das populações tende
a se manter em equilíbrio ao longo do tempo, e são limitadas por variantes
ambientais (alimento, predadores, parasitas etc.). As particularidades do
ambiente que as espécies habitam promovem as adaptações necessárias para que os
seres vivos possam explorar com sucesso os recursos naturais da região, além de
deixar seus descendentes. Os mais aptos a se adaptarem puderam transmitir seus
genes que determinam características relacionadas a essas aptidões, o que tende
a promover, ao longo do tempo, a permanência dos mais adaptados e que obtiveram
maior sucesso. Este último é conceito de seleção natural ou sobrevivência dos
mais aptos.
Darwin afirmou que a natureza, então, seleciona naturalmente os
indivíduos que possuem maior capacidade de se adaptarem às condições locais e
deixarem descendentes que também possuem essas aptidões. Por fim, sua
teoria vem sendo corroborada desde que publicou o livro On the origin of
species by means of natural selection – A origem das espécies – em 1829, dado o
progressivo avanço da ciência.
A partir destas primeiras hipóteses científicas é que se iniciou uma
busca por evidências que comprovassem a evolução biológica das espécies, tema
que será abordado em nossa próxima aula.
Não deixe de consultar novas fontes sobre as teorias evolucionistas e,
principalmente, sobre a grande contribuição feita por Charles Darwin nesse
sentido.
Temática: Evidências da Evolução
Biológica I
Como abordado anteriormente, as primeiras ideias evolucionistas
fomentaram uma série de investigações a fim de levantar o maior número de
evidências biológicas, que pudessem corroborá-las. Destas evidências, podemos
destacar a constatação da adaptação dos seres vivos ao ambiente onde vivem; as
semelhanças anatômicas, fisiológicas e bioquímicas entre as espécies; e o
documentário fóssil preservado durante milhares de anos.
Adaptação biológica
Este é um processo contínuo de adequação ao ambiente, que se apresenta
em todos os seres vivos. Lamarck já pressupôs que os organismos modificavam-se
ao longo do tempo a fim de se adaptarem ao seu habitat, fato justificado pela
seleção natural apresentada posteriormente por Darwin, no qual os seres vivos
mais adaptados alcançam o sucesso em seu ambiente.
A adaptação é uma forte evidência evolutiva e basta uma observação
atenciosa para verificarmos que características anatômicas, fisiológicas,
bioquímicas e comportamentais dos seres vivos, estão diretamente relacionadas às
características peculiares do ambiente que habitam, ao moldar seus estilos de
vida. O próprio Charles Darwin, em sua observação pela ilhas Galápagos, já
havia observado que as aves locais possuíam bicos adaptados a suas dietas
alimentares (sementes e grãos maiores ou menores, menos ou mais resistentes,
dispersos pelo chão ou dentro dos frutos etc.).
De um modo muito geral, sabe-se que as aves são adaptadas ao voo ao
possuírem estruturas que lhes permitem vencer a gravidade planando no ar; os
peixes são adaptados à natação, morfologicamente ajustados a se locomoverem na
água com extrema eficiência. Neste processo, a seleção natural possui uma
função determinante: é ela a responsável em manter os seres geneticamente mais
ajustados àquele ambiente, selecionando os indivíduos que passarão essas
características que lhes conferem vantagens sobre outros, para seus
descendentes.
Para facilitar essa compreensão, vamos a mais alguns exemplos
específicos:
Predadores são estrategistas e precisam estar
atentos e centrados na sua caça. Tendem a possuir os olhos centralizados,
objetivando um alvo. Um possível predador de topo de cadeia que não seja hábil
em sua caça está condenado a morrer, sem transmitir sua herança gênica.
Os seres vivos que não fazem parte do topo da cadeia alimentar,
como os herbívoros, também precisam estar atentos, mas aos predadores que
estrategicamente pretendem lhes dar o bote. Precisam de uma visão mais
periférica, e por isso possuem olhos mais lateralizados.
A camuflagem,
característica que confere aos indivíduos confundir-se com o ambiente, também é
uma adaptação destes para sobreviverem e vencerem a pressão imposta pela
seleção natural. Observe este inseto, que muito se assemelha ao vegetal onde
está, e pode ser facilmente confundido pelo seu predador natural com uma das
folhas verdes.
As semelhanças que seres vivos de espécie
diferentes compartilham podem trazer benefícios para ambos ou para um deles – o
mimetismo. Este recurso permite algumas espécies “driblar” a predação por se
parecerem com espécies maiores, ou que oferecem algum perigo para os predadores
locais. Veja o exemplo desta borboleta, que animal a imagem de suas asas lhe
recorda? Os grandes e ameaçadores olhos de uma coruja!
Evidências anatômicas da evolução
O estudo do
desenvolvimento embrionário tornou-se um vantajoso instrumento para que os
pesquisadores pudessem verificar que muitos seres vivos podem apresentar
formação das estruturas anatômicas muito semelhantes ou, até mesmo,
completamente distintas.
