terça-feira, 11 de dezembro de 2012
A T. E. quem diria: Ressucitou Lamarck
Genoma e impacto do ambiente abrem novos rumos para teoria da evolução
Publicação de 'A Origem das Espécies' completa 150 anos nesta terça (24).
Leia reportagem 'O que nem Darwin imaginava', da revista 'Unesp Ciência'.
Leia reportagem 'O que nem Darwin imaginava', da revista 'Unesp Ciência'.
O G1
celebra os 150 anos da publicação de "A Origem das Espécies", de
Charles Darwin, publicando reportagem de capa da revista "Unesp Ciência "
( clique aqui para ter acesso ao conteúdo completo da edição). Leia a íntegra abaixo:
Talvez a mudança mais conceitual proposta pelas novas pesquisas seja sobre o papel do ambiente no processo evolutivo. Em vez de atuar como mero filtro sobre as características, como proposto por Charles Darwin, o ambiente teria o poder de causá-las (Foto: RIA Novosti/AFP)
Neste novembro as comemorações do bicentenário de nascimento de Charles Darwin (1809-1882) atingem seu ponto máximo. Foi neste mês, há 150 anos, que ocorreu a publicação da primeira edição de "A Origem das Espécies", o livro que inscreveu o naturalista no hall dos grandes gênios da ciência.
Embora
ninguém questione a grandiosidade do feito intelectual de Darwin –
afinal, conceitos como adaptação, evolução e seleção são alguns dos
fundamentos da biologia moderna –, são cada vez mais expressivas as
vozes que defendem que "A Origem..." não é a última palavra na tentativa
de explicar os mecanismos pelos quais a vida se reinventa e se
diversifica. Observações feitas em novas áreas de investigação, como a
genômica e a epigenética, não encontram paralelo no pensamento de
Darwin. E há quem proponha que talvez seja necessária uma nova revolução
conceitual na biologia.
"Antes
da genômica, havia poucas formas de pesquisar a evolução
experimentalmente. Ficava-se restrito ao estudo de fósseis, a
experimentos de reprodução dirigida e a pouca coisa mais"
Na
verdade, o que se ensina hoje sobre evolução já é uma versão expandida e
melhorada do pensamento do naturalista inglês. Darwin não conhecia, por
exemplo, o trabalho do monge austríaco Gregor Mendel (1822-1884),
apesar de eles terem sido contemporâneos.
Foi
somente no início do século 20 que biólogos do Ocidente tiveram contato
com os estudos de Mendel sobre hereditariedade, o que levou ao conceito
de gene e ao surgimento da genética. A fusão das ideias propostas pelos
dois pensadores começou a ser elaborada na década de 1930 e recebeu o
nome de Síntese Evolutiva ou neodarwinista. Em suas elaborações, os
biólogos neodarwinistas reservaram para o gene um lugar central.
Mutações
na sua estrutura levariam ao aparecimento da grande diversidade de
características dos seres vivos, sobre as quais atua a seleção natural. A
maior ou menor vantagem adaptativa conferida ao organismo por uma
mutação resultaria na variação da frequência da mutação em uma
população. Traços como o comportamento social e cooperativo em insetos,
animais e até em humanos seriam apenas esforços dos organismos para
assegurar a transmissão de suas fitinhas de DNA, mantendo elevadas as
frequências daqueles genes.
Essa
visão, que muitos taxaram de “genecêntrica”, foi radicalizada pelo
inglês Richard Dawkins, que afirmou nos anos 1970 que a preservação das
sequências de bases nitrogenadas “é a razão última de nossa existência”,
e que todos os organismos são só grandes “máquinas de sobrevivência” do
próprio material genético.
Papel dos genes
Provêm
justamente do estudo dos genes – mais especialmente da genômica, a
disciplina que estuda os mecanismos do genoma (o conjunto de genes) – as
novidades que estão pondo em xeque algumas das ideias mais tradicionais
sobre evolução. “Antes da genômica, havia poucas formas de pesquisar a
evolução experimentalmente”, lembra Ney Lemke, professor do Instituto de
Biociências da Unesp de Botucatu e pesquisador na área de redes
biológicas. “Ficava-se restrito ao estudo de fósseis, a experimentos de
reprodução dirigida e a pouca coisa mais.”
