O pensamento evolutivo

Até meados do século XIX defendia-se que as espécies eram imutáveis, princípio chamado fixismo. Somente a partir do início do século XX a evolução passou a ser mais aceita, e é hoje considerada o eixo central da Biologia.

O fixismo começou a ser contestado primeiramente por Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829), e depois por Charles Darwin (1809-1882) e Alfred Russel Wallace (1823-1913).

Vamos de início comentar algumas das evidências que foram importantes no desenvolvimento das ideias sobre evolução e outras que têm sido usadas mais recentemente para entender esse processo.

Evidências evolutivas

Homologia

A teoria evolutiva apresenta argumentos fortemente corroborados pelo estudo comparativo dos organismos, sejam eles fósseis ou atuais.

No estudo comparado dos seres vivos deparamo-nos com estruturas semelhantes em diferentes espécies. Essas semelhanças podem ser por analogia ou por homologia.

Esquemas de estruturas análogas.
Esquemas de estruturas análogas.

Estruturas análogas são as que se assemelham simplesmente por exercerem a mesma função, mas não derivam de modificações de estruturas semelhantes já existentes em um ancestral comum exclusivo. São estruturas semelhantes quanto à função, mas que não têm a mesma origem embriológica. Esse tipo de semelhança não é usado nos estudos que visam estabelecer relações de parentesco evolutivo.

São análogas, por exemplo, as asas das aves e as dos insetos: ambas desempenham a mesma função, que é o voo, mas não são derivadas das mesmas estruturas presentes em um ancestral comum exclusivo entre aves e insetos.

As estruturas análogas são fruto do que se chama evolução convergente (ou convergência evolutiva). Nesse processo, em função da adaptação a uma condição ecológica semelhante, determinadas estruturas evoluem independentemente em dois ou mais grupos de seres vivos que não possuem um ancestral comum exclusivo.

Estruturas homólogas são aquelas que derivam de estruturas já existentes em um mesmo ancestral comum exclusivo, podendo ou não estar modificadas para exercer uma mesma função.

São exemplos de estruturas homólogas entre si: os ossos dos braços dos seres humanos, dos membros anteriores dos cavalos, das asas dos morcegos e das nadadeiras das baleias. Essas estruturas são homólogas porque derivam do membro anterior presente no grupo ancestral que deu origem aos mamíferos. Nesse caso, elas não desempenham a mesma função, falando-se em divergência evolutiva.

Esquema de homologia entre os ossos dos membros anteriores dos mamíferos.
Esquema de homologia entre os ossos dos membros anteriores dos mamíferos.

Existem, no entanto, estruturas homólogas que também estão adaptadas a uma mesma função. E o caso das nadadeiras anteriores das baleias e dos golfinhos, ambos mamíferos com os membros anteriores modificados para a vida em ambiente aquático.

Nos estudos de relações de parentesco evolutivo devem ser considerados apenas caracteres homólogos. Esses caracteres podem corresponder a duas condições: à condição primitiva, que ocorre no grupo ancestral, ou à derivada, que equivale a uma modificação da forma primitiva e ocorre em um ou mais grupos de organismos derivados desse ancestral.

As condições derivadas são as usadas na definição das relações evolutivas entre os grupos de seres vivos.

Órgãos vestigiais

Órgãos vestigiais são aqueles que em alguns organismos são de tamanho reduzido e geralmente não têm função, mas que em outros organismos são maiores e exercem função definida. A importância evolutiva desses órgãos vestigiais é a indicação de parentesco evolutivo.

Esquema de segmentos do intestino de coelho e de ser humano.
Esquema de segmentos do intestino de coelho e de ser humano.

Um exemplo bem conhecido de órgão vestigial no ser humano é o ceco e o apêndice vermiforme (ou apêndice cecal).

Nos mamíferos roedores, o ceco é uma estrutura bem desenvolvida, onde o alimento parcialmente digerido é armazenado e a celulose, abundante nos vegetais ingeridos, é degradada pela ação de bactérias especializadas. Em alguns desses animais, como o coelho, o ceco apresenta uma extremidade final mais estreita denominada apêndice, que corresponde ao apêndice vermiforme (apêndice cecal) humano.

Estudo dos fósseis

É considerado fóssil qualquer indício da presença de organismos que viveram em tempos remotos da Terra.

As partes duras do corpo dos organismos são as mais frequentemente conservadas nos processos de fossilização, mas existem casos em que a parte mole do corpo também é preservada. Dentre esses casos, podem-se citar os fósseis congelados, como o mamute encontrado na Sibéria do Norte, e os fósseis de insetos encontrados em âmbar.

No caso dos insetos, aqueles que eram recobertos pela resina pegajosa eliminada pelos pinheiros morriam. A resina endurecia, transformando-se em âmbar, e o inseto ali contido era preservado com detalhes de sua estrutura.

Também são consideradas fósseis impressões deixadas por organismos que viveram em eras passadas, como pegadas de animais extintos, e impressões de folhas, de penas de aves extintas e da superfície da pele de dinossauros.

