ABIOGÊNESE COMPROVADA
A abiogênese,
geração da vida a partir de substância inanimadas, foi e ainda continua muito
discutida. Mas no meio científico já existe prova de que a vida surgiu de
agrupamento bem simples de substâncias químicas. Para chegar até os seres
multicelulares, a vida levou bilhões de anos.
"Geração espontânea ou abiogênese
Até meados do século XIX os cientistas acreditavam que os seres vivos eram
gerados espontaneamente do corpo de cadáveres em decomposição; que rãs, cobras e
crocodilos eram gerados a partir do lodo dos rios.
Essa interpretação sobre a origem dos seres vivos ficou conhecida como hipótese
da geração espontânea ou da abiogênese (a= prefixo de negação, bio = vida,
genesis = origem; origem da vida a partir da matéria bruta).
Pesquisadores passaram, então, a contestar a hipótese de geração espontânea,
apresentando argumentos favoráveis à outra hipótese, a da biogênese, segundo a
qual todos os seres vivos originam-se de outros seres vivos preexistentes.
Biogênese versus abiogênese
Os experimentos de Redi
Em 1668, Francesco Redi (1626 -1697) investigou a suposta origem de vermes em
corpos em decomposição. Ele observou que moscas são atraídas pelos corpos em
decomposição e neles colocam seus ovos. Desse ovos surgem as larvas, que se
transformam em moscas adultas. Como as larvas são vermiformes, os “vermes” que
ocorrem nos cadáveres em decomposição nada mais seriam que larvas de moscas.
Redi concluiu, então, que essas larvas não surgem espontaneamente a partir da
decomposição de cadáveres, mas são resultantes da eclosão dos ovos postos por
moscas atraídas pelo corpo em decomposição.
Para testar a sua hipótese, Redi realizou o seguinte experimento: colocou
pedaços de carne crua dentro de frascos, deixando alguns cobertos com gase e
outros completamente abertos. De acordo com a hipótese da abiogênese, deveriam
surgir vermes ou mesmo mosca nascidos da decomposição da própria carne. Isso,
entretanto, não aconteceu. Nos frascos mantidos abertos verificaram-se ovos,
larvas e moscas sobre a carne, mas nos frascos cobertos gaze nenhuma dessas
formas foi encontrada sobre a carne. Esse experimento confirmou a hipótese de
Redi e comprovou que não havia geração espontânea de vermes a partir de corpos
em decomposição.
Os experimentos de Redi conseguiram reforçar a hipótese da biogênese até a
descoberta dos seres microscópicos, quando uma parte dos cientistas passou
novamente a considerar a hipótese da abiogênese para explicar a origem desses
seres.
Segundo esses cientistas, os microorganismos surgem espontaneamente em todos os
lugares, independentemente da presença de outro ser vivo. Já outro grupo de
pesquisadores não aceitava essas explicações. Para eles os microorganismos
somente surgiam a apartir de “sementes” presentes no ar, na água ou no solo.
Essas “sementes”, ao encontrarem locais adequados, proliferavam (interpretação
coerente com a hipótese da biogênese).
Os experimentos de Needham e Spallanzani
Em 1745, o cientísta inglês John T. Needham (1713-1781) realizou vários
experimentos em que submetia à fervura frascos contendo substancias nutritivas.
Após a fervura, fechava os frascos com rolhas e deixava-os em repouso por alguns
dias. Depois ao examinar essas soluções ao microscópio, Needham observava a
presença de microorganismos.
A explicação que ele deu a seus resultados foi de que os microorganismos teriam
surgido por geração espontânea. Ele dizia que a solução nutritiva continha uma
“força vital” responsável pelo surgimento das forças vivas.
Posteriormente, em 1770, o pesquisador italiano Lazzaro Spallanzani (1729-1799)
repetiu os experimentos de Needham, com algumas modificações, e obteve
resultados diferentes.
Spallanzani colocou substâncias nutritivas em balões de vidro, fechando-os
hermeticamente. Esses balões assim preparados eram colocados em calderões com
água e submetidos à fervura durante algum tempo. Deixava resfriar por alguns
dias e então ele abria os frascos e observava o líquido ao microscópio. Nenhum
organismo estava presente.
Spallanzani explicou que Needham não havia fervido sua solução nutritiva por
tempo suficientemente longo para matar todos os microrganismos existentes nela
e, assim, esterelizá-la. Needham respondeu a essas críticas dizendo que, ao
ferver por muito tempo as substâncias nutritivas em recipientes hermeticamente
fechados, Spallanzani havia destruído a “força vital” e tornado o ar
desfavorável ao aparecimento da vida.
Nessa polêmica, Needham saiu fortalecido.
Os experimentos de Pasteur
Somente por volta de 1860, com os experimentos realizados por Louis Pasteur
(1822 – 1895), conseguiu-se comprovar definitivamente que os microorganismos
surgem a partir de outros preexistentes.
Os experimentos de Pasteur estão descritos e esquematizados na figura abaixo:
A ausência de microrganismos nos frascos do tipo “pescoço de cisne” mantidos
intactos e a presença deles nos frascos cujo “pescoço” havia sido quebrado
mostram que o ar contém microorganismos e que estes, ao entrarem em contato com
o líquido nutritivo e estéril do balão, desenvolvem-se. No balão intacto, esses
microorganismos não conseguem chegar até o líquido nutritivo e estéril, pois
ficam retidos no “filtro” formado pelas gotículas de água surgidas no pescoço do
balão durante o resfriamento. Já nos frascos em que o pescoço é quebrado, esse
“filtro” deixa de existir, e os micróbios presentes no ar podem entrar em
contato com o líquido nutritivo, onde encontram condições adequadas para seu
desenvolvimento e proliferam.
A hipótese da biogênese passou, a partir de então, a ser aceita universalmente
pelos cientistas.
A hipótese de Oparin e Haldane
Trabalhando independentemente, o cientista russo Aleksander I. Oparin
(1894-1980) e o cientista inglês John Burdon S. Haldane (1892 – 1964) propuseram
na década de 1920, hipóteses semelhantes sobre como a vida teria se originado na
Terra. Apesar de existirem pequenas diferenças entre as hipóteses desses
cientistas, basicamente eles propuseram que os primeiros seres vivos surgiram a
partir de moléculas orgânicas que teriam se formado na atmosfera primitiva e
depois nos oceanos, a partir de substâncias inorgânicas.
John Burdon S. Haldane e Aleksander I. Oparin
Vamos, de modo simplificado, apresentar uma síntese de dessas idéias: as
condições da Terra antes do surgimento dos primeiros seres vivos eram muito
diferentes das atuais. As erupções vulcânicas eram muito freqüentes, liberando
grande quantidade de gases e de partículas para a atmosfera.
Esses gases e partículas ficaram retidos por ação da força da gravidade e
passaram a compor a atmosfera primitiva.
Embora não exista um consenso sobre a composição da atmosfera primitiva, foi
proposto no início que, provavelmente, era formada por metano (CH4), amônia
(NH3), gás hidrogênio (H2) e vapor d’água (H2O). Não havia gás oxigênio (O2) ou
ele estava presente em baixíssima concentração; por isso se fala em ambiente
redutor, isto é, não oxidante. Nessa época, a Terra estava passando por um
processo de resfriamento, que permitiu o acúmulo de água nas depressões da sua
costa, formando os mares primitivos.
As descargas elétricas e as radiações eram intensas e teriam fornecido energia
para que algumas moléculas presentes na atmosfera se unissem, dando origem a
moléculas maiores e mais complexas: as primeiras moléculas orgânicas. É
importante lembrar que na atmosfera daquela época, diferentemente do que ocorre
hoje, não havia o escudo de ozônio (O3) contra as radiações, especialmente a
ultravioleta, que, assim, atingiam a Terra com grande intensidade.
As moléculas orgânicas formadas eram arrastadas pelas águas das chuvas e
passavam a se acumular nos mares primitivos, que eram quentes e rasos. Esse
processo, repetindo-se ao longo de muitos anos, teria transformado os mares
primitivos em verdadeiras “sopas nutritivas”, ricas em matéria orgânica. Essas
moléculas orgânicas poderia ter-se agregado, formando coacervados, nome derivado
do latim coacervare, que significa formar grupos. No caso, o sentido de
coacervados é o de conjunto de moléculas orgânicas reunidas em grupos envoltos
por moléculas de água.