Hoje
há várias formas de observar em tempo real o processo de variação e
seleção que leva ao surgimento de novas variedades de organismos, como
exemplifica o pesquisador. “Alguns experimentos cultivam colônias de
bactérias tipo Escherichia coli [comumente encontrada no
intestino humano] em laboratório por décadas, monitorando o aparecimento
das mutações no genoma e as consequências que elas acarretam para as
sucessivas gerações. Isso permite acompanhar a evolução passo a passo e
testar modelos para refutá-los ou confirmá-los. A pesquisa sobre
evolução passa de um debate qualitativo e abstrato para o âmbito da
avaliação quantitativa.”
A
pesquisa genômica abriu os olhos dos pesquisadores para uma série de
fenômenos de cuja existência nem Darwin nem seus seguidores suspeitavam.
São mecanismos como a transmissão horizontal de genes (THG), que
consiste na troca de sequências de bases e de pedaços inteiros de genoma
entre seres tão diferentes como vírus, bactérias, plantas e animais,
incluindo o homem. Ou a metilação de DNA, que permite que indivíduos
portadores das mesmas características genéticas apresentem aspectos bem
diferentes.
Alguns geneticistas estão repensando até a própria definição de gene
Também
surpreendem as grandes diferenças de arranjos na estrutura do genoma
que podem ser observadas em espécies que, evolutivamente falando, são
muito próximas. E, como se não bastasse todo esse movimento, alguns
geneticistas estão repensando até a própria definição de gene.
Quando o Projeto Genoma Humano foi iniciado, em 1990, acreditava-se que ele traria a chave para a compreensão do Homo sapiens.
“Na época havia a crença de que a maior parte dos genes se destinava a
codificar proteínas. Por isso, uma vez descoberto esse código,
esperava-se que seria possível prever o desenvolvimento do indivíduo”,
explica Gustavo Maia Souza, professor-colaborador da Unesp de Rio Claro.
Ao
longo dos anos 1990 foram anunciadas descobertas de genes supostamente
responsáveis por originar as mais diversas características, do
alcoolismo à homossexualidade. O projeto chegou ao fim em 2003, e até
2008 resultados mais acurados continuavam sendo divulgados.
Mas,
ao longo desses anos, uma reviravolta aconteceu. Em vez dos cerca de
100 mil genes estimados, os biólogos encontraram menos de 30 mil.
Descobriu-se que mais da metade não codificava nenhuma proteína, sendo
por isso batizada de “DNA lixo”. E mesmo a parte “funcional” do genoma
se comportava de modo estranho, com alguns genes se mostrando capazes de
codificar mais de uma proteína.
Hoje
sabemos que até a posição do gene pode influenciar sua capacidade de
dar origem a uma proteína. E que o tal do DNA lixo tem o poder de
regular os mecanismos de síntese proteica, estabelecendo os momentos e
circunstâncias em que ela vai ocorrer.
“Hoje
os geneticistas falam na ação combinada de dezenas ou centenas de genes
que interagem simultaneamente para afetar a expressão de uma única
característica”, escreve a bióloga israelense Eva Jablonka em seu livro
"Evolution in four Dimensions". “Ficou para trás a época em que o genoma
era visto como uma biblioteca de genes individuais – unidades autônomas
que produzem sempre o mesmo efeito. E se o genoma é um sistema
organizado, em vez de apenas uma coleção de genes, então o processo que
gera variação pode ser uma propriedade do próprio sistema, que é
regulada e modulada pelo genoma e pela célula”, diz ela.
Árvore redesenhada
Tais
descobertas estão sendo lentamente assimiladas ao repertório de noções
sobre evolução. Uma das primeiras formulações esboçadas é uma crítica à
chamada “árvore da vida” – o clássico gráfico que o inglês esboçou para
explicar seu pensamento. Acontece que a colocação das espécies distintas
em “galhos” divergentes sugere uma transmissão de genes apenas da
espécie ancestral para a sucessora, pressupondo um isolamento entre os
organismos que não é compatível com o que sabemos agora a respeito da
troca horizontal de genes.
