Evolução biológica: teorias, processos, testes e exemplos

A evolução biológica é a mudança nas propriedades de grupos de organismos no decurso de gerações. Grupos de organismos da mesma espécie são conhecidos como “populações biológicas”.

Em essência, a moderna teoria da evolução neodarwiniana diz que consiste em uma mudança gradual das formas de vida. Começou – presumivelmente – com uma molécula com a capacidade de se replicar cerca de 3,5 bilhões de anos atrás.

Evolução biológica: teorias, processos, testes e exemplos 1

Fonte: chensiyuan [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]

Com o passar do tempo, houve uma ramificação das linhagens e surgiram novas e diversas espécies. Os mecanismos para essa mudança evolutiva são a seleção natural e a deriva genética.

A biologia evolutiva busca entender a origem da diversidade biológica e como ela é mantida. Por ser uma ciência central da biologia, é geralmente considerada um pensamento unificador, que integra as diferentes disciplinas das ciências biológicas.

Essa propriedade unificadora da biologia evolutiva foi marcada na famosa frase de Teodósio Dobzhansky: “Nada faz sentido na biologia, se não estiver à luz da evolução”.

Hoje, a biologia evolutiva tem desfrutado de todos os avanços da ciência, permitindo reconstruir filogenias usando numerosos caracteres moleculares e poderosas análises estatísticas.

Qual é o processo evolutivo?

Evolução é um termo que deriva do evolvere de raízes latinas, que se traduz como desdobramento ou revelação de um potencial oculto. Hoje, a palavra evolução simplesmente evoca uma mudança. É provável que faça parte do nosso léxico diário se referir a mudanças em um objeto ou em uma pessoa.

No entanto, a evolução biológica refere-se a mudanças em grupos de organismos ao longo das gerações. Essa definição geral de evolução é usada por Futuyma (2005). É importante destacar que organismos como indivíduos não evoluem, enquanto grupos de organismos evoluem.

Na biologia, o conjunto de indivíduos da mesma espécie que coexistem no tempo e no espaço são chamados populações. Para que uma mudança em uma população seja considerada evolutiva, ela deve ser passada de uma geração para outra através do material genético.

Teorias científicas da evolução

Desde tempos imemoriais, o ser humano tem sentido uma curiosidade intrínseca sobre a origem da vida e a existência da enorme diversidade que os seres orgânicos apresentam.

Como o naturalista britânico Charles Darwin (1809-1882) teve um impacto significativo no desenvolvimento dessa ciência, examinaremos as teorias propostas antes e depois de suas contribuições.

Antes de Darwin: criacionismo e imutabilidade de espécies

Antes de Darwin, os naturalistas e outros cientistas eram caracterizados por manter um pensamento criacionista sobre a origem das espécies.

Visões essencialistas foram tratadas, onde cada espécie possuía uma essência imutável e a variação que observamos no grupo se deveu apenas às imperfeições do ser. Essa concepção foi tratada na época de Platão e Aristóteles.

Algum tempo depois, os cristãos começaram a interpretar as passagens da Bíblia literalmente, entendendo que os seres orgânicos foram criados em um único evento por uma entidade sobrenatural. Essa concepção não permitiu mudanças nas espécies ao longo do tempo, uma vez que foram criadas sob perfeição divina.

No século 18, o objetivo dos naturalistas era catalogar o plano divino que Deus havia criado. Por exemplo, Linnaeus estabeleceu a base da taxonomia atual ao longo dessa linha de pensamento.

Posteriormente, essa visão foi desafiada por vários pensadores. A teoria pré-darwiniana mais relevante da época foi formulada por Jean Baptiste Lamarck. Para ele, cada espécie se originou individualmente por geração espontânea e foi capaz de “progredir” ou melhorar com o tempo.

Um dos princípios mais relevantes estabelecidos por Lamarck foi a herança dos personagens adquiridos. Esse naturalista acreditava que as diferentes características que adquirimos ao longo de nossas vidas poderiam ser transmitidas aos nossos filhos.