Você já se deu conta de
que os seres vivos, em geral, podem possuir estruturas semelhantes na sua
forma, porém adaptadas a funções distintas? Não? Então, lembre do formato das
asas de uma ave, e das nadadeiras peitorais de um golfinho. Parecem-lhe
semelhantes? Observe.
Logicamente,
sabe-se que apesar da semelhança nas estruturas, golfinhos não voam e aves não
estão adaptadas a nadarem com eficiência. Entre os seres vi-vos, encontramos
estruturas originadas de um ancestral próximo e semelhante, porém com funções
diferenciadas; e outras espécies que compartilham órgãos semelhantes, de mesma
função, porém que não possuem parentesco próximo. Vejamos como a biologia
evolucionista classifica essas características:
a) Estruturas
corporais ou órgãos homólogos – são aqueles que possuem origem embrionária
semelhante, determinando que há um ancestral comum e próximo entre essas
espécies. Apesar de homólogos, podem apresentar funções diferentes. Exemplos:
asa de um morcego adaptada ao vôo e a nadadeira de um golfinho adaptada à
natação; braço e mão humanos e as patas anteriores de um cavalo.
b) Estruturas corporais ou
órgãos análogos – são aqueles que possuem funções similares, porém nada
semelhantes em suas origens embrionárias, ou seja, não compartilham um
ancestral próximo comum. Exemplos: asa de um inseto e as asas de uma ave. A asa
do inseto corresponde a uma projeção do exoesqueleto de quitina, enquanto a ave
dispõe de asas com estruturas ósseas, musculares, recobertas por pele e penas.
Bem, resta ainda uma
dúvida. Como órgãos homólogos que tinham uma função determinada para um
ancestral comum podem, atualmente, exercerem funções diferentes nas espécies?
Mais uma vez a necessidade
de adaptação a um modo de vida nos responde esta questão. Mesmo tendo origem
semelhante, os organismos podem ter feito opções de vida distintas, dada à
pressão causada pela seleção natural. Desta forma, órgãos de origem semelhantes
foram se adaptando para que se adequassem a uma função mais específica. Essa
diversificação de órgãos homólogos, decorrente da adaptação a modos de vida
diferentes, é denominada divergência evolutiva.
Espécies de órgãos
análogos, que apareceram de forma independente ao longo da evolução, possuem
adaptações a modos de vida também semelhantes. Asas são para voar, por exemplo,
comprovando mais uma vez que o ambiente é determinante na morfologia do ser
vivo. É importante ressaltar que este fato não significa que todos os
organismos que voam possuam um ancestral próximo comum. A adaptação que leva
organismos pouco aparentados a desenvolverem estruturas e formas corporais
semelhantes é denominada convergência evolutiva.
Temática:
Evidências da Evolução Biológica II
Evidências fisiológicas da
evolução
Com toda certeza você já
ouviu falar do apêndice cecal. E do dente do siso? Que funções esses órgãos
possuem em nosso corpo? Essa é uma questão bastante intrigante e que pode
ser respondida pelo fantástico processo de evolução, mais precisamente pela
primeira lei proposta por Lamarck, a do uso e desuso. Como vimos anteriormente,
os organismos precisam se adaptar ao ambiente em que vivem, sendo, ao longo do
tempo, moldados para que se tornem os mais eficientes possíveis.
Esse processo de
especialização também está intimamente relacionado à economia de energia, que
pode estar sendo desperdiçada para a manutenção de uma estrutura corporal sem
função. Neste caso, o apêndice cecal e o dente do siso são dois exemplos
humanos de órgãos inutilizados ao longo da evolução, justamente pela falta de
uso - órgãos vestigiais, não apresentando função aparente.
Ao voltarmos na história
evolutiva, encontraremos ancestrais que se ali-mentavam de vegetais e que
possuíam uma extensão do intestino onde a digestão da celulose era possível
graças à associação com micro-organismos (como o dos atuais ruminantes), o
ceco. Sabe-se que o intestino de animais predominantemente herbívoros é
relativamente maior que o de carnívoros. Ao longo do tempo, a dieta dos
ancestrais humanos foi se modificando, não sendo mais necessária uma adaptação
para a digestão de grande quantidade de celulose, tornando-se a manutenção
deste prolongamento intestinal um gasto desnecessário de energia. O dente do
siso se justifica na necessidade de consumir alimentos crus, principalmente a
carne, que com a descoberta do fogo, passou a ser cozida. Com isso, a
necessidade de grandes caninos para rasgar o alimento e da grande quantidade de
molares para trituração tornou-se gradualmente desnecessária.
Nos seres vivos, em geral,
muitas são as evidências fisiológicas. A cauda das aves (coranchim), por
exemplo, corresponde à atrofia da cauda de seu ancestral réptil, como também
ocorreu com o osso cóccix no humano. Para a ave seria impossível o voo se
uma cauda tivesse sido mantida, e pouco parece útil uma cauda para nós,
humanos.