Esses coacervados não eram seres vivos, mas uma primitiva organização das
substâncias orgânicas em um sistema semi-isolado do meio, podendo trocar
substâncias com o meio externo e havendo possibilidade de ocorrerem inúmeras
reações químicas em seu interior.
Não se sabe como a primeira célula surgiu, mas pode-se supor que,
se foi
possível o surgimento de um sistema organizado como os coacervados, podem ter
surgido sistemas equivalentes, envoltos por uma membrana formada por lipídios e
proteínas e contendo em seu interior a molécula de ácido nucléico.
Com a
presença do ácido nucléico, essas formas teriam adquirido a capacidade de
reprodução e regulação das reações internas.
Nesse momento teriam surgido os primeiros seres vivos que, apesar de muito
primitivos, eram capazes de se reproduzir, dando origem a outros seres
semelhantes a eles.
O experimento de Miller
Em 1950, dois pesquisadores da Universidade de Chicago, Stanley Miller e Harold Urey, desenvolveram um aparelho em que
simularam as condições supostas para a
Terra primitiva.
Com sucesso, obtiveram resultados que confirmaram a hipótese de Oparin.
Inicialmente, obtiveram com o seu experimento pequenas moléculas que, com o
passar do tempo, se combinaram formando moléculas mais complexas, inclusive os
aminoácidos glicina e alanina. Posteriormente, novas pesquisas obtiveram outros
aminoácidos e vários compostos de carbono.
Os protobiontes de Oparin receberam diferentes nomes dados pelos cientistas,
dependendo de seu conteúdo: microsferas, protocélulas, micelas, lipossomos e
coacervados. Estes possuem uma “membrana” dupla, formada por duas camadas
lipídicas, à semelhança das membranas celulares.
Ampliando a hipótese de Oparin: proteinóides e ribozimas
No começo da década de 1970, o biólogo Sidney Fox aqueceu, a seco, a 60ºC, uma
mistura de aminoácidos. Obteve pequenos polipeptídeos, a que ele chamou de
proteinóides. A água resultante dessa reação entre aminoácidos evaporou em
virtude do aquecimento. Fox quis, com isso, mostrar que pode ter sido possível a
união de aminoácidos apenas com uma fonte de energia, no caso o calor, e sem a
presença de água. Faltava esclarecer o possível local em que essa união teria
ocorrido.
Recentemente, os cientistas levantaram a hipótese de que a síntese de grandes
moléculas orgânicas teria ocorrido na superfície das rochas e da argila
existente na Terra primitiva.
A argila em particular, teria sido o principal local da síntese. Ela é rica em
zinco e ferro, dois metais que costumam atuar como catalisadores em reações
químicas. A partir daí, vagarosamente ocorrendo as sínteses, as chuvas se
encarregariam de lavar a crosta terrestre e levar as moléculas para os mares,
transformando-os no imenso caldo orgânico sugerido por Oparin. Essa descoberta,
aliada aos resultados obtidos por Fox, resolveu o problema do local em que
possivelmente as sínteses orgânicas teriam ocorrido.
Havia, no entanto, outro problema: as reações químicas ocorrem mais rapidamente
na presença de enzimas. Somente a argila, ou os metais nela existentes, não
proporcionariam a rapidez necessária para a ocorrência das reações. Atualmente,
sugere-se que uma molécula de RNA teria exercido ação enzimática. Além de
possuir propriedades internacionais, descobriu-se que o RNA também tem
características de enzima, favorecendo a união de aminoácidos.
Assim, sugerem os cientistas, RNAs produzidos na superfície de argilas, no
passado, teriam o papel de atuar como enzimas na síntese dos primeiros
polipeptídeos. Esses RNAs atuariam como enzimas chamadas ribozimas e sua ação
seria auxiliada pelo zinco existente na argila. Outro dado que apóia essa
hipótese é o fato de que, colocando moléculas de RNA em tubo de ensaio com
nucleotídeos de RNA, ocorre a síntese de mais RNA sem a necessidade de enzimas.
A evolução do metabolismo
Analisamos até agora o surgimento das primeiras formas vivas, e você deve ter
notado que já mencionamos, para essas formas, algumas características
importantes para conceituar um ser vivo. Esses primeiros organismos possuem
compostos orgânicos na constituição de seus corpos, são celulares (unicelulares,
no caso) e têm capacidade de reprodução.
Não discutimos ainda uma outra característica dos seres vivos: o metabolismo.
Vamos, então, analisar como deve ter sido a provável evolução das vias
metabólicas nos seres vivos.
Todo o ser vivo precisa de alimentos, que são degradados nos processos
metabólicos para a liberação de energia e realização das funções. Esses
alimentos degradados também podem ser utilizados como matéria-prima na síntese
de outras substâncias orgânicas, possibilitando o crescimento e a reposição de
perdas.
Vamos analisar, então, como esses primeiros seres conseguiam obter e degradar o
alimento para a sua sobrevivência. Duas hipóteses têm sido discutidas pelos
cientistas: a hipótese heterotrófica e a autotrófica.
Hipótese heterotrófica
Segunda essa hipótese, os primeiros organismos eram estruturalmente muito
simples, sendo de se supor que as reações químicas em suas células também eram
simples. Eles viviam em um ambiente aquático, rico em substâncias nutritivas,
mas provavelmente não havia oxigênio na atmosfera, nem dissolvido na água dos
mares. Nessas condições, é possível supor que, tendo alimento abundante ao seu
redor, esses primeiros seres teriam utilizado esse alimento já prono como fonte
de energia e matéria-prima. Eles seriam, portanto, heterótrofos (hetero =
diferente, trofos = alimento): organismos que não são capazes de sintetizar seus
próprios alimentos a partir de compostos inorgânicos, obtendo-os prontos do meio
ambiente.
Os seres capazes de sintetizar seus próprios alimentos a partir de substâncias
inorgânicas simples são chamados de autótrofos (auto = próprio, trofos =
alimento), como é o caso das plantas.
Uma vez dentro da célula, esse alimento precisa ser degradado. Nas condições da
Terra atual, a via metabólica mais simples para se degradar o alimento sem
oxigênio é a fermentação, um processo anaeróbio (an = sem, aero= ar, bio =
vida). Um dos tipos mais comuns de fermentação é a fermentação alcoólica. O
açúcar glicose é degradado em álcool etílico (etanol) e gás carbônico, liberado
energia para as várias etapas do metabolismo celular.
Esses organismos começaram a aumentar em número por reprodução. Paralelamente a
isso, as condições climáticas da Terra também estavam mudando a ponto de não
mais ocorrer síntese pré-biótica de matéria orgânica. Desse modo, o alimento
dissolvido no meio teria começado a ficar escasso.
Com alimento reduzido e um grande número de indivíduos nos mares, deve ter
havido muita competição, e muitos organismos teriam morrido por falta de
alimento. Ao mesmo tempo, teria se acumulado CO2 no ambiente. Acredita-se que
nesse novo cenário teria ocorrido o surgimento de alguns seres capazes de captar
a luz solar com o auxílio de pigmentos como a clorofila. A energia da luz teria
sido utilizada para a síntese de seus próprios alimentos orgânicos, a partir de
água e gás carbônico. Teriam surgido assim os primeiros seres autótrofos: os
seres fotossintetizantes (foto = luz; síntese em presença de luz), que não
competiam com os heterótrofos e proliferaram muito.
Esses primeiros seres fotossintetizantes foram fundamentais na modificação da
composição da atmosfera: eles introduziram o oxigênio no ar, e a atmosfera teria
passado de redutora a oxidante. Até os dias de hoje, são principalmente os seres
fotossintetizantes que matem os níveis de oxigênio na atmosfera, o que é
fundamental para a vida no nosso planeta. Em condições de baixa disponibilidade
de moléculas orgânicas no meio, esses organismo aeróbios teriam grande vantagem
sobre os fermentadores.
Havendo disponibilidade de oxigênio, foi possível a sobrevivência de seres que
desenvolveram reações metabólicas complexas, capazes de utilizar esse gás na
degradação do alimento. Surgiram, então, os primeiros seres aeróbios, que
realizam a respiração. Por meio da respiração, o alimento, especialmente o
açúcar glicose, é degradado em gás carbônico e água, liberando muito mais
energia para a realização das funções vitais do que na fermentação.
A fermentação, a fotossíntese e a respiração permaneceram ao longo do tempo e
ocorrem nos organismos que vivem atualmente na Terra. Todos os organismos
respiram e/ou fermentam, mas apenas alguns respiram e fazem fotossíntese.
