Genoma e impacto do ambiente abrem novos rumos para teoria da evolução
Autor: alam | Publicado: 2009-12-20T00:22:00-08:00

    
Publicação de 'A Origem das Espécies' completa 150 anos

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                                        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&nbsp;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:&nbsp;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.

                                                                       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.

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