Evidências bioquímicas da
evolução
Recentemente as modernas
técnicas aplicadas à biologia estão trazendo novas evidências moleculares da
evolução, servindo para confirmar também vários dos indícios anatômicos e
fisiológicos que se têm conhecimento. Hoje, sabe-se que as proteínas produzidas
pelos organismos são constituídas pelos mesmos 20 tipos de aminoácidos, desde a
mais simples bactéria até o maior dos mamíferos. Mesmo sendo novas, estas
constatações nos mostram que o código genético, responsável pela produção de
todas as proteínas existentes nos organismos, vem sendo herdado pelos seres
vivos desde o primeiro modo de vida existente na terra.
A análise comparativa do
código genético entre algumas espécies constam em diferenças pouco
significativas quanto ao tamanho do seu mate-rial genético e da quantidade de
genes que realmente são expressos em proteínas específicas. Quer um simples
exemplo? As sequências de bases nitrogenadas que codificam uma proteína que
participa da coagulação sanguínea no cachorro e no ser humano correspondem em,
simplesmente, 91% de semelhança. Atualmente, programas de bioinformática e
bancos de genes podem facilmente analisar extensos fragmentos de genes e
com-parar seus graus de semelhança.
As evidências moleculares
e os avanços no estudo da hereditariedade levaram a ciência a dar novas interpretações
às primeiras teorias evolucionistas, tema que será abordado em nossas próximas
aulas.
Documentação fóssil
Vestígios deixados por
seres vivos que viveram no passado, como por exemplo, ossos, dentes, pegadas,
fezes petrificadas (coprólitos), e organismos inteiramente preservados no gelo,
em rochas, sedimentos ou âm-bar, são denominados fósseis. Do latim, fossilis
significa “tirado da terra”, esses vestígios são importantíssimas evidências de
que nosso planeta já fora habitado por organismos diferentes dos atualmente
existentes, sendo de grande importância para a dedução do tamanho e forma
desses seres, reconstituindo uma imagem bem próxima da real.
Após o processo de
decomposição que sucede a morte do organismo, vá-rios podem ser os processos de
fossilização: restos de sedimento podem cobrir as estruturas, compactar-se e
formar com o tempo rochas sedimentares, preservando-os. Esses fósseis chamados
moldes (Fig. 1) surgem da forma gravada na rocha pelo organismo, que ao longo
do tempo desapareceu. Por vezes, esses moldes ainda são preenchidos por
minerais, formando contramoldes.
Substâncias inorgânicas
como os minerais podem substituir gradualmente os espaços ocupados por matéria
orgânica, preservando os detalhes originais do organismo. Este processo é
denominado como petrificação ou permineralização.
Traços fósseis são marcas
ou pegadas (impressões, Fig. 2) deixadas por um organismo sobre sedimentos
moles, que posteriormente se enrijeceram. São encontrados também pequenos
organismos inteiros como insetos, aranhas, pequenos lagartos presos em resina
ou âmbar, segregados por árvores e intactos por anos (Fig. 3). Já foram
encontrados grandes animais sob o gelo no Ártico (www.uc.pt/fossil).
Processos para estimar a
idade dos fósseis
A descoberta de que esses
vestígios são importantes para evidenciar o processo biológico da evolução
permitiu um avanço na análise desses materiais, a fim de determinar a época na
qual habitaram a Terra. Veja um pouco dessa história:
1) Datação relativa – método
desenvolvido no século XIX com base nas idéias do geólogo William Smith
(1769-1839). Sabe-se que a deposição sucessiva de sedimento forma diferentes
camadas de rochas sedimentares, podendo-se concluir que as camadas inferiores
são as mais antigas.
Desta forma foi possível
relacionar a idade da rocha com os fósseis que ela preservava em seu interior.
O geólogo ainda sugeriu que alguns fósseis poderiam representar “marcas
registradas” das rochas em que ocorrem, denominados como fósseis guias. Esses fósseis
puderam permitir a comparação entre diferentes rochas de todo o mundo,
estabelecendo divisões do tempo geológico.
2) Datação absoluta
ou radiométrica – o desenvolvimento de métodos baseados na análise de elementos
radioativos, em meados dos anos 1950, permitiu verificar com precisão há quanto
tempo aquele vestígio fóssil se formou, por isso foi denominado como datação
absoluta. Sabe-se que elementos radioativos tendem a se desintegrar
transformando-se em outros elementos químicos, e que este processo segue taxas
constantes. Alguns elementos químicos apresentam isótopos radioativos, que são
variações do elemento quanto ao seu número de massa. Esses isótopos são instáveis
e seus núcleos emitem radiações eletromagnéticas e, com o passar do tempo,
transformam-se em isótopos do mesmo elemento ou de outros elementos químicos.
Este processo, conhecido como decaimento radioativo, pode ser usado como um
“relógio geológico”, pois cada elemento químico possui uma taxa constante para
o decaimento, denominado meia-vida. Este é o tempo em que metade dos átomos do
isótopo radioativo, presente em um vestígio fóssil, por exemplo, sofre
decaimento radioativo.