Por exemplo, sob a visão lamariana, um fisiculturista que trabalha duro em todos os seus grupos musculares tinha que ter filhos com músculos desenvolvidos. O mesmo princípio se aplicará ao desuso dos órgãos.

Contribuições de Darwin e Wallace à biologia evolutiva: seleção natural

O nome de Charles Darwin geralmente aparece na maioria dos textos de biologia, independentemente de sua especialidade. Darwin revolucionou a biologia e a ciência em geral, com uma magnitude incrível – comparável, por exemplo, às contribuições de Newton.

Na juventude, Darwin manteve um pensamento fiel aos ensinamentos bíblicos. No entanto, acompanhado por um pensamento religioso, Darwin manifestou interesse nas ciências naturais, por isso se cercou das mentes científicas mais brilhantes do momento.

A jornada no Beagle

A vida de Darwin mudou quando, muito cedo, ele começou uma viagem a bordo do HMS Beagle, um navio britânico que explorava diferentes regiões da América do Sul. Após uma viagem que durou alguns anos, Darwin observou e coletou uma enorme diversidade de fauna e flora da América do Sul.

Graças à sua ótima situação financeira, Darwin pôde dedicar sua vida exclusivamente ao seu trabalho nas ciências biológicas. Após extensas meditações – e também leituras sobre economia – Darwin gerou sua teoria da seleção natural.

A seleção natural é uma idéia simples e poderosa, sendo um importante mecanismo evolutivo – embora não seja o único, como veremos mais adiante.

Essa idéia não foi apenas deduzida por Darwin. Um jovem naturalista chamado Alfred Wallace chegou a idéias muito semelhantes independentemente. Wallace se comunicou com Darwin e ambos apresentaram juntos a teoria da evolução por seleção natural.

A origem das espécies

Posteriormente, Darwin apresenta sua obra-prima: ” A Origem das Espécies “, que exibe sua teoria em detalhes e com evidências robustas. Este livro tem seis edições nas quais Darwin trabalhou ao longo de sua vida.

A teoria da seleção natural sustenta que, se houver alguma variação útil e herdável em uma população de indivíduos, haverá uma reprodução diferencial entre os proprietários da propriedade. Estes tenderão a gerar mais descendentes, aumentando assim a frequência do traço na população.

Além disso, Darwin também propôs ancestralidade comum: todas as espécies divergiram no tempo evolutivo de um ancestral comum. Assim, todos os seres orgânicos podem ser representados na grande árvore da vida.

Depois de Darwin: neodarwinismo e síntese

Imediatamente após a publicação de ” The Origin”, uma grande controvérsia estourou entre os cientistas mais importantes da época. No entanto, com o passar dos anos, a teoria foi gradualmente aceita.

Havia biólogos que nunca aceitaram as idéias darwinianas, então eles geraram suas próprias teorias evolucionárias, hoje em dia quase completamente desacreditadas. Exemplos disso são neo-lamarismo, ortogênese e mutacionismo, entre outros.

Entre 30 e 40 todas as teorias anti-darwinistas foram descartadas com a chegada da síntese evolutiva. Isso consistiu na união de idéias darwinianas com as contribuições de vários geneticistas e paleontólogos como Fisher, Haldane, Mayr e Wright, entre outros.

A síntese conseguiu unificar as teorias evolucionárias com os princípios genéticos corretos, uma vez que uma das dificuldades que Darwin teve durante seu trabalho foi a ignorância dos genes como partículas de herança.

Evidências da evolução: apenas uma teoria?

Hoje, a evolução biológica é um fato respaldado por evidências robustas e abundantes. Embora os biólogos não duvidem da veracidade do processo, na vida cotidiana ouvimos apenas que a evolução é “apenas uma teoria” – com conotações pejorativas.

Esse mal-entendido decorre do fato de que o termo “teoria” tem significados diferentes na ciência e na vida cotidiana. Para a maioria das pessoas, uma teoria é uma previsão incerta de um fato, caracterizado por bases fracas. Para um cientista, uma teoria é um corpo de idéias coerentes e estruturadas da maneira correta.