Hipótese autotrófica
Alguns cientistas têm argumentado que os seres vivos não devem ter surgido em
mares rasos e quentes, como proposto por Oparin e Haldane, pois a superfície
terrestre, na época em que a vida surgiu, era um ambiente muito instável.
Meteoritos e cometas atingiam essa superfície com muita freqüência, e a vida
primitiva não poderia se manter em tais condições.
Logo no início da formação da Terra, meteoritos colidiram fortemente com a
superfície terrestre, e a energia dessas colisões era gasta no derretimento ou
até mesmo na vaporização da superfície rochosa. Os meteoritos fragmentavam-se e
derretiam, contribuindo com sua substância para a Terra em crescimento. Um
impacto especialmente violento pode ter gerado a Lua, que guarda até hoje em sua
superfície as marcas desse bombardeio por meteoritos. Na superfície da Terra a
maioria dessas marcas foi apagada ao longo do tempo pela erosão.
A maioria dos meteoritos se queima até desaparecer quando entra na atmosfera
terrestre atual e brilha no céu como estrelas cadentes. Nos primórdios, os
meteoritos eram maiores, mais numerosos e atingiam a Terra com mais freqüência.
Alguns cientistas especulam que os primeiros seres vivos não poderiam ter
sobrevivido a esse bombardeio cósmico, e propõem que a vida tenha surgido em
locais mais protegidos, como o assoalho dos mares primitivos.
Em 1977, foram descobertas nas profundezas oceânicas as chamadas fontes termais
submarinas, locais de onde emanam gases quentes e sulfurosos que saem de
aberturas no assoalho marinho. Nesses locais a vida é abundante. Muitas
bactérias que aí vivem são autótrofas, mas realizam um processo muito distinto
da fotossíntese. Onde essas bactérias vivem não há luz, e elas são a base de uma
cadeia alimentar peculiar. Elas servem de alimento para os animais ou então são
mantidas dentro dos tecidos deles. Nesse caso, tanto os animais como as
bactérias se beneficiam: elas têm proteção dentro do corpo dos animais, e estes
recebem alimentos produzidos pelas bactérias.
A descoberta das fontes termais levantou a possibilidade de que a vida teria
surgido nesse tipo de ambiente protegido e de que a energia para o metabolismo
dos primeiros seres vivos viria de uma mecanismo autotrófico denominado
quimiossíntese. Alguns cientistas acreditam que os primeiros seres vivos foram
bactérias, que obtinham energia para o metabolismo a partir da reação entre
substâncias inorgânicas, como fazem as bactérias encontradas atualmente nas
fontes termais submarinas e em outros ambientes muito quentes (com cerca de 60 a
105ºC) e sulfurosos. Segundo essa hipótese, parece que toda a vida que
conhecemos descende desse tipo de bactéria, que devia ser autotrófica.
Os que argumentam a favor dessa hipótese baseiam-se em evidências que sugerem
abundância de sulfeto de hidrogênio (gás sulfídrico, H2S, que tem cheiro de ovo
podre) e compostos de ferro na Terra primitiva. As primeiras bactérias devem ter
obtido energia de reações que tenham envolvido esses compostos para a síntese de
seus componentes orgânicos.
Algumas bactérias que vivem atualmente em fontes quentes e sulfurosas podem
realizar a reação química a seguir, que, segundo a hipótese autotrófica, pode
ter sido a reação fundamental fornecedora de energia para os primeiros seres
vivos:
Sulfeto ferroso + gás sulfídrico ---> sulfeto férrico + gás hidrogênio + energia
(pirita, um mineral comum)
A energia liberada por essas reação pode ser usada pelas bactérias para a
produção de compostos orgânicos essenciais para a vida, a partir de CO2 e H2O.
Assim, segundo essa hipótese, a quimiossíntese - um processo autotrófico – teria
surgido primeiro. Depois teriam surgido a fermentação, a fotossíntese e
finalmente a respiração.
Os debates sobre origem da vida ainda darão muito o que falar. A hipótese mais
aceita sobre a evolução do metabolismo ainda é a heterótrofa, embora a hipótese
autótrofa venha ganhando cada vez mais força.
Vida multicelular
Como surgiram os seres multicelulares? Evidências obtidas de estudos geológicos
sugerem que os primeiros multicelulares simples surgiram na Terra há cerca de
750 milhões de anos! Antes disso houve o predomínio de vida unicelular, como
formas eucarióticas simples. A partir dessa data, surgem os primeiros
multicelulares, originados dos unicelulares eucariotos existentes.
Desde então, a evolução não parou mais!
Evolução biológica
Entre os seres vivos e o meio em que vivem há um ajuste, uma harmonia
fundamental para a sobrevivência. O flamingo rosa, por exemplo, abaixa a cabeça
até o solo alagadiço em que vive para buscar ali seu alimento; os beija-flores,
com seus longos bicos, estão adaptados à coleta do néctar contido nas flores
tubulosas que visitam. A adaptação dos seres vivos ao meio é um fato
incontestável. A origem da adaptação, porém, sempre foi discutida.
Na Antigüidade, a idéia de que as espécies seriam fixas e imutáveis foi
defendida pelos filósofos gregos. Os chamados, fixistas propunham que as
espécies vivas já existiam desde a origem do planeta e a extinção de muitas
delas deveu-se a eventos especiais como, por exemplo, catástrofes, que teriam
exterminado grupos inteiros de seres vivos. O filósofo grego Aristóteles, grande
estudioso da natureza, não admitia a ocorrência de transformação das espécies.
Acreditava que os organismos eram distribuídos segundo uma escala que ia do mais
simples ao mais complexo. Cada ser vivo nesta escala, tinha seu lugar definido.
Essa visão aristotélica, que perdurou por cerca de 2.000 anos, admitia que as
espécies eram fixas e imutáveis.
Lentamente, a partir do século XIX, uma série de pensadores passou a admitir a
idéia da substituição gradual das espécies por outras, por meio de adaptações a
ambientes em contínuo processo de mudança. Essa corrente de pensamento,
transformista, explicava a adaptação como um processo dinâmico, ao contrário do
que propunham os fixistas. Para o transformismo, a adaptação é conseguida por
meio de mudanças: à medida que muda o meio, muda a espécie. Os adaptados ao
ambiente em mudança sobrevivem. Essa idéia deu origem ao evolucionismo.
Evolução biológica é a adaptação das espécies a meios em contínua mudança. Nem
sempre a adaptação implica aperfeiçoamento. Muitas vezes, leva a uma
simplificação. É o caso, por exemplo, das tênias, vermes achatados parasitas:
não tendo tubo digestório, estão perfeitamente adaptadas ao parasitismo no tubo
digestório do homem e de outros vertebrados.
Criacionismo: origem da vida por
criação especial
Anterior às tentativas científicas relacionadas à origem da vida, já era
difundida a idéia de criação especial, segundo a qual a vida é fruto da ação
consciente de um Criador. Essa corrente de pensamento, que passou a ser
denominada criacionista, baseia-se na fé e nos textos bíblicos – principalmente
no livro de Gênesis – que relatam a idéia sobre a origem da vida do ponto de
vista religioso.
Este afresco, pintado por Michelangelo no teto da Capela Sistina, na cidade do
Vaticano, entre 1508 e 1512, representa o momento em que Deus (à direita) dá
alma ao recém-criado Adão (à esquerda) por meio do toque de seus dedos.
Acredita-se que, nessa representação, Deus envolve Eva com seu braço esquerdo e
sua mão toca o menino Jesus. O artista – Michelangelo Buonarroti (1475-1564) –
foi um dos grandes escultores do renascimento, além de arquiteto, pintor e
poeta.
Ao longo da história, muitas controvérsias chegaram a extremos por causa de uma
interpretação errônea que não levava em contra o contexto e o caráter muitas
vezes poético e simbólico dos textos da bíblia, que não tem nenhum objetivo
científico. Assim, principalmente na Idade Média, uma interpretação literal e,
portanto, limitada dos textos bíblicos era imposta como dogma e criava uma
barreira em relação a ciência que estava – e está – em constante progresso.
O criacionismo, que se opõe à teoria da evolução segundo a qual a vida teria
surgido da matéria bruta, tem hoje defensores, que se esforçam em demonstrar que
os textos bíblicos, tomados em seu contexto próprio, em nada contradizem as mais
novas descobertas científicas.