Vejamos um exemplo: a
meia-vida do isótopo 14C
é de 5.730 anos, o que significa que, a cada período de 5.730 anos, metade dos
átomos de 14C do
vestígio fóssil decai para 14N
(lembre-se que um elemento químico é classificado pelo seu número atômico – Z).
Com essas informações, é possível saber que se analisássemos uma amostra com
1000 átomos de 14C,
após 5730 anos teríamos 500 átomos de 14C
e 500 de 14N; passados
mais 5.730, teríamos 250 átomos de 14C
e 750 de 14N, e assim
por diante.
3) Datação
pelo carbono-14 – o desenvolvimento da técnica anterior permitiu um cálculo
mais preciso da idade dos fósseis e das rochas sedimentares e perceberam-se
algumas vantagens ao utilizar a medição pela quantidade de 14C. Sabe-se que a
proporção atmosférica de 12C
e 14C tende a se
manter relativamente constante ao longo do tempo, pois, mesmo com o decaimento
natural do 14C, este está
sempre se formando nas camadas altas da atmosfera, onde raios cósmicos
transformam 14N (7
prótons e 7 nêutrons) em 14C
(6 prótons e 8 nêutrons). Um fato importante é o de que organismos
fotossintetizantes utilizam na proporção atmosférica as quantidades desses
isótopos de carbono, o que garante que os seres vivos da cadeia alimentar
também apresentam em suas moléculas orgânicas uma proporção correspondente
desses isótopos à existente na atmosfera. Com sua morte, o ser vivo para de
incorporar novos átomos de carbono e os que já possui iniciam o lento processo
de decaimento radioativo natural, permitindo que a medição residual do 14C na amostra fóssil,
quando relacionada com a quantidade que deveria ser presente quando o organismo
era vivo (possibilitada pela estável proporção atmosférica), permita sua
datação.
A meia-vida do 14C é relativamente curta,
o que permite a datação de fósseis “novos” com menos de 50 mil anos.
Este conjunto de
evidências vem sendo corroborado pela biologia moderna, originando uma
adequação das primeiras ideias evolucionistas.
Temática: Teoria Moderna
da Evolução Biológica
Os primeiros conhecimentos
adquiridos pela humanidade sobre os mecanismos responsáveis pela
hereditariedade permitiram novas interpretações sobre as primeiras idéias
evolucionistas, principalmente as de Charles Darwin. Estas novas descobertas
vieram dar consistência às primeiras teorias, originando a teoria sintética ou
moderna da evolução. Sendo assim, hoje, é possível relacionar o conceito da
seleção natural proposta por Darwin, aos novos conhecimentos da genética que se
referem à di-versidade de características entre os seres vivos. Esta
reformulação leva em consideração alguns fatores responsáveis pelo processo de
evolução das espécies: a mutação gênica, a recombinação de genes e a seleção
natural, que rege as duas anteriores. Vamos discuti-las em particular.
Fatores evolutivos –
Mutação Gênica
Para o processo evolutivo,
as mutações gênicas podem conferir novas características aos indivíduos por
constituírem alterações de bases nitrogenadas do código genético, originando
novos genes alelos, que serão expressos em uma nova característica, benéfica ou
não. É nesta etapa que entra em ação a seleção natural, que se encarrega de
eliminar as mutações não-benéficas para a espécie, e preserva o conjunto de
mutações vantajosas que vem perpetuando-se durante a evolução biológica. Vale
lembrar que a evolução procura tornar os organismos cada vez mais especializados
ao seu ambiente e, uma vez que as mutações benéficas são indispensáveis para
que isso ocorra, é importante destacar que quanto mais especializado for o
organismo, mais limitado este indivíduo será ao sofrer novas mutações, pois
este está muito restrito a sobreviver em um habitat específico. Qualquer
mutação que ocorra tem, neste caso, grandes chances de ser maléfica para o
indivíduo.
Algumas mutações também
podem não alterar características fenotípicas dos organismos, pois a
codificação do material mutado pode levar a produção de um mesmo aminoácido,
conseqüentemente, não alterando a estrutura da proteína. E outros casos, a
simples substituição de uma base nitrogenada determina um códon responsável
pela codificação de um aminoácido errôneo, alterando toda a estrutura de uma
proteína e trazendo complicações metabólicas. A seleção natural, como
sempre, trata de re-solver o problema para que ele não se perpetue na espécie.
Mutações também podem
ocorrer com a deleção ou a adição de bases nitrogenadas, o que costuma
apresentar conseqüências muito mais drásticas que a substituição de bases. As
células do nosso corpo fazem constante replicação do material genético, o que
aumenta e muito o risco de substituição, adição ou deleção de bases
nitrogenadas; porém, nosso organismo possui enzimas especializadas em
identificar fragmentos de DNA alterados e eliminá-los.