"A imagem da árvore ficou comprometida. Mais adequado é imaginar uma figura onde os vários galhos estejam ligados uns aos outros"
“Com
certeza, no primeiro bilhão de anos após o surgimento da vida, a
transferência horizontal de genes era algo muito frequente entre os
seres vivos”, explica Aldo Mellender, geneticista e professor de
História das Ideias sobre Evolução Biológica na Universidade Federal do
Rio Grande do Sul. “E mesmo hoje continua havendo grande troca de
material por essa via”, diz. “Fenômenos como o aumento de resistência
entre bactérias do tipo E. coli se devem à capacidade que elas têm de trocar genes entre si”, complementa Lemke.
“A
transmissão horizontal de genes implica que certas características de
um organismo são oriundas de outras espécies que vivam no mesmo
ambiente. A ideia da árvore da vida não se sustenta”, diz. Mellender
concorda: “A imagem da árvore [original] ficou comprometida. Mais
adequado é imaginar uma figura onde os vários galhos estejam ligados uns
aos outros.”
Outro
conceito visado é o de que as transformações nos organismos são
gradativas. Em sete oportunidades, Darwin escreveu que "natura non facit
saltum" (a natureza não dá saltos). Os seres vivos passariam por
pequenas mudanças. Se elas conferissem alguma vantagem adaptativa,
seriam acumuladas ao longo do tempo, e o processo eventualmente levaria
ao surgimento de novas espécies.
Essa
perspectiva foi questionada ainda no século 19 por ninguém menos do que
T. H. Huxley, na época o mais destacado defensor das ideias de Darwin.
Mas no século 20 o gradualismo foi abraçado pela síntese neodarwinista.
Apesar de proporem algumas mudanças aos preceitos de Darwin e seus seguidores, as críticas não dão suporte aos adversários do evolucionismo, como os adeptos do criacionismo. Pelo contrário, elas reforçam as previsões da seleção natural (Foto: Collection Roger-Viollet/France Presse)
Somente
nos anos 1970 o paleontólogo americano Stephen J. Gould (1941-2002)
chamaria a atenção para o fato de que há poucos fósseis que retratam a
transição entre espécies. Ele procurou formular uma nova teoria,
denominada Equilíbrio Pontuado, que sugere que o surgimento de novas
espécies ocorre de forma mais rápida. Hoje o argumento fóssil de Gould é
complementado pelas evidências genômicas.
A
transmissão horizontal faz com que alguns seres vivos subitamente
incorporem ao seu genoma genes inteiros de uma espécie diferente.
“Também são comuns episódios onde se vê toda a reorganização da
estrutura de DNA de um organismo”, diz Lemke. “A evolução embaralha o
genoma, reorganiza, faz rearranjos complexos que podem ser comparados a
saltos. É um processo muito maior do que só o acúmulo de pequenas
mutações”, complementa.
Mellender
afirma que mesmo a síntese neodarwinista já falava na possibilidade de
eventos rápidos de especiação. E a genômica só tem reforçado a
possibilidade. “Um exemplo que vemos de salto é o fenômeno da
poliploidia entre os vegetais”, explica. Ele cita o trigo. Os ancestrais
da planta tinham 14 cromossomos. Nas gerações seguintes, por problemas
de divisão celular e hibridizações, acabaram surgindo indivíduos com 42
cromossomos, configurando uma espécie nova.
Talvez
a mudança conceitual mais significativa esteja no papel desempenhado
pelo ambiente no processo de evolução. Para Darwin, as condições
ambientais atuariam como uma peneira sobre os seres vivos em perpétua
transformação, favorecendo algumas características surgidas e
descartando outras. Mas os estudos em epigenética têm mostrado que, além
de selecionar modificações em organismos, os fatores ambientais têm o
poder de causá-las.
Um
dos primeiros defensores desta ideia foi o biólogo inglês Conrad
Waddington (1905-1975), que cunhou o termo epigenética. Em série de
experimentos feitos nos anos 1940, ele expôs larvas de moscas drosófilas
a elevadas temperaturas. Como resultado do choque térmico, 40% das
moscas, ao se tornarem adultas, demonstravam uma diferença na aparência:
não apresentavam mais o característico desenho de veias nas asas.
Waddington então fazia com que as moscas com a modificação cruzassem
entre si, e submetia a prole ao mesmo tratamento de exposição ao calor. A
seguir, repetia o processo de selecionar os espécimes sem sinais de
veias e de fazê-los cruzar entre si.
O
resultado é que, em cada etapa, crescia o número de indivíduos que,
embora possuíssem a configuração genética para tal, não exibiam veias.