Fotografia de esqueleto de um dinossauro.
Fotografia de esqueleto de um dinossauro.

A importância do estudo dos fósseis para a evolução está na possibilidade de conhecermos organismos que viveram em épocas remotas da Terra e muitas vezes sob condições ambientais distintas das encontradas atualmente, o que pode nos fornecer indícios de seu parentesco com as espécies atuais.

Evidências moleculares

Sabemos que todos os organismos com estrutura celular possuem como material genético o DNA e que os genes são trechos dessas moléculas de DNA transcritos em moléculas de RNA que podem ser traduzidos em proteínas. Portanto, o DNA, o RNA e as proteínas são moléculas presentes em todos os seres vivos desde que eles surgiram na Terra.

Modificações nessas moléculas foram fundamentais no processo da evolução e permitiram a grande diversificação dos seres vivos. Assim, comparando as sequências de bases nitrogenadas do DNA ou do RNA, ou comparando as proteínas de diferentes espécies de seres vivos, podemos estabelecer o grau de proximidade entre essas espécies. Isso significa que podemos estabelecer o grau de parentesco evolutivo entre elas.

Quanto maior for a semelhança nas sequências das bases nitrogenadas dos ácidos nucleicos, ou quanto maior a semelhança entre as proteínas dessas espécies, maior será a proximidade evolutiva entre elas.

As ideias de Lamarck

Jean-Baptiste Lamarck.
Jean-Baptiste Lamarck.

Lamarck, naturalista francês, foi o primeiro a propor uma teoria sistemática 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 essas características seriam transmitidas para as próximas gerações. Assim, ao longo do tempo os organismos se modificariam, podendo dar origem a 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;
  • 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 penas 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 ideias 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 acreditava-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 ideias sobre evolução. Ele introduziu também o conceito da adaptação dos organismos ao meio, muito importante para o entendimento da evolução.

A Teoria da seleção natural

Charles Darwin.
Charles Darwin.

Entre dezembro de 1831 e outubro de 1836 o naturalista inglês Charles Darwin realizou uma viagem ao redor do mundo a bordo do navio H. M. S. Beagle.

Com base em muitas observações da natureza e em especial da fauna do arquipélago de Galápagos, Darwin começou a contestar a imutabilidade das espécies. Foi então que suas ideias sobre evolução começaram a ser elaboradas.

Somente em Galápagos existe uma espécie de iguana marinha que mergulha na água para se alimentar de algas e existem certas espécies de jabutis gigantes que chegam a ter mais de 100 kg de massa corpórea.

As aves de Galápagos foram de grande importância para o desenvolvimento da teoria de Darwin sobre a atuação da seleção natural na especiação. Ele ficou impressionado com as espécies de tentilhão (pássaros da Família Fringillidae) que ocorrem nas diferentes ilhas. A semelhança entre essas espécies levou Darwin a supor que todas elas se diferenciaram a partir de um grupo ancestral comum, que teria migrado, há muito tempo, do continente para essas ilhas e que, por seleção natural, teriam se adaptado a diferentes modos de vida, dando origem às diferentes espécies.

Em 1838, Darwin leu o ensaio de Thomas Malthus (1766-1834) sobre os princípios que regem as populações humanas, escrito em 1798. Malthus argumentava que o crescimento sem controle da população humana levaria à fome, pois, enquanto a população cresce em escala geométrica, a produção de alimentos cresce em escala aritmética.

Darwin imaginou que esses argumentos poderiam ser aplicados para as populações dos demais seres vivos, em que o crescimento populacional seria controlado por limites impostos pelo meio. A falta de recursos disponíveis para todos levaria a disputas entre os organismos, e apenas aqueles com características mais vantajosas teriam condições de sobreviver e deixar descendentes. Assim, o meio atuaria selecionando naturalmente os organismos mais adaptados a ele.

Nos 20 anos que se seguiram após seu retorno, Darwin trabalhou em muitos outros projetos e amadureceu suas ideias sobre evolução. Somente em 1856 começou a escrever o livro que seria o mais importante de sua vida e um dos mais importantes da história da Biologia: A origem das espécies por meio da seleção natural, ou a preservação das raças favorecidas na luta pela vida. Esse livro só foi publicado em 1859.

Alfred Russel Wallace.
Alfred Russel Wallace.

Em junho de 1858, o naturalista inglês Alfred Wallace, com base nos estudos que realizou na América do Sul e no arquipélago Malaio, chegou de forma independente às mesmas conclusões de Darwin sobre evolução por seleção natural.

Wallace enviou a Darwin uma carta falando sobre suas ideias a respeito da seleção natural, e os dois redigiram um documento que foi lido numa memorável reunião científica em Londres, em julho de 1858.

As ideias de Wallace foram tão bem elaborada quanto as de Darwin, mas em função principalmente de publicação do livro A origem das espécies, emitem grande quantidade de informações sobre o assunto, a Teoria da evolução por seleção nartural ficou conhecida como sendo apenas de Darwin. Apesar de Wallace não ter apresentado um trabalho de tão amplo alcance como fez Darwin, ele merece os créditos da elaboração da Teoria da evolução por seleção natural.