Fatores evolutivos –
Recombinação Gênica
A reprodução sexuada
permite aos seres vivos a recombinação entre genes de uma mesma espécie,
principal fenômeno responsável pela diversidade de características entre eles.
O rearranjo de genes entre os pais é transmitido à descendência e, nos organismos
eucarióticos, esta recombinação ocorre durante a produção dos gametas, na
Meiose, por processos já vistos em aulas anteriores: a segregação independente
de cromos-somos e a permutação ou crossing over. A quantidade de combinações
possíveis entre cromossomos maternos e paternos e as diversidades nos tipos de
gametas aumentadas pelos processos de troca de fragmentos entre cromossomos
homólogos, maternos e paternos, aumentam e muito as probabilidades de se
possuir características fenotípicas diversificadas.
Isso está também
diretamente relacionado a certas habilidades e caracteres que lhes conferem
vantagens sobre outros da mesma espécie. Mais uma vez, aqueles que não as
possuem são alvos da seleção natural.
Fatores evolutivos –
Seleção Natural e Adaptação
Como citado anteriormente,
as mutações e a possibilidade de recombinação gênica são regidas pela seleção
natural, que permite àqueles que possuem DNA que lhes conferem características
aptas, o sucesso em seu ambiente. É ela que é responsável em eliminar os genes
que não permitem a presa ser eficiente durante a fuga do predador, a excluir o
indivíduo que não possui uma coloração adequada para confundir-se com o
ambiente, ou que possui uma visão deficiente para escolha da caça, ou o dono de
uma fraca musculatura que não lhe permite surpreender a presa etc. Esses são
alguns exemplos de como a natureza atua selecionando os organismos mais
adequados aos ambientes. Os que sobrevivem à pressão imposta transmitem seus
genes à descendência.
Contudo, sabemos que o nosso
planeta apresenta inúmeros ecossistemas, com características peculiares e que
exigem dos diferentes organismos uma série de especializações específicas para
que possam habitá-los.
Nesse território tão
dinâmico, a seleção natural também atua de diferentes formas, podendo ser
estabilizadora, direcional ou disruptiva. Vejamos cada uma delas:
1) Seleção
estabilizadora – esse tipo de seleção procura eliminar os genes que conferem
características fora dos padrões da espécie, favorecendo indivíduos médios. Por
exemplo: sabe-se que indivíduos homozigotos para o alelo da anemia falciforme
(ss), são muito anêmicos, morrendo quase sempre antes de se reproduzirem. É de
se imaginar que, por uma pressão natural, esses indivíduos tendem a diminuir na
população, porém, não é isso que acontece em locais onde a malária é uma doença
endêmica! Descobriu-se que os indivíduos heterozigotos (Ss) são mais
resistentes à malária do que os indivíduos homozigotos dominantes (SS).
Portanto, tem-se uma situação onde homozigotos dominantes são altamente
vulneráveis à malária, e homozigotos recessivos à anemia. Com isso, os
heterozigotos, mesmo portando o alelo recessivo da anemia falciforme, tendem a
ser maioria na população, conferindo, portanto, a média populacional.
2) Seleção direcional
– o surgimento de linhagens de bactérias resistentes a antibióticos e animais
resistentes a inseticidas são ótimos exemplos deste tipo de seleção, causada
por mudanças no ambiente que interferem diretamente naqueles organismos que não
possuem características fenotípicas adequadas para enfrentá-las. As alterações
inesperadas selecionam os indivíduos que estão mais bem adequados a suportar
uma variação ambiental, tornando-os, maioria absoluta na população; o que não
aconteceria se o ambiente estivesse em perfeitas condições ambientais. No caso
do uso de inseticidas, eles procuram eliminar os insetos que possuem genes mais
sensíveis à toxicidade, enquanto os mais aptos possuem genes capazes de
desenvolver resistência à droga.
3) Seleção
disruptiva – diferente da seleção estabilizadora, esta favorece os indivíduos
de características extremas, eliminando os indivíduos da mé-dia populacional.
Foram identificadas algumas populações de plantas que vivem próximas de minas
de chumbo ou zinco. Alguns vegetais se mostram muito adaptados a se
desenvolverem nessas pequenas regiões contamina-das, enquanto outros só crescem
no solo sem chumbo e zinco. O fato curioso é que as plantas que se desenvolvem
no terreno contaminado não crescem no solo não-contaminado. Ocorreu um processo
onde esses vegetais encontram-se estritamente adaptados aos dois tipos de solo.
Não existem organismos médios adaptados aos dois tipos de solo! Esse tipo de
seleção é capaz de diversificar uma população e acredita-se que possa ser
um dos fenômenos responsáveis pelo surgimento de novas espécies.
Seleção Sexual
Em diversas espécies,
machos procuram exibir suas qualidades para serem escolhidos pelas fêmeas,
perpetuando a espécie com seus genes. As fêmeas, por sua vez, procuram escolher
aqueles que possuem ótimas características, que possam ser herdadas pelos
futuros filhotes. Os mais fracos terão maior dificuldade de se reproduzirem, e
seus genes correrão o risco de serem eliminados da população. A corte,
realizada por diversos animais, é um caso particular de seleção natural.