Mais recentemente surgiu uma nova concepção, mais próxima do criacionismo e que
recebeu o nome design inteligente. Para os defensores dessa tese, uma mão divina
moldou o curso da evolução. Isso porque, dizem, alguns sistemas biológicos são
tão complexos e as diferenças entre as espécies são enormes demais para serem
explicadas apenas pelo mecanismo da evolução.
As evidências da evolução
O esclarecimento do mecanismo de atuação da evolução biológica somente foi
concretamente conseguido a partir dos trabalhos de dois cientistas, o francês
Jean Baptiste Lamarck (1744 – 1829) e o inglês Charles Darwin (1809 – 1882). A
discussão evolucionista, no entanto, levanta grande polêmica. Por esse motivo é
preciso descrever, inicialmente, as principais evidências da evolução utilizadas
pelos evolucionistas em defesa de sua tese. Dentre as mais utilizadas
destacam-se:
os fósseis;
a semelhança embriológica e anatômica existente entre os componentes de alguns
grupos animais (notadamente os vertebrados),
a existência de estruturas vestigiais e
as evidências bioquímicas relacionadas a determinadas moléculas comuns a muitos
seres vivos.
O que são fósseis?
Um fóssil (do latim fossilis, tirado da terra) é qualquer vestígio de um ser
vivo que habitou o nosso planeta em tempos remotos, como uma parte do corpo, uma
pegada e uma impressão corporal. O estudo dos fósseis permite deduzir o tamanho
e a forma dos organismos que os deixaram, possibilitando a reconstrução de uma
imagem, possivelmente parecida, dos animais quando eram vivos.
Fossil de um dinossauro e de uma planta.
Processo de fossilização
Um fóssil se forma quando os restos mortais de um organismo ficam a salvo tanto
da ação dos agentes decompositores como das intempéries naturais (vento, sol
direto, chuvas, etc.). As condições mais favoráveis a fossilização ocorrem
quando o corpo de um animal ou uma planta é sepultado no fundo de um lago e
rapidamente coberto por sedimentos.
Dependendo da acidez e dos minerais presentes no sedimento, podem ocorrer
diferentes processos de fossilização. A permineralização, por exemplo, é o
preenchimento dos poros microscópicos do corpo de um ser por minerais. Já a
substituição consiste na lenta troca das substâncias orgânicas do cadáver por
minerais, transformando-o em pedra.
Gastrópode conservado por permineralização
Datação radioativa dos fósseis
A idade de um fóssil pode ser estimada através da medição de determinados
elementos radioativos presentes nele ou na rocha onde ele se encontra.
Se um fóssil ainda apresenta substâncias orgânicas em sua constituição, sua
idade pode ser calculada com razoável precisão pelo método do carbono-14. O
carbono-14 (14C) é um isótopo radioativo do carbono (12C).
Os cientistas determinaram que a meia vida do carbono-14 é de 5.740 anos. Isso
significa dizer que, nesse período, metade do carbono-14 de uma amostra se
desintegra. Na hora da morte, um organismo que se fossiliza contém determinada
quantidade de 14C, que os cientistas estima ser a mesma que a encontrada nos
seres de hoje. Passados 5.740 anos, restará no fóssil apenas metade da
quantidade de 14C presente na hora da morte. Ao fim de mais 5.740 anos, terá se
desintegrado a metade do que restou, e assim por diante, até que não haja
praticamente mais esse isótopo radioativo na matéria orgânica remanescente.
Assim, através de medidas da quantidade residual de carbono-14 em um fóssil, é
possível calcular quanto tempo se passou desde a morte do ser vivo que o
originou. Por exemplo, se um fóssil apresentar 1/8 do carbono radioativo
estimado para um organismo vivo, isso significa que sua morte deve ter ocorrido
entre aproximadamente 22 e 23 mil anos.
Como a meia vida do carbono-14 é relativamente curta, a datação por esse isótopo
só serve para fósseis com menos de 50 mil anos. Para datar fósseis mais antigos,
os “paleobiólogoa” utilizam isótopos com meia-vida mais longa, que podem ser
encontrados nas rochas fossilíferas. Por exemplo, rochas que se formaram há
alguns milhões de anos podem ser datadas por meio do isótopo urânio-235 (235U),
cuja meia-vida é de 700 milhões de anos. Para rochas ainda mais antigas, com
centenas de milhões de anos de idade, pode-se usar o potássio-40, que tem meia
vida de 1,3 bilhões de anos.
Anatomia comparada
A asa de uma ave, a nadadeira anterior de um golfinho e o braço de um homem,
ainda que muito diferentes, possuem estrutura óssea e muscular bastante
parecidas. A semelhança pode ser explicada admitindo-se que esses seres tiveram
ancestrais em comum, dos quais herdaram um plano básico de estrutura corporal.
O parentesco evolutivo entre as aves e os mamíferos, por exemplo, também permite
explicar as semelhanças entre os órgãos internos desses animais. O coração e o
sistema circulatório e nervoso, entre outros, são constituídos pelas mesmas
partes básicas.
Semelhanças embrionárias
As semelhanças entre os embriões de determinados grupos de animais são ainda
maiores do que as semelhanças encontradas nas formas adultas. por exemplo, é
difícil distinguir embriões jovens de peixes, sapos, tartarugas, pássaros e
seres humanos, todos pertencentes ao grupo dos vertebrados. Essa semelhança pode
ser explicada se levarmos em conta que durante o processo embrionário é esboçado
o plano estrutural básico do corpo, que todos eles herdaram de um ancestral
comum.
Órgãos ou estruturas homólogos
Certos órgãos ou estruturas se desenvolvem de modo muito semelhante nos embriões
de todos os vertebrados. São os órgãos homólogos. Apesar de terem a mesma origem
embrionária, os órgãos homólogos podem ter funções diferentes, como é o caso do
braço humano e da asa de uma ave, por exemplo.
Órgãos ou estruturas análogos
Se dois órgãos ou estruturas desempenham a mesma função, mas têm origem
embrionária diferente, são chamados análogos. As asas de aves e de insetos, por
exemplo, são estruturas análogas: ambas servem para voar, porém suas origens
embrionárias são totalmente distintas.
Órgãos vestigiais
Órgãos vestigiais são estruturas atrofiadas, sem função evidente no organismo. O
apêndice cecal do intestino humano, por exemplo, é um órgão vestigial. Esse
órgão é uma pequena projeção do ceco (região do intestino grosso) e não
desempenha nenhuma função importante no homem e nos animais carnívoros. Já nos
herbívoros, o apêndice é muito desenvolvido e tem importante papel na digestão
da celulose; nele vivem microorganismos que atuam na digestão dessa substância.
Tudo indica que os mamíferos atuais, carnívoros e herbívoros, tiveram ancestrais
comuns, cuja dieta devia ser baseada em alimentos vegetais, ricos em celulose.
Entretanto, no decorrer da evolução, cecos e apêndices deixaram de ser
vantajosos para alguns grupos de organismos, nos quais se encontram reduzidos,
como vestígios de sua origem.
São exemplos, também, de estruturas vestigiais a vértebra coccígea, a membrana
nictitante e os músculos das orelhas.
Será que os Homens descendem dos macacos?
Um dos argumentos usados para defender o evolucionismo é o da Anatomia
Comparada. Na imagem que se segue podemos verificar a existência de órgãos
homólogos (órgãos que têm a mesma origem, a mesma estrura básica e posição
idêntica no organismo, podendo desempenhar funções diferentes) entre o homen e
outro primata.
Evidências moleculares da evolução
A comparação entre moléculas de DNA de diferentes espécies tem revelado o grau
de semelhança de seus genes, o que mostra o parentesco evolutivo. O mesmo ocorre
para as proteínas que, em última análise, refletem as semelhanças e diferenças
genéticas.
O citocromo c é uma proteína presente em todos os seres vivos que fazem
respiração aeróbica, sendo constituído por 104 aminoácidos encadeados. A
porcentagem de cada tipo de aminoácido presente nessa proteína varia nas
diferentes espécies de organismos e está relacionada com a proximidade evolutiva
entre as espécies. O citocromo c surgiu, como provavelmente, nos primórdios da
vida na Terra, quando os primeiros seres vivos passaram a utilizar a respiração
como processo para obtenção de energia. Hoje essa proteína apresenta pequenas
variações em cada grupo de organismos, nas quais devem ter se estabelecido ao
longo do processo evolutivo.