Em menos de 20 gerações, eles chegaram a constituir 90% da população.
Mais impressionante foi constatar que, a partir da 14ª geração, algumas
moscas começaram a apresentar a modificação sem nem passarem pela
exposição ao calor. Apenas pelo cruzamento, o biólogo obteve uma
população com quase 100% dos indivíduos sem marcas nas asas. Em outras
palavras, um traço adquirido havia sido assimilado e incorporado pelo
mecanismo de hereditariedade, sem que houvesse mutações nos genes. Há
ocorrências disso inclusive em humanos.
“Reabilitação” de Lamarck
Essas descobertas de certo modo reabilitam ideias do francês Jean Baptiste de Lamarck (1744-1829), que afirmava que características adquiridas por indivíduos em suas interações com o ambiente podiam ser transmitidas à prole. Ele propunha, por exemplo, que girafas têm pescoço comprido porque seus pais tiveram de se esticar para alcançar alimento nas árvores. Quando Darwin propôs que o ambiente era apenas uma instância de seleção de variações, Lamarck foi posto de escanteio.
Essas descobertas de certo modo reabilitam ideias do francês Jean Baptiste de Lamarck (1744-1829), que afirmava que características adquiridas por indivíduos em suas interações com o ambiente podiam ser transmitidas à prole. Ele propunha, por exemplo, que girafas têm pescoço comprido porque seus pais tiveram de se esticar para alcançar alimento nas árvores. Quando Darwin propôs que o ambiente era apenas uma instância de seleção de variações, Lamarck foi posto de escanteio.
"Até
recentemente a afirmação de que variações adquiridas poderiam ser
herdáveis constituía uma heresia grave que não deveria ter lugar na
teoria evolutiva"
O
pensamento neodarwinista estabeleceu uma profunda separação entre os
processos internos que geram o organismo e o mundo exterior. Reunir
esses dois elementos é o desafio para os teóricos da evolução do século
21, que poderiam, num gesto surpreendente, adaptar algumas das ideias
lamarckistas para a era genômica. “É possível que existam mecanismos
lamarckistas que permitam a herança de mudanças genômicas induzidas por
fatores ambientais. Mas até recentemente a afirmação de que variações
adquiridas poderiam ser herdáveis constituía uma heresia grave que não
deveria ter lugar na teoria evolutiva”, escreve Eva Jablonka.
“Para
o neodarwinismo, o organismo era um sistema fechado. Tudo o que
acontecia nele era decorrência de um código informacional, o genoma”,
diz Gustavo Maia Souza. “A epigenética abre o sistema, pois reconhece
que os seres vivos, mesmo possuindo uma base genética, dependem também
do contexto ambiental. O contexto onde aquele genoma está vai refletir
em leituras distintas daquela informação.”
"Talvez
por fruto da herança de Darwin, tenhamos dado ênfase demais a uma visão
do ambiente agindo apenas como um filtro. Não está sendo fácil aceitar
que ele possa ter um papel muito mais importante do que se pensava
anteriormente"
Souza
acredita que as novas descobertas irão fazer crescer na biologia os
estudos de sistemas complexos, justamente o tema da disciplina que ele
ministra em Rio Claro. “Os estudos em epigenética chegam a ser
revolucionários”, avalia Mellender. “Estão trazendo uma evidência tão
forte que é difícil negar. Talvez por fruto da herança de Darwin,
tenhamos dado ênfase demais a uma visão do ambiente agindo apenas como
um filtro. Não está sendo fácil aceitar que ele possa ter um papel muito
mais importante do que se pensava anteriormente.”
Para
Souza, a mudança que se avizinha deverá ser ainda maior. “O pensamento
clássico via os genomas como sistemas fechados, é determinista e
reducionista: tal gene gera tal proteína”, diz. “A epigenética mostra
que os sistemas biológicos, mesmo tendo uma base genética, são
dependentes do contexto ambiental.” Com base nisso, ele defende a adoção
de uma descrição dos organismos na qual eles sejam vistos como sistemas
auto-organizados, de modo que a variabilidade de características dos
seres vivos não se deveria à aleatoriedade, mas a propriedades
físico-químicas intrínsecas dos organismos.