Exemplos de
adaptações pela seleção natural
De modo geral os
organismos estão adequados aos ambientes onde vi-vem, porém sabemos que esses
locais podem sofrer algumas pequenas variações. Os organismos precisam também
estar adaptados à dinâmica do seu habitat para que não sejam excluídos pela
seleção natural. Um exemplo marcante é a camuflagem, pois ela permite ao
organismo que se confunda com o ambiente, enganando o predador ou a presa. Essa
foi uma adaptação desenvolvida por alguns seres vivos que possuíam os genes
aptos para lhe conferirem semelhança com o ambiente. Aqueles que não eram
eficientes foram desaparecendo.
Um exemplo contrário é o
da coloração de aviso. Outros organismos ao invés de camuflarem-se, possuem
cores vibrantes que os destacam no ambiente, sendo este um recurso para
sinalizar ao predador que possuem gosto desagradável e que podem ser tóxicos.
Predadores inexperientes são vítimas destas presas, beneficiando futuramente
toda a população em relação aos predadores.
Dentre esses exemplos, um
dos mais intrigantes é o mimetismo, que consiste na semelhança que duas
espécies podem possuir, conferindo vantagem para uma ou para ambas. Neste caso
uma espécie pode obter vantagens ao assemelhar-se com outra tóxica, por
exemplo. Este tipo de adaptação ocorre muito em borboletas. A cobra coral, que
é extremamente peçonhenta, possui uma espécie mimética, conhecida como
falso-coral, que muitas vezes é evitada pelos predadores que acreditam que esta
seja mortal.
Bem, estamos chegando ao
fim dos nossos estudos sobre evolução biológica.
Temática: Bases Genéticas
da Evolução Biológica – A Genética de Populações
Vimos que os organismos de
uma mesma espécie possuem características variadas graças às mutações e a
recombinação de genes já existentes, que são selecionados naturalmente,
modificando a composição gênica das populações ao longo do tempo. Serão essas
mudanças causadas por esses fatores evolutivos da teoria moderna da evolução,
que abordaremos nestas duas últimas aulas.
Frequências Gênicas nas
Populações Biológicas
A análise do comportamento
gênico em uma população torna-se importante para verificarmos se existe ou não
equilíbrio nas frequências entre os alelos de uma determinada característica, o
que permite evidenciar processos evolutivos que possam estar atuando sobre um
grupo de organismos.
Para exemplificar melhor,
vamos supor um estudo a ser realizado em uma população com 1000 indivíduos. Se
para uma determinada característica 360 forem homozigotos dominantes (AA),
160 homozigotos recessivos (aa) e 480 heterozigotos (Aa), teríamos nesta
população um total de 2000 alelos, certo? Um par para cada indivíduo!
Bem, neste caso é possível
verificarmos a freqüência do alelo “A” e do alelo “a” nesta população. Vejamos
a quantidade desses alelos:
Para encontrar a freqüência, basta dividir o
valor existente do alelo na população com o número total de alelos. Nesta
população existem 2000 alelos, sendo que 1200 deles são “A”. Dividindo 1200 por
2000 temos 0,6 ou f(A) (60%).
Conclui-se, portanto, que
uma simples equação matemática pode deter-minar essas frequências quando se tem
acesso ao genótipo de todos os indivíduos de uma população:
f(A) +
f(a) =
1 (100%)
Equilíbrio gênico
Este é um princípio
proposto por Godfrey H. Hardy e Wilhem Weinberg que afirma que uma população
muito grande, no qual todos os cruzamentos sejam possíveis de acordo com as
leis da probabilidade e, em que o cruzamento de indivíduos de diferentes
genótipos ocorra ao acaso, sem preferências; tende a permanecer em equilíbrio
gênico, onde seus ale-los não sofrem alterações ao longo das gerações. Esse
princípio parte do pressuposto que não estejam ocorrendo mutações, seleção ou
migração (adequação a novos ambientes) nesta população.
Desta forma, é possível
prever em populações onde há equilíbrio gênico as probabilidades de se formarem
indivíduos AA, Aa ou aa, pois a pro-babilidade de gerar um indivíduo aa, por
exemplo, é igual ao produto das freqüências com que ocorrem esses tipos de gametas,
que como visto anteriormente, é possível quantificar. Vejamos matematicamente
como ficaria este exemplo:
f(a) x
f(a) =
0,4 x 0,4 = 0,16 ou 16%
Para que isso ocorra é
preciso que um gameta masculino “a” fertilize um gameta feminino também “a”.
Segundo nossos cálculos iniciais, nesta população, esses alelos ocorrem em uma
freqüência de 40%.