Seguindo essa ordem de idéias, podemos concluir que a evolução é um fato , e existem mecanismos para explicá-lo, como a teoria da seleção natural. As evidências mais destacadas do processo evolutivo são as seguintes.

Homologia

Dois processos ou estruturas são homólogos se o referido recurso foi herdado diretamente de um ancestral comum. Na biologia evolutiva, a homologia é um ponto fundamental, uma vez que são as únicas características que nos permitem reconstruir as relações ancestral-descendente entre grupos.

Homologias morfológicas

Um exemplo muito famoso de homologia são os ossos das extremidades dos tetrápodes. Pegue três animais que diferem em seu modo de locomoção para entender por que a homologia é uma evidência robusta do processo evolutivo: humanos, baleias e morcegos.

Esses três grupos compartilham um plano estrutural básico em seus membros anteriores, porque o herdaram de um ancestral comum. Ou seja, um tetrápode ancestral tinha um úmero, seguido por um raio e uma ulna e, finalmente, uma série de falanges.

Não há razão funcional para que três animais com estilos de vida tão diferentes tenham o mesmo plano de ossos em seus membros.

Se a vida foi projetada, não há razão para construir um organismo aquático, um organismo voador e um terrestre com o mesmo plano. Nenhum engenheiro – ainda que inexperiente – criaria um organismo voador e um nadador da mesma maneira.

A maneira mais lógica de explicar isso é por ancestralidade comum. Os três herdaram esse plano estrutural de um ancestral e passaram pelas modificações adaptativas que observamos hoje: asas, barbatanas e braços.

Homologias moleculares

A homologia não se restringe às características anatômicas de um ser vivo. Eles também podem ser evidenciados no nível molecular. A informação genética dos seres vivos é armazenada no DNA e traduzida na forma de trigêmeos: três nucleotídeos correspondem a um aminoácido.

Uma homologia molecular universal é a leitura desse código genético, uma vez que praticamente todos os seres orgânicos compartilham essa linguagem – embora haja exceções muito específicas.

Registro fóssil

Quando Darwin propõe sua teoria da seleção natural, ele argumenta que nem todas as formas de transição gradual estão presentes no registro fóssil porque está incompleto. Por outro lado, os oponentes das idéias darwinistas veem a descontinuidade do registro como evidência contra a teoria.

Devemos lembrar que o processo de fossilização de um ser orgânico é um evento improvável, associado à probabilidade de um espécime encontrar em boas condições. Por esses motivos, menos de 1% de todas as formas que eles viveram são representados no registro fóssil.

Apesar disso, foram encontrados fósseis muito bem preservados que servem como uma “janela para o passado”. Um dos mais famosos é o Archaeopteryx. Nesse fóssil, destacam-se as características intermediárias entre um réptil e um pássaro. Da mesma forma, temos vários fósseis hominídeos que nos permitiram reconstruir a evolução dos seres humanos.

Algumas teorias alternativas foram propostas para explicar a descontinuidade do registro, como a teoria do equilíbrio pontuado.

Biogeografia

Embora a evolução seja sustentada por evidências de muitos ramos do conhecimento, foi a biogeografia que convenceu Darwin da veracidade do processo evolutivo.

A distribuição dos organismos vivos no planeta Terra não é homogênea, e muitos aspectos desse padrão podem ser explicados pela teoria da evolução – e não pela hipótese especial da criação.

Quando examinamos a fauna das ilhas oceânicas (elementos isolados que nunca tiveram contato com o continente), descobrimos que a composição das espécies é muito peculiar. Por exemplo, isso pode ser visto em ilhas localizadas no Atlântico Norte, chamadas Bermudas.

Os vertebrados (não marinhos) nativos da área são muito poucos, principalmente aves, morcegos migratórios e lagartos, entre outros. Algumas dessas espécies mostram uma relação significativa com a fauna da América do Norte. Outros, entretanto, são endêmicos da ilha e não são encontrados em nenhuma outra região.