A variação da estrutura primária de uma determinada proteína, em diferentes
espécies, revela indiretamente suas diferenças genéticas uma vez que o código
para a proteína está escrito nos genes.
Semelhanças entre moléculas de DNA
Os recentes avanços da Biologia Molecular têm permitido comparar diretamente a
estrutura genética de diferentes espécies, através da comparação das seqüências
de nucleotídeos presentes nas moléculas de DNA.
Os resultados das análises bioquímicas têm confirmado as estimativas de
parentesco entre espécies obtidas por meio do estudo de fósseis e anatomia
comparada. Isso reforça ainda mais a teoria de que os seres vivos atuais
resultam da evolução de seres vivos que viveram no passado, estando todos os
seres vivos relacionados por graus de parentescos mais ou menos distantes.
O homem descende do macaco?
Na polêmica apresentação de seu trabalho a respeito do processo de seleção
natural e da origem das espécies, Darwin foi acusado de defender a tese de que o
homem descendeu dos macacos. Será que isso é verdade? A acusação é
injustificada. Darwin nunca afirmou isso. O que ele procurava esclarecer era o
fato de que todas as espécies viventes, inclusive a humana, teriam surgido por
meio de um longo processo de evolução a partir de seres que o antecederam. Nesse
sentido, homens e chipanzés, que tiveram um ancestral comum, seriam “primos em
primeiro grau”, fato que provocou a ira de muitos oponentes de Darwin. E não é
que o assunto pode ser agora esclarecido, com uma fascinante descoberta na
formação Chorora, na Etiópia central?
Um grupo de cientistas etíopes e japoneses encontrou restos fossilizados, na
verdade oito dentes; de uma nova espécie de macaco – batizada com o nome
Chororapithecus abyssinicus (ou macaco abissínico de Chorora) – que viveu a
cerca de 10 milhões de anos e está sendo considerado o mais velho parente dos
gorilas.
Explicando melhor: até agora, os cientistas acreditavam que os gorilas, ao longo
da evolução, tivessem se separado dos chimpanzés bem mais tarde. E, depois
disso, teria havido a separação das linhagens que originaram os chimpanzés e os
hominídeos (família a que pertence a espécie humana). Agora, com essa nova
descoberta, tudo leva a crer que a origem do homem é mais antiga, cerca de 9
milhões de anos. E, para completar, essa descoberta é um forte apoio da origem
africana tanto dos humanos quanto dos grandes macacos modernos.
Para aqueles que acreditam na evolução biológica, descobertas como essa ajudam a
esclarecer a origem dos seres humanos. E, também, a desfazer os mitos baseados
em acusações infundadas.
As idéias de Lamarck
Lamarck, naturalista francês, foi o primeiro a propor uma teoria sintética da
evolução. Sua teoria foi publicada em 1809, no livro Filosofia Zoológica. Ele
dizia que formas de vida mais simples surgem a partir da matéria inanimada por
geração espontânea e progridem a um estágio de maior complexidade e perfeição.
Em sua teoria, Lamarck sustentou que a progressão dos organismos era guiada pelo
meio ambiente: se o ambiente sofre modificações, os organismos procuram
adaptar-se a ele.
Nesse processo de adaptação, um ou mais órgãos são mais usados do que outros. O
uso ou o desuso dos diferentes órgãos alterariam características do corpo, e
estas características seriam transmitidas para as próximas gerações. Assim, ao
longo do tempo os organismos se modificariam, podendo dar origem as novas
espécies.
Segundo Lamarck, portanto, o princípio evolutivo estaria baseado em duas leis
fundamentais:
Lei do uso ou desuso: no processo de adaptação ao meio, o uso de determinadas
partes do corpo do organismo faz com que elas se desenvolvam, e o desuso faz com
que se atrofiem;
Um exemplo clássico da lei do uso e do desuso é o crescimento do pescoço da
girafa. Segundo Lamarck: Devido ao esforço da girafa para comer as folhas das
arvores mais altas o pescoço do mesmo acabou crescendo.
Lei da transmissão dos caracteres adquiridos: alterações no corpo do organismo
provocadas pelo uso ou desuso são transmitidas aos descendentes.
Vários são os exemplos de abordagem lamarquista para a evolução. Um deles se
refere às aves aquáticas, que se teriam tornado pernaltas devido ao esforço que
faziam para esticar as pernas e assim evitar molhar as pernas durante a
locomoção na água. A cada geração esse esforço produziria aves com pernas mais
altas, que transmitiam essa característica à geração seguinte. Após várias
gerações, teriam sido originadas as atuais aves pernaltas.
Na época, as idéias de Lamarck foram rejeitadas, não porque falavam na herança
das características adquiridas, mas por falarem em evolução. Não se sabia nada
sobre herança genética e acreditavam-se que as espécies eram imutáveis. Somente
muito mais tarde os cientistas puderam contestar a herança dos caracteres
adquiridos. Uma pessoa que pratica atividade física terá musculatura mais
desenvolvida, mas essa condição não é transmitida aos seus descendentes.
Mesmo estando enganado quanto às suas interpretações, Lamarck merece ser
respeitado, pois foi o primeiro cientista a questionar o fixismo e defender
idéias sobre evolução. Ele introduziu também o conceito da adaptação dos
organismos ao meio, muito importante para o entendimento da evolução.
Quadro comparativo das idéias de Lamarck e Darwin
Um pouco da História do Darwinismo
A viagem de Darwin ao redor do mundo
Muitas das observações que levaram Charles Darwin a elaborar sua teoria
evolucionista ocorreram durante a viagem ao redor do mundo, como naturalista do
navio inglês H. S. S. Beagle. Durante os cinco anos que durou a viagem, iniciada
em 1831, Darwin visitou diversos locais da America do Sul (inclusive o Brasil) e
da Austrália, além de vários arquipélagos tropicais.
Durante a viagem do Beagle, Darwin fez escavações na Patagônia, onde encontrou
fósseis de mamíferos já extintos. Darwin descobriu o fóssil de um animal
gigantesco, com a organização esquelética muito semelhante à dos tatus que hoje
habitam o continente sul-americano.
Nas ilhas Galápagos, um conjunto de ilhas pequenas e áridas, situadas no Oceano
Pacífico a cerca de 800 Km da costa do Equador, Darwin encontrou uma fauna e uma
flora altamente peculiares, que variavam ligeiramente de ilha para ilha.
Darwin se torna adepto do evolucionismo
Darwin só se tornou verdadeiramente evolucionista vários meses após regressar de
sua viagem, em cerca de 1837. Só então, pode compreender o significado evolutivo
de suas observações em Galápagos e em outros locais ao rever suas anotações e
submeter o material coletado na viagem a diversos especialistas.
A pergunta que Darwin se fazia era: se os animais e plantas tinham sido criados
tal e qual se apresentam hoje, porque razão espécies distintas, mas notadamente
semelhantes, como as de pássaros e tartarugas de Galápagos, foram colocadas pelo
criador e ilhas próximas, e não distribuídas homogeneamente pelo mundo? Era
realmente surpreendente que ilhas de clima e condições físicas semelhantes, mas
distantes uma das outras (como Galápagos e Cabo Verde, por exemplo) não tivessem
espécies semelhantes.
Darwin acabou concluindo que a flora e a fauna de ilhas próximas são semelhantes
porque se originam de ancestrais comuns, provenientes dos continentes próximos.
Em cada uma das ilhas, as populações colonizadoras sofrem adaptações
específicas, originando diferentes variedades de espécies. Por exemplo, as
diversas espécies de pássaros fringilídeos de Galápagos provavelmente se
originaram de uma única espécie ancestral oriunda do continente sul-americano. A
diversificação da espécie original, que teria originado as diferentes espécies
atuais, deu-se como resultado às diferentes ilhas do arquipélago.
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Idéias e pessoas que influenciaram Darwin
Darwin foi influenciado pelos trabalhos de cientistas famosos, como o astrônomo
John Herschel (1792–1871) e o naturalista e viajante Alexandr Humboldt
(1767–1835). Este último foi responsável, segundo o próprio Darwin, pelo impulso
de viajar a terras desconhecidas em expedições científicas. O trabalho do
geólogo e amigo Charles Lyell (1797 – 1875) também marcou o estudo de Darwin.
Além de levar uma cópia do Princípios de Geologia, de Lyell, em sua viagem a
bordo de Beagle, as primeiras anotação de viagem de Darwin eram sobre os temas
de geologia.