Calculando as outras
frequências:
f(A) x
f(a) +
f(A) x
f(a) =
0,6 x 0,4 + 0,6 x 0,4 = 0,48 ou
48%
f(A) x
f(A) =
0,6 x 0,6 = 0,36 ou 36%
Conclui-se uma próxima equação
matemática que nos permite verificar se esta população encontra-se em
equilíbrio gênico, onde a freqüência de indivíduos “AA” é representada por p2,
a de indivíduos “aa” por q2, e a de heterozigotos “Aa” por 2pq,
portanto:
p2 + 2pq + q2 = 1 ou 100%
Aplicando ao nosso
exemplo:
0,36
+ 0,48 + 0,16 = 1 ou 100%
Verifica-se que a
população suposta encontra-se em equilíbrio gênico.
O princípio de
Hardy-Weinberg nos permite, portanto, identificar eventuais interferências dos
fatores evolutivos que desequilibram a freqüência de alelos de uma população.
Basta vermos agora quais fatores são esses.
Fatores evolutivos e o
equilíbrio gênico
Vimos que a mutação é a
substituição, deleção ou adição de bases nitrogenadas no DNA que, por
conseguinte, pode alterar um alelo “A” para “a”, por exemplo, modificando assim
as frequências desses alelos em uma população. Porém, a pressão imposta pela
seleção natural é a principal responsável pelo desequilíbrio gênico das
populações, alterando a composição gênica dos indivíduos a fim de manter os
mais adaptados, ou seja, os genes mais adequados.
Outro fator responsável
por afetar a composição gênica dos organismos é a migração. Indivíduos de um
grupo em equilíbrio que migram para outras populações poderão interferir na
freqüência dos alelos da mesma. Se um pássaro, por exemplo, dotado de um bico
mais alongado migrar para um grupo de pássaros com bicos um pouco mais curtos,
poderá contribuir com este alelo responsável pela característica do bico
alongado, desequilibrando as frequências de alelos.
Em outros casos, o número
de indivíduos de uma população pode não ser suficiente para representar
geneticamente toda a população. Isso pode acontecer quando desastres ambientais
ocorrerem, eliminando certos alelos e, em contrapartida, aumentando a freqüência
de outros. Este fenômeno, denominado como deriva gênica, também costuma ocorrer
na formação de novas populações, que com o passar do tempo podem apresentar
frequências gênicas completamente diferentes da população das quais se
originaram.
Imagino que com todas
essas informações você já tenha percebido o quanto o conhecimento científico
nos permite afirmar atualmente que a evolução biológica é um fato. Para
encerrar nossos estudos, conheceremos o processo de formação de novas espécies
biológicas e veremos que os fatores evolutivos apresentados continuam atuando
na história evolutiva.
Temática: A Origem de Novas
Espécies
Antes de iniciarmos a aula de hoje é importante recordarmos o conceito
de espécie. Ernst Mayr, em 1942, propôs uma definição para espécie que é
adotada até hoje, com devidas restrições.
“Espécie é um grupo de populações cujos indivíduos são capazes de se cruzar
e produzir descendentes férteis, em condições naturais, es-tando
reprodutivamente isolados de indivíduos de outras espécies.”
Linneu foi o pioneiro em utilizar o termo “espécie” para os conjuntos de
seres vivos de grandes semelhanças físicas de padrões morfológicos
característicos a todo o grupo. Porém, partir de uma simples análise
morfológica torna difícil determinar qual deve ser a semelhança mínima para
estabelecer dois indivíduos em uma mesma espécie, por exemplo.
Ao compararmos as definições acima, percebe-se que a proposta de Linneu
leva em consideração as características semelhantes, enquanto a de Ernst coloca
como critério a possibilidade de reprodução com a geração de indivíduos
férteis. O fato é que esta última também possui limitações, pois não se leva em
consideração organismos que se reproduzem assexuadamente, como as bactérias,
por exemplo, e que mesmo assim podem trocar material genético. A classificação
dos organismos em uma espécie deve utilizar parâmetros morfológicos,
fisiológicos, bioquímicos e genéticos para identificar com maior precisão
possíveis relações de parentesco entre os indivíduos.
Contudo, a definição de Ernest é ainda a adotada para explicar o
possível surgimento de novas espécies. Levando isso em consideração, pode-se classificar
uma espécie biológica como:
·
uma unidade reprodutiva, onde seus membros cruzam entre si mas não
copulam com membros de outras espécies;
·
uma unidade ecológica, que consiste em um grupo de características
próprias, que mantém relações bem definidas com seu ambiente e com as outras
espécies que nele vivem;
·
uma unidade genética, que possui patrimônio genético característico, e
que não o mistura com o de outras espécies enquanto em condições normais.