O livro A origem das espécies apresenta duas ideias centrais:

  • todos os organismos descendem, com modificações, de ancestrais comuns;
  • o principal agente de modificações é a ação da seleção natural sobre as variações individuais.

Na primeira ideia Darwin contestava a imutabilidade das espécies, reunindo argumentos com base em estudos de fósseis, da distribuição geográfica das espécies, da anatomia e da embriologia comparadas e da modificação dos organismos domesticados. Neste último caso ele se referia à seleção artificial realizada pelo ser humano, dando origem, por exemplo, às diferentes raças de cães e gatos.

Para a segunda ideia Darwin argumentava que os organismos mais bem adaptados ao meio têm maiores chances de sobrevivência, deixando um número maior de descendentes. Esses organismos são, portanto, naturalmente selecionados pelo ambiente. O contrário ocorre com os organismos menos adaptados ao meio.

Darwin admitia que os organismos de uma população não são idênticos entre si, apresentando variações em todos os caracteres. Essas variações é que tornam os indivíduos mais adaptados ou menos adaptados ao meio em que vivem.

Na natureza, os recursos são limitados e por isso são disputados pelos organismos, vencendo os que possuem o conjunto de características mais vantajosas para as condições daquele meio. Esse fato é que mantém o número de indivíduos de uma população mais ou menos constante. Os organismos com características vantajosas têm, portanto, mais chances de sobreviver e se reproduzir, passando essas características aos descendentes. Com o tempo essa população vai se modificando, ou seja, vai evoluindo por seleção natural.

Do mesmo modo que Lamarck e Wallace, Darwin também não conseguiu explicar satisfatoriamente a origem da variabilidade nas populações, nem como as características são transmitidas ao longo das gerações.

Com o reconhecimento dos trabalhos de Mendel, em 1900, começaram a surgir explicações sobre os mecanismos de herança. A Genética ganhou, então, grande impulso, e com ela desenvolveram-se os estudos que buscam explicar os mecanismos da evolução das espécies.

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 ideias 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 frequência de seus genes.

Atualmente considera-se a evolução como o conceito central e unificador da Biologia, e uma frase marcante que enfatiza essa ideia foi escrita pelo cientista Dobzhansky: “Nada se faz em Biologia a não ser à luz da evolução”.

Embora a Teoria sintética da evolução seja a mais unificadora da Biologia atual, ainda existem correntes que se opõem a ela. Uma delas é a corrente criacionista e fixista, que se baseia em crenças religiosas.

Mutação

As mutações podem ser cromossômicas ou gênicas. As mutações cromossômicas já foram mencionadas e podem ser alterações no número ou na forma dos cromossomos. As mutações gênicas originam-se de alterações na sequência 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. Neste artigo nos deteremos nas mutações gênicas.

As mutações gênicas são consideradas as fontes primárias da variabilidade, pois aumentam o número de alelos disponíveis em um lócus, incrementando o conjunto gênica da população. Embora ocorram espontaneamente, podem ser provocadas 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.

Permutação

Além da segregração independente dos cromossomos na meiose, que por si só já gera diferentes tipos de gametas, nas permutações há trocas de partes entre cromossomos homólogos, estabelecem-se novas combinações entre os genes, aumentando, ainda mais, a variedade de tipos de gametas que podem ser produzidos. Essa maior variedade de gametas traz como consequência o provável aumento da variedade genotípica nos indivíduos das gerações seguintes, o que representa um fator evolutivo importante.

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 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 gênica, que tende a diminuir as diferenças genéticas entre as populações da mesma espécie.

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, que 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 um 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 frequência nas populações. Observou-se, no entanto, alta frequência desse alelo em extensas regiões da Africa, onde há grande incidência de malária.

Essa alta frequência deve-se a vantagem dos indivíduos heterozigóticos 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.

Deriva genética

Esse processo ocorre quando a alteração na frequência dos genes é devida ao acaso e não à seleção natural. E o que acontece, por exemplo, quando grandes áreas de uma floresta são dizimadas pelo fogo ou por enchentes, restando apenas alguns indivíduos de certas espécies que não foram atingidas por esses desastres ecológicos. Somente os genes presentes nesses indivíduos comporão o novo conjunto gênico da nova população, e esse conjunto pode não ser representativo da população original.

Um caso particular de deriva genética é o principio do fundador, que se refere ao estabelecimento de uma nova população a partir de poucos indivíduos que emigram de uma população original.

Esses indivíduos serão portadores de pequena fração da variabilidade genética da população de origem, e seus descendentes apresentarão apenas essa variabilidade, até que alelos novos ocorram por mutação. Essa pequena população sofrerá os efeitos da seleção natural, podendo dar origem a uma nova espécie.

O estabelecimento de populações pelo princípio do fundador parece ser um dos métodos mais comuns de dispersão de inúmeras espécies de animais.

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