Malthus
Darwin também aponta a influência das idéias do vigário inglês Thomas R. Malthus
(1766 – 1834) na elaboração do conceito de seleção natural. Em 1798, Malthus
sugeriu que a principal causa da miséria humana erro o descompasso entre o
crescimento das populações e a produção de alimentos. Disse ele: “O poder da
população é infinitamente maior do que poder da terrade produzir os meios de
subsistência para o homem. A população, se não encontra obstáculos, cresce de
acordo com uma progressão aritmética”.
Malthus não se referiu apenas às populações humanas, mas tentou imaginar a
humanidade submetida às mesmas leis gerais que regem populações de outras
espécies de seres vivos. Esse foi um dos méritos de seu trabalho, que chamou a
atenção de Darwin para as idéias de “luta pela vida” e “sobrevivência dos mais
aptos”.
Segundo Malthus, enquanto o crescimento populacional se dá em progressão
geométrica, a produção de alimentos aumenta em progressão aritmética. Isso seria
uma das explicações para a fome que assola boa parte da humanidade. Essas e
outras conclusões constam em seu Ensaio sobre a lei da população, de 1798.
Seleção artificial
Um dos argumentos apresentados por Darwin em favor da seleção dos mais aptos
baseou-se no estudo das espécies cultivadas pelo homem. Sabia-se que pelo menos
alguns animais domésticos e vegetais cultivados pertenciam a espécie com
representantes ainda em estado selvagem. Os exemplares domésticos, entretanto,
diferiam em tantas características dos selvagens que podiam, quanto ao seu
aspecto geral, até ser classificados como espécies diferentes.
Darwin se dedicou à criação de pombos, cujas as variedades domésticas eram
sabidamente originadas de uma única espécie selvagem, a Columba livia, a partir
da seleção artificialmente conduzida pelos criadores. Sua conclusão foi que a
seleção artificial podia ser compara àquela que a natureza exercia sobre as
espécies selvagens.
Da mesma forma que o homem seleciona reprodutores de uma determinada variedade
ou raça, permitindo que apenas os que têm a característica desejadas se
reproduzam, a natureza seleciona, nas espécies selvagens, os indivíduos mais
adaptados às condições reinantes. Estes deixam um número proporcionalmente maior
de descendentes, contribuindo significativamente para a formação da geração
seguinte.
A publicação da teoria de Darwin
Em 1844, Darwin escreveu um longo trabalho sobre a origem das espécies e a
seleção natural. Não o publicou, porém, porque tinha receio de que suas idéias
fossem um tanto revolucionárias. Amigos de Darwin, conhecedores da seriedade de
seu trabalho, tentaram inutilmente convencê-lo a publicar o manuscrito antes que
outros publicassem idéias semelhantes.
A teoria selecionista de Wallace
Em junho de 1858, Darwin recebeu uma carta do naturalista inglês Alfred Russel
Wallace (1823 – 1913), que continha conclusões fundamentalmente semelhantes às
suas. Wallace havia estudado as faunas da Amazônia e das Índias Orientais,
chegando à conclusão de que as espécies se modificavam por seleção natural.
Darwin ficou assombrado com as semelhanças do trabalho de Wallace em relação ao
seu próprio trabalho, entre outras coisas pelo fato de Wallace ter também se
inspirado em uma mesma fonte não biológica, o livro de Malthus, Ensaio sobre a
lei da população.
Darwin escreveu, então, um resumo de suas idéias, que foram publicadas
juntamente com o trabalho de Wallace, em 1º de julho de 1858. Um ano mais tarde,
Darwin publicou o trabalho completo no livro A origem das espécies. As anotações
de Darwin confirmaram que ele concebeu a sua teoria de evolução cerca de 15 anos
antes de ter recebido a carta de Wallace, e este admitiu que Darwin tinha,
realmente, sido o pioneiro.
Seleção Natural
A ação da seleção natural consiste em selecionar indivíduos mais adaptados a
determinada condição ecológica, eliminando aqueles desvantajosos para essa mesma
condição.
A expressão mais adaptado refere-se à maior probabilidade de determinado
indivíduo sobreviver e deixar descendentes em determinado ambiente.
A seleção natural atua permanentemente sobre todas as populações. Mesmo em
ambientes estáveis e constantes, a seleção natural age de modo estabilizador,
está presente, eliminando os fenótipos desviantes.
Entretanto, o ambiente não representa um sistema constante e estável, quer ao
longo do tempo, quer ao longo do espaço, o que determina interações diferentes
entre os organismos e o meio.
Essa heterogeneidade propicia diferentes pressões seletivas sobre o conjunto
gênico da população, evitando a eliminação de determinados alelos que, em um
ambiente constante e estável, não seriam mantidos. Dessa forma, a variabilidade
genética sofre menor redução.
É o que acontece com a manutenção na população humana de certos alelos que
normalmente seriam eliminados por serem pouco adaptativos. Um exemplo é o alelo
que causa uma doença chamada anemia falciforme ou siclemia.
Essa doença é causada por uma alelo que condiciona a formação de moléculas
anormais de hemoglobina com pouca capacidade de transporte de oxigênio. Devido a
isso, as hemácias que as contêm adquirem o formato de foice quando a
concentração de oxigênio diminui. Por essa razão são chamadas hemácias
falciformes.
Os heterozigóticos apresentam tanto hemácias e hemoglobinas normais como
hemácias falciformes. Apesar de ligeiramente anêmicos, sobrevivem, embora com
menor viabilidade em relação aos homozigóticos normais.
Em condições ambientais normais, o alelo para anemia falciforme sofre forte
efeito seletivo negativo, ocorrendo com baixa freqüência nas populações.
Observou-se, no entanto, alta freqüência desse alelo em extensas regiões da
África, onde há grande incidência de malária.
Essa alta freqüência deve-se à vantagem dos indivíduos heterozigotos para anemia
falciforme, pois são mais resistentes à malária. Os “indivíduos homozigóticos
normais” correm alto risco de morte por malária enquanto os “indivíduos
homozigóticos para a anomalia” morrem de anemia. Os heterozigóticos, entretanto,
apresentam, sob essas condições ambientais, vantagem adaptativa, propiciando a
alta taxa de um alelo letal na população.
Exemplos de seleção natural
Resistência a antibióticos ou a inseticidas
A resistência de bactérias a antibióticos e de insetos a inseticidas têm
aumentado muito nos últimos anos, havendo sempre a necessidade de se
desenvolverem novos antibióticos e novos inseticidas.
Tomemos como exemplo a resistência a antibióticos. Para isso imaginemos
inicialmente a existência de indivíduos adaptados a determinada condição
ambiental. Se introduzirmos nesse ambiente certa quantidade de antibiótico,
haverá grande mortalidade de bactérias, mas algumas, que já apresentavam
mutações que lhes conferem resistência a essa substância sobreviverão. Estas,
por sua vez, ao se reproduzirem originarão indivíduos com características
distribuídas em torno de outro tipo médio.
Se esses indivíduos forem submetidos a doses mais alta desse mesmo antibiótico,
novamente haverá alta mortalidade e sobreviverão apenas os que já tiverem
condições genéticas para resistir a doses mais altas do remédio. Repetindo-se o
procedimento, será possível obter populações cada vez com mais indivíduos
resistentes ao antibiótico em questão, podendo ocorrer um deslocamento da média
das características no sentindo da maior resistência a determinada substância.
Coloração de advertência
Alguns animais produzem ou acumulam substâncias químicas nocivas e apresentam
coloração vistosa, chamada coloração de advertência , sinalizando que eles não
devem ser ingeridos. Quem tenta se alimentar de um desses organismos aprende a
não comer outro semelhante.
A cobra coral e a rã de cores vibrantes acima possuem um veneno muito perigoso.
Um exemplo é a borboleta-monarca, que possui coloração laranja e preta muito
vistosa, sendo um animal facilmente visível no ambiente. Essa espécie de
borboleta produz substâncias que as tornam não-palatáveis aos seus predadores.
Eles aprendem a associar o padrão de coloração ao sabor desagradável e evitam
capturar essas borboletas.
O Melanismo Industrial
Antes da industrialização da Inglaterra, predominavam as mariposas claras; mas
as vezes apareciam mutantes escuros, dominantes, que, apesar de serem mais
robustos, eram eliminados pelos predadores por serem visíveis. Depois da
industrialização, no século passado, os mutantes escuros passaram a ser
mimetizados pela fuligem. Estes passaram a ser menos predados, por estarem
"escondidos", o que aumentou a sua freqüência na população. Os predadores das
mariposas, como por exemplo, os passaros atuam como agentes seletivos.