O primeiro passo para a formação de uma nova espécie pode ser dado com o
surgimento de subespécies, que são populações de uma mesma espécie que diferem
em características mínimas. Geralmente são causa-das por isolamentos
geográficos impostos no ambiente, o que dificulta o cruzamento desses
indivíduos em ambiente natural (em cativeiro quase sempre o cruzamento é
possível). Isso leva esses grupos a irem se modificando ao longo do tempo, não
mais compartilhando genes e podendo se tornar tão diferentes a ponto de
formarem novas espécies. A especiação ocorre conforme o acúmulo de mutações e a
seleção natural de diferentes combinações gênicas mais adaptadas aos seus
ambientes. Esse processo causado por isolamento geográfico entre as espécies,
formando subespécies é denominado irradiação adaptativa.
O processo de especiação
Especiação consiste no processo de formação de novas espécies de se-res
vivos. Levando em consideração que as espécies surgem de outra ancestral,
podemos classificar esse processo em: especiação alopátrica e simpátrica.
·
O primeiro passo para a formação de uma nova espécie de forma alopátrica
é o isolamento geográfico, impossibilitando o cruzamento entre indivíduos da
população. Com isso, quaisquer mutações e adequações ao ambiente que ocorrerem
não será partilhado com os indivíduos isolados, e a seleção natural começa a
atuar de forma particular nos dois grupos. Com o passar do tempo, essas
populações podem se tornar tão diferentes geneticamente que não é mais possível
o cruzamento produzindo seres férteis entre os dois grupos, alcançando então o
isolamento reprodutivo, entre as espécies diferentes.
·
Diferentemente da especiação alopátrica, onde os indivíduos
diferenciam-se em ambientes geográficos diferentes, a especiação simpátrica
ocorre sem qualquer isolamento geográfico. Você se recorda do exemplo sobre as
plantas adaptadas a sobreviverem no solo contaminado, e no não-contaminado?
Elas habitavam a mesma região, porém possuíam adaptações extremas causadas por
uma seleção disprutiva. Acredita-se que esse tipo de seleção seja responsável
por alterar significativamente os genes de indivíduos de uma mesma espécie que
possuam características extremas, até que não se enquadrem mais em um mesmo
grupo. Mutações cromossômicas ocorridas em algumas espécies, como os vegetais,
produzindo gametas diploides e organismos tetraploides também são eventos
capazes de originar uma nova espécie de forma simpátrica.
O processo de deriva gênica que vimos na aula anterior também pode levar
a formação de novas espécies.
Isolamento reprodutivo
Dado o conceito de espécie proposto por Ernst, a formação de uma nova
espécie se finaliza com o isolamento reprodutivo entre os grupos, impedindo a
troca de genes. Este isolamento pode ocorrer em diferentes formas, em processos
que antecedem a fertilização e a formação do zigoto, chamados de pré-zigóticos
ou que sucedem a formação do zigoto, denomina-dos pós-zigóticos. Vejamos alguns
exemplos desses processos:
1) Processos pré-zigóticos
Isolamento de habitat – algumas espécies não costumam reproduzir por-que
seus habitats são diferentes na natureza, não oferecendo chances de encontro.
Por vezes até pode ser possível a reprodução com a produção de organismos
férteis em cativeiro, mas na natureza o encontro desses seres vivos torna-se
impossível para que isso aconteça.
Isolamento sazonal ou estacional – períodos reprodutivos diferentes
também limitam o cruzamento entre indivíduos de espécies diferentes.
Um bom exemplo é a reprodução de vegetais, onde diferentes plantas
florescem em épocas distintas do ano.
Isolamento etológico ou comportamental – a corte realizada pelos animais
segue padrões comportamentais que são diferentes entre as espécies. Aquele que
não corteja a fêmea de forma correta com a espécie, não consegue se reproduzir.
Esta característica também limita o cruzamento entre espécies diferentes.
Isolamento mecânico – por vezes a diferença de tamanho ou forma dos
órgãos copuladores impossibilita o cruzamento entre espécies diferentes, pois
não existe compatibilidade entre seus órgãos genitais.
2) Processos pós-zigóticos
Podem acontecer situações em que ocorre a cópula, a fertilização e a
for-mação do zigoto, porém este não consegue se desenvolver, o que chama-mos de
inviabilidade do híbrido. Em outro caso pode ser originado um organismo híbrido
perfeito fisicamente, porém estéril, de gônadas anor-mais e meiose para
produção de gametas comprometida – esterilidade do híbrido. Outro caso ocorre
quando a primeira geração de híbridos entre diferentes espécies F1 é
fértil, porém a geração seguinte F2 é debilitada ou estéril – deterioração de F2.
Infelizmente chegamos ao término de nossas aulas sobre o processo
de evolução biológica. Torna-se importante ressaltar que, como em toda
natureza, os seres vivos priorizam a economia de energia durante seus ciclos de
vida. Estruturas pouco utilizadas, sem função aparente, e de grande gasto
energético tendem a ser eliminadas ou pouco aproveitadas. O processo evolutivo
também acompanha essa necessidade de economizar a energia adquirida e se mantém
atuando na natureza. A pressão imposta pela seleção natural, de forma
particular nos inúmeros ambientes existentes na Terra, é a responsável por dar
rumo a esse processo inacabável.
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