Esse padrão de distribuição é compatível com os processos evolutivos, uma vez que a área é colonizada especificamente por animais capazes de voar e dispersar grandes distâncias.

Evolução em ação: exemplo de evolução

Outro mal-entendido na biologia evolucionária é que ela se relaciona com um processo extremamente lento.

Embora seja verdade que, para obter adaptações complexas, como mandíbulas ou olhos poderosos, com excelentes visões, teríamos que esperar alguns milhões de anos, existem certos processos evolutivos que podemos observar com nossos próprios olhos em um período relativamente curto de tempo.

A seguir, analisaremos o caso da mariposa Biston betularia como um exemplo de evolução em ação. Mais adiante, falaremos sobre resistência a antibióticos e pesticidas, outro exemplo de evolução que podemos observar em um curto espaço de tempo.

Melanismo industrial e Biston betularia

Um dos exemplos mais importantes da biologia evolutiva é o melanismo industrial. Esse fenômeno foi documentado durante a revolução industrial e conseguiu estabelecer uma relação entre a variação na coloração da mariposa Biston betularia e a contaminação de seu habitat.

A mariposa tem duas morfologias: uma clara e outra escura. Antes da contaminação, a variante dominante era a mariposa clara, presumivelmente porque se empoleirava na casca clara das bétulas e podia passar despercebida por seus predadores em potencial: as aves.

Com o advento da revolução industrial, a poluição aumentou para níveis significativos. A casca das árvores começou a assumir uma coloração cada vez mais escura e isso gerou uma mudança nas frequências das variantes claras e escuras das mariposas.

A mariposa escura foi a variante dominante por um tempo, pois poderia estar melhor escondida na casca enegrecida.

Posteriormente, foram implementados programas de limpeza ambiental que ajudaram a reduzir a poluição ambiental. Graças à eficiência desses programas, as árvores começaram a recuperar sua cor característica inicial.

Como podemos intuir, a frequência das mariposas mudou novamente, sendo a variante clara a dominante. Assim, o processo evolutivo foi documentado em um período de 50 anos.

Mecanismos de evolução

A evolução biológica é um processo que envolve duas etapas: a geração de variação e, em seguida, a reprodução diferencial de variações, seja por seleção natural ou por deriva genética. Por esse motivo, o termo seleção natural e evolução não deve ser usado de forma intercambiável – porque não é.

Do ponto de vista da genética populacional, evolução é a mudança de frequências alélicas ao longo do tempo dentro de uma população. Assim, as forças que alteram as frequências alélicas são seleção, desvio, mutação e migração.

Seleção natural

Como mencionamos anteriormente, a maior contribuição de Darwin para a biologia foi propor a teoria da seleção natural. Isso tem sido fortemente incompreendido e deturpado pela mídia, associando-o a frases erradas, como: “a sobrevivência do mais apto”.

Condições para a seleção natural ocorrer

A seleção natural é uma idéia simples, com resultados magníficos. Se um sistema atender às seguintes características, ele evoluirá – inevitavelmente – através da seleção natural:

– Variabilidade: uma condição sine qua non para a evolução ocorrer é que deve haver variação dentro da população.

Por exemplo, os membros variam em cor, pelagem, altura etc. A variação pode ser encontrada em diferentes níveis: morfológico, celular, bioquímico e molecular. À medida que diminuímos de nível, descobrimos que a variação aumenta.

– Herança: em termos simples, herdabilidade é a semelhança entre pais e filhos. Formalmente, é definida como a proporção da variação fenotípica devido à variação genética e é expressa com a equação: h 2 = V G / (V G + V E ), onde V G é a variação genética e V E a variação ambiental .

– Associação com condicionamento físico: finalmente, a característica herdável deve conferir ao corpo que possui alguma vantagem no condicionamento físico. Este termo é usado na biologia evolutiva para quantificar a capacidade de um organismo de sobreviver e se reproduzir, deixando os filhos férteis.