Camuflagem e mimetismo
A ação da seleção natural também é verificada no estabelecimento de
características que tornam os organismos semelhantes a outros ou a objetos do
ambiente, de modo que passam despercebidas de seus predadores ou estes às suas
presas.
Falsa coral e coral verdadeira.
É o caso de certos animais que são menos predados, pois, por seleção natural,
passam a ter uma coloração que os torna imperceptíveis no meio, combinando seu
padrão de cor com o do ambiente: cascas de árvores, cor da areia galhos e
folhas, por exemplo.
Por outro lado, certos predadores também podem apresentar a cor do meio de modo
que a presa não percebe a sua presença e é mais facilmente capturada.
Além da cor, certos animais passam a ter também por seleção natural, a forma e a
cor de estruturas do meio onde vivem. É o caso dos insetos bicho-folha e
bicho-pau, que se assemelham a folhas e gravetos respectivamente. Esses casos
são chamados de camuflagem.
Bicho-folha e Bicho-pau
A teoria sintética da evolução
De 1900 até cerca de 1920, os adeptos da genética mendeliana acreditavam que
apenas as mutações eram responsáveis pela evolução e que a seleção natural não
tinha importância nesse processo.
Depois disso vários cientistas começaram a conciliar as idéias sobre seleção
natural com os fatos da Genética, o que culminou com a formulação da Teoria
sintética da evolução, às vezes chamada também de Neodarwinismo.
Conforme Darwin já havia proposto, essa teoria considera a população como a
unidade evolutiva. Uma população pode ser definida como um grupamento de
indivíduos da mesma espécie que ocorrem em uma mesma área geográfica, em um
mesmo intervalo de tempo.
Cada população apresenta determinado conjunto gênico, que pode ser alterado de
acordo com fatores evolutivos. O conjunto gênico de uma população é o conjunto
de todos os genes presentes nessa população. Assim, quanto maior for o conjunto
gênico da população, maior será a variabilidade genética.
Os principais fatores evolutivos que atuam sobre o conjunto gênico da população
podem ser reunidos em duas categorias:
fatores que tendem a aumentar a variabilidade genética da população – mutação e
permutação;
fatores que atuam sobre a variabilidade genética já estabelecida – migração,
deriva genética e seleção natural.
Sabe-se que uma população está evoluindo quando se verificam alterações na
freqüência de seus genes. Atualmente considera-se a evolução como o conceito
central e unificador da Biologia, e uma frase marcante que enfatiza essa idéia
foi escrita pelo cientista Dobzhansky: “Nada se faz em biologia a não ser à luz
da evolução”.
Bases genéticas da evolução
A mutação cria novos genes, e a recombinação os mistura com os genes já
existentes, originando os indivíduos geneticamente variados de uma população. A
seleção natural, por sua vez, favorece os portadores de determinados conjuntos
gênicos adaptativos, que tendem a sobreviver e se reproduzir em maior escala que
outros. Em função da atuação desses e de outros fatores evolutivos, a composição
gênica das populações se modifica ao longo do tempo.
Mutações
As mutações podem ser cromossômicas ou gênicas. As mutações cromossômicas podem
ser alterações no número ou na forma dos cromossomos. As mutações gênicas
originam-se de alterações na seqüência de bases nitrogenadas de determinado gene
durante a duplicação da molécula de DNA. Essa alteração pode ocorrer por perda,
adição ou substituição de nucleotídeos, o que pode originar um gene capaz de
codificar uma proteína diferente da que deveria ter sido codificada.
As mutações gênicas são consideradas as fontes primárias da variabilidade, pois
aumentam o número de alelos disponíveis em um lócus, incrementando um conjunto
gênico da população. Embora ocorram espontaneamente, podem ser provocados por
agentes mutagênicos, como radiações e certas substâncias químicas (a droga
ilegal LSD, por exemplo).
As mutações não ocorrem para adaptar o indivíduo ao ambiente. Elas ocorrem ao
acaso e, por seleção natural, são mantidas quando adaptativas (seleção positiva)
ou eliminadas em caso contrário (seleção negativa). Podem ocorrer em células
somáticas ou em células germinativas; neste último caso as mutações são de
fundamental importância para a evolução, pois são transmitidas aos descendentes.
Para saber mais sobre mutação, clique aqui!
opulação mendeliana
Na linguagem diária, o termo “população” é muito empregado em contextos
geográficos ou ecológicos para se referir à população de uma cidade, de um país
ou de um determinado ambiente natural. Em genética, no entanto, usa-se uma
definição mais específica:
População é um conjunto de indivíduos que se reproduzem sexuadamente,
compartilhando um patrimônio gênico comum.
Essa definição foi proposta em 1950 por Theodosius Dobzhansky (1900-1975) e
caracteriza o que se convencionou chamar população mendeliana, por aludir ao
aspecto genético.
Em uma população mendeliana, com exceção dos gêmeos univitelinos, os indivíduos
são diferentes um dos outros em uma serie de características. Cada indivíduo
possui seu conjunto gênico particular, diferente do conjunto gênico de todos os
demais membros da população.
Migração
A migração corresponde à entrada ou à saída de indivíduos em uma população. A
entrada denomina-se imigração e a saída emigração.
Pelos processos migratórios é possível que genes novos sejam introduzidos em uma
população. Assim, se indivíduos emigrarem de uma população para a outra da mesma
espécie, poderão introduzir genes que não ocorriam na população para a qual
imigraram, contribuindo para o aumento da variabilidade genotípica dessa
população.
Por meio das migrações é estabelecido um fluxo gênico, que tende a diminuir as
diferenças genéticas entre as populações da mesma espécie.
Estimando freqüências gênicas em populações
Considere uma par de alelos A e a. Em uma população hipotética de 10.000
indivíduos, suponha que 3.600 sejam homozigotos AA, 1600 sejam homozigotos aa e
4.800 sejam heterozigotos Aa.
Nessa população há um total de 20.000 alelos do loco gênico considerado, uma vez
que cada indivíduo apresenta um par deles.
O número de alelos A é 12.000, pois os 3.600 indivíduos homozigotos AA
apresentam um total de 7.200 alelos A, e os 4.800 heterozigotos Aa apresentam um
total de 4800 alelos A (7.200 + 4.800 = 12.000).
AA
3.600
A = 3.600
12.000
20.000
A = 3.600
Aa
4.800
A = 4.800
a = 4.800
8.000
aa
1.600
a = 1.600
a = 1.600
A freqüência de A é calculada dividindo-se o número total de alelos A (12.000)
pelo número total de pares de alelos da população considerada (20.000).
Portanto, nesse caso, a freqüência de A é igual a 0,6 ou 60% (f(A) =
12.000/20.000 = 0,6).
A freqüência do alelo a pode ser calculada da mesma maneira. Os 1.600 indivíduos
homozigotos aa apresentam um total de 3.200 alelos a, e os 4800 heterozigotos Aa
apresentam 4800 alelos a, totalizando 8.000 genes. Portanto, a freqüência de a é
igual a 0,40 ou 40% (f(a) = 8.000/20.000 = 0,4).
Alelos
Nº total de alelos
Nº total de alelos na população considerada
Freqüência dos alelos na população
A
12.000
20.000
12.000/20.000 = 0,6
a
8.000
8.000/20.000 = 0,4
O segundo cálculo é desnecessário, uma vez que a soma das freqüências dos alelos
de um loco, em uma população, é sempre igual a 1. No caso:
f(A) + f(a) = 1 ou 100%
Utilizando no exemplo:
0,6 + 0,4 = 1
Conseqüentemente:
f(a) = 1-f(A)
Utilizando no exemplo:
f(a) = 1- 0,6
f(a) = 0,4
O princípio de Hardy-Weinberg
Em 1908 o matemático inglês Godfrey H. Hardy (1877 – 1947) e o médico alemão
Wilhem Weinberg concluíram que, se nenhum fator evolutivo atuasse sobre uma
população que satisfizesse certas condições, as freqüências de seus alelos
permaneceriam inalteradas ao longo das gerações. Esse princípio ficou conhecido
como lei ou teorema de Hardy-Weinberg ou princípio do equilíbrio gênico.
Condições para o equilíbrio de Hardy-Weinberg
As condições necessárias para que uma população se mantenha em equilíbrio
gênico, segundo Hardy e Weinberg, são as seguintes:
A população deve ser muito grande (teoricamente, quanto maior, melhor), de modo
que possam ocorrer todos os tipos de cruzamento possíveis , de acordo com as
leis de probabilidades.