Ponto contra o criacionismo
É
importante ressaltar que tais propostas de revisão crítica das ideias
de Darwin em nada beneficiam adversários do pensamento evolucionista
como os adeptos do criacionismo ou do Design Inteligente. Muito pelo
contrário. Mellender explica que um dos argumentos do DI é que fenômenos
como o movimento dos flagelos em micro-organismos se baseiam em
interações moleculares tão complexas que não poderiam ter se formado
gradualmente. Já teriam surgido “prontos”. Dá-se a este argumento o nome
de complexidade irredutível.
"Essa
nova variante da gripe suína, por exemplo, surgiu da recombinação de
três espécies anteriores de vírus, através de um mecanismo que décadas
atrás a gente nem sequer suspeitava que existisse"
Mas
pesquisadores da genômica já conseguiram formar redes de interação
metabólicas altamente complexas, envolvendo mais de 20 mil proteínas. E
elas foram formadas por pequenos acréscimos e perdas, exatamente da
maneira prevista pelo princípio da seleção natural.
Lemke
diz que mesmo a nossa visão sobre o funcionamento dos flagelos mudou.
“A genômica mostra de forma bastante clara que esse processo ocorreu ao
longo de muito tempo. Temos inclusive uma ideia dos passos evolutivos.
No caso da E. coli, por exemplo, podemos mostrar que as
proteínas que compõem o flagelo ocorrem em outras espécies de bactérias,
em muitos casos com funções levemente diferentes”, explica. “A ideia de
complexidade irredutível não encontra comprovação empírica”, diz
Mellender.
Há
quem sustente, porém, que nenhuma grande revisão da síntese
neodarwinista seja necessária, pelo menos por enquanto. É o que pensa
Guaracy Rocha, coordenador do curso de Ciências Biológicas da Unesp em
Botucatu, que há 20 anos ministra a disciplina de evolução. “A essência
do pensamento darwinista consiste em afirmar que os organismos se
modificam, que essas modificações acontecem por um processo de seleção
que atua entre as diversas variantes e que essas variações não ocorrem
com fins específicos. Nada disso é contestado pelas descobertas feitas
na genômica e na epigenética”, diz.
Quanto
à árvore da vida, Rocha concorda que a imagem não mais representa o
conhecimento que temos hoje, embora ressalte que ela traduzia, e bem, o
que se sabia na época em que foi proposta. Ele acredita que a principal
contribuição trazida pelas pesquisas efetuadas nos últimos anos é a
possibilidade de compreender melhor os mecanismos que levam à formação
de novas espécies entre as várias formas de seres vivos – um problema,
aliás, que Darwin não chegou a solucionar, apesar do título de seu
livro.
“Estamos
vendo que o processo de surgimento de espécies novas entre os vegetais é
totalmente diferente do que se pode observar em bactérias ou em vírus.
Essa nova variante da gripe suína, por exemplo, surgiu da recombinação
de três espécies anteriores de vírus, através de um mecanismo que
décadas atrás a gente nem sequer suspeitava que existisse.”
Ele
afirma que Darwin tinha mais interesse por Lamarck do que se pensa hoje
em dia, mas contesta a visão de que a epigenética possa levar a uma
retomada das ideias do francês. “Já se sabia antes que a expressão do
genoma resulta da interação entre este e o ambiente. Mas as mutações nos
genes, que podem ou não ser inibidas por fatores ambientais, não
surgiram especificamente para atender a nenhuma função. Elas foram
produzidas e descartadas pela ação da seleção. E isso não é lamarckismo,
é darwinismo”, diz.
Para
os defensores de uma revisão da teoria, o problema é que ainda há
lacunas a serem preenchidas, como afirma Souza: “Darwin demonstrou de
uma forma muito bonita que existe um processo evolutivo. A questão é se
ele é geral. As evidências da paleontologia demonstram isso. Agora como
isso acontece é que é complicado. A seleção natural é um mecanismo
forte, mas não de criação de espécies”.
Diante
dessa diversidade de visões, é de se esperar, pelos próximos anos,
discussões vigorosas entre as várias correntes, que talvez venham a
culminar em uma teoria da evolução 2.0. Mas, independentemente de qual
venha a se mostrar predominante daqui a 20 ou 30 anos, tanto umas quanto
outras, na verdade, são expressões do profundo valor científico da obra
de Darwin.
26/11/2009
OBS...Tudo muda na teoria menos a teoria
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