A população deve ser panmítica (do grego pan, todos, e do latim miscere,
misturar), isto é os cruzamentos entre indivíduos de diferentes genótipos devem
ocorrer ao acaso, sem qualquer preferência.
Uma população que possua essas características, e na qual não ocorra nenhum
fator evolutivo, tais como mutação, seleção ou migração, permanecerá em
equilíbrio gênico, ou seja, as freqüências dos alelos não sofrem alteração ao
longo das gerações.
A expressão do equilíbrio gênico
Suponhamos uma população em equilíbrio gênico, na qual as freqüências dos alelos
A e a (não-ligados ao sexo) são respectivamente, 80% e 20% (0,8 e 0,2).
Sabendo-se que cada gameta porta apenas um alelo de cada gene, conclui-se que
80% dos gametas produzidos pelos membros dessa população serão portadores do
alelo A, e que 20% serão portadores do alelo a.
Um indivíduo homozigoto AA se forma quando um gameta masculino portador de um
alelo A fecunda um gameta feminino também portador de um alelo A. A
probabilidade de esse evento acontecer é igual ao produto das freqüências com
que ocorrem esses tipos de gametas. Assim a probabilidade de se formar um
indivíduo AA é 0,64 ou 64%.
f(A) x f(A) = 0,8 x 0,8 = 0,64 ou 64%
Um indivíduo homozigoto aa, por sua vez, se origina quando dois gametas a se
encontram. A probabilidade de esse evento ocorrer é igual ao produto das
freqüências com que ocorreram esses gametas. A probabilidade de se formar um
indivíduo aa é 0,04 ou 4%.
f(a) x f(a) = 0,2 x 0,2 = 0,04 ou 4%
Um indivíduo heterozigoto Aa se forma quando um gameta masculino A fecunda um
gameta feminino a, ou quando um gameta masculino a fecunda um gameta feminino A.
A probabilidade desses eventos ocorrerem é 0,32 ou 32%.
f(A) x f(a) + f(a)x f(A) = 0,8 x 0,2 + 0,2 x 0,8 = 0,32 ou 32%
Se denominarmos p a freqüência do alelo dominante, e q a freqüência do alelo
recessivo, podemos escrever que a freqüência de indivíduos AA é igual a p2, a
freqüência de indivíduos aa é igual a q2, e a de indivíduos heterozigotos Aa é
igual a 2pQ. Veja por quê:
Freqüência dos alelos nos gametas masculinos
p = f(A) q = f(a)
Freqüência dos alelos dos gametas femininos
p = f(A)
q = f(a)
p2 = f(AA)
pq = f(Aa)
qp = f(aA)
q2 = f(AA)
A soma das freqüências dos diferentes genótipos será igual a 1 ou 100%.
p2 + 2 pq + q2 = 1
[f(AA)] [f(Aa) + f(aA)] [f(aa)]
O princípio de Hardy-Weinberg estabelece que, para um determinado par de alelos
com freqüências p e q, em uma população mendeliana em equilíbrio, a freqüência
dos diferentes genótipos em cada geração estará de acordo com a expressão p2 +
2pq + q2 = 1.
Importância do princípio de
Hardy-Weinberg
O princípio de Hardy-Weinberg estabelece um padrão teórico para o comportamento
gênico ao longo das gerações. Na prática, ele nos ajuda a perceber se uma
população se encontra ou não em equilíbrio, chamando a atenção para os possíveis
fatores evolutivos que estão atuando.
O geneticista F. J. Ayala (1934), da Universidade de Califórnia (EUA), compara o
princípio de Hardy-Weinberg com a primeira lei da mecânica de Newton, segundo o
qual um corpo em movimento mantém constante sua velocidade enquanto não houver
intervenção de nenhuma força externa. Os corpos sempre estão sujeitos a forças
externas, mas a lei de Newton é um ponto de partida teórico, importante para
compreensão da Mecânica. O princípio de Hardy-Weinberg diz que na ausência de
fatores evolutivos as freqüências gênicas se mantêm constantes em uma população
teórica. Sempre há fatores evolutivos em ação nas populações reais. No entanto a
lei de Hardy-Weinberg é importante porque permite determinar quanto e como o
equilíbrio de uma população está sendo afetado pelos fatores evolutivos.
Fatores que alteram o equilíbrio gênico
Os principais fatores que afetam o equilíbrio gênico são a mutação, a migração,
a seleção e a deriva gênica.
Mutação e frequências gênicas
A mutação, processo pelo qual um alelo se transforma em outro, pode alterar a
frequência gênica de uma população. Se a taxa de mutação de um gene A para seu
alelo a for maior do que a taxa de mutação inversa (a à A), ocorrerá aumento na
freqüência do alelo a e a diminuição na frequência de A.
Migração e frequências gênicas
As diferentes populações de uma mesma espécie nem sempre são isoladas.
Indivíduos podem migrar, incorporando-se a uma população (imigração) ou saindo
dela (emigração)
As migrações podem alterar a constituição gênica de uma população. Por exemplo,
se uma população constituída apenas por pessoas de olhos azuis migrar para uma
região onde a maioria das pessoas tenham olhos castanhos, haverá aumento da
freqüência do alelo que condiciona olhos azuis e diminuição correspondente na
freqüência do alelo que condiciona olhos castanhos.
Seleção e frequências gênicas
Dependendo de sua constituição gênica, um indivíduo pode apresentar maior ou
menor chance de sobreviver e se reproduzir.
Um exemplo disso é o melanismo industrial. Mariposas portadoras de genótipo para
a cor escura são mais intensamente caçadas pelos pássaros do que as mariposas
claras, em áreas não-poluídas. Por isso, a frequência do gene que condiciona cor
escura permanece baixa. Nas áreas poluídas ocorre o contrário: as mariposas mais
intensamente caçadas pelos pássaros são as de cor clara. Com isso, aumenta a
freqüência de mariposas escuras e a freqüência do alelo que condiciona esta
característica.
Deriva gênica
Desastres ecológicos, como incêndios florestais, inundações, desmatamentos,
etc., podem reduzir tão drasticamente o tamanho de uma população que os poucos
sobreviventes não são amostras representativas da população original, do ponto
de vista genético. Por acaso, e não por critérios de adaptação, certos alelos
podem ter a sua freqüência subitamente aumentada, enquanto os outros alelos
podem simplesmente desaparecer. Esse fenômeno é denominado deriva gênica.
Principio do fundador
Um caso extremo de deriva gênica é o chamado principio do fundador: uma nova
população é “fundada” por um ou poucos indivíduos, seja porque a população
ancestral sofreu uma diminuição drástica, seja porque um pequeno número de
indivíduos de uma população migrou para outra região, onde deu origem a uma nova
população.
Nessas condições, os indivíduos que iniciaram a nova população, por serem
poucos, geralmente não constituem uma amostra representativa da população
original. Há casos em que uma única fêmea grávida funda uma nova população. Essa
fêmea obviamente não possuirá uma amostra significativa dos diferentes tipos de
alelos presentes na população original.
A deriva gênica parece ter sido um fenômeno comum na colonização de ilhas
distantes dos continentes, às quais conseguem chegar poucos indivíduos
provenientes das populações continentais. Nas ilhas, os “fundadores” iniciam
populações cujas frequências gênicas são geralmente bem diferentes das
populações continentais originais.
Exemplo do princípio fundador no homem
Um exemplo do princípio do fundador na espécie humana foi verificado em
comunidades religiosas, originárias da Alemanha, que se estabeleceram nos
Estados Unidos. Devido a seus costumes e religião, os membros dessas
comunidades, chamadas Dunker, mantiveram-se isolados da população
norte-americana.
A análise da freqüência de alguns genes nos membros da comunidade Dunker mostrou
diferenças significativas tanto em relação à população norte-americana quanto em
relação à população alemã. As diferenças de freqüência gênica na população
Dunker não posem ser atribuídas a fatores seletivos ambientais, pois esses
também teriam agido sobre a população norte-americana.
A explicação mais plausível é que os Dunker norte-americanos, oriundos da
Alemanha, não eram amostra representativa da população alemã, no tocante às
freqüências dos genes analisados. Nos Estados Unidos, como eles se mantiveram
isolados, suas freqüências gênicas se mantiveram diferenciadas da população
norte americana.