Assim, quando essas três condições são atendidas, é mais provável que organismos com características vantajosas se reproduzam do que os membros da população que as falta.

Deriva genética

A deriva genética é a mudança nas frequências alélicas que ocorre devido ao erro de amostragem dos gametas de uma geração para outra. Ou seja, é um evento estocástico ou aleatório. Esse fenômeno é significativo quando a população efetiva do estudo é pequena.

Nas estatísticas, o erro de amostragem são as discrepâncias entre a previsão teórica e a obtida experimentalmente. Por exemplo, se tivermos 50 feijões pretos e 50 feijões vermelhos em uma sacola, esperaríamos que, se tomarmos 10 aleatoriamente, a proporção esperada seja 5 feijões pretos e 5 vermelhos.

No entanto, não seria estranho se o resultado experimental fosse 6 preto e 4 vermelho ou 7 preto e 3 vermelho. Este é o erro de amostragem.

De acordo com a teoria neutra da evolução molecular, a maioria das mutações é fixada pela deriva e não afeta a aptidão do indivíduo.

Como na seleção natural, na deriva genética, a reprodução diferencial dos indivíduos só é nesse caso por acaso – enquanto na seleção natural é devido a uma característica que aumenta sua aptidão.

Aplicações da biologia evolutiva

A biologia evolutiva tem várias aplicações, tanto para medicina, agricultura, biologia da conservação, quanto para outras disciplinas.

Remédio

A teoria da evolução é uma ciência essencial no campo da medicina. Por exemplo, permite prever o resultado do uso indiscriminado de antibióticos no tratamento de doenças infecciosas.

Quando aplicamos um antibiótico desnecessariamente ou não concluímos o tratamento médico, eliminaremos variantes não resistentes, mas indivíduos resistentes aumentarão sua frequência na população de bactérias.

Atualmente, a questão da resistência bacteriana à maioria dos antibióticos é um tópico de interesse e preocupação global. A conscientização sobre o uso de antibióticos é uma maneira de diminuir essa complicação.

Por exemplo, a bactéria Staphylococcus aureus é comum em salas de cirurgia e causa infecções em pacientes durante a cirurgia.

Hoje, a bactéria é totalmente resistente a vários antibióticos, como penicilina, ampicilina e medicamentos relacionados. Embora novos antibióticos tenham sido gerados para combatê-lo, os medicamentos estão se tornando menos eficientes.

A crise de resistência é um dos exemplos mais dramáticos da evolução, que podemos observar com nossos próprios olhos, e também serve como evidência do processo evolutivo.

Agricultura e Pecuária

O mesmo princípio evolutivo pode ser extrapolado para o uso de pesticidas para a eliminação de pragas, em culturas com importância econômica significativa. Se o mesmo tipo de pesticida for aplicado por um longo período, favoreceremos o aumento de variantes resistentes.

Da mesma forma, os agricultores buscam obter os “melhores” animais, que maximizam a produção (de leite, carne, etc.). Esses agricultores selecionam os indivíduos que consideram mais úteis em termos práticos. Com o passar das gerações, os indivíduos são cada vez mais semelhantes ao que é desejado pelo humano.

Esse processo de seleção artificial humana se assemelha à seleção natural, em termos de sucesso reprodutivo diferencial. Com a notável diferença de que na natureza não existe uma entidade de seleção.

Biologia da conservação

Em termos de conservação, o entendimento de fenômenos como “gargalos” e a diminuição da aptidão causada pela consanguinidade podem evitá-los e gerar planos de conservação que aumentam a aptidão e mantêm a população “saudável”.

Referências

  1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2004). Biologia: ciência e natureza . Pearson Education.
  2. Darwin, C. (1859). Sobre as origens das espécies por meio da seleção natural. Murray
  3. Freeman, S. e Herron, JC (2002). análise evolutiva . Prentice Hall.
  4. Futuyma, DJ (2005). Evolução Sinauer
  5. Hall, BK (Ed.). (2012).Homologia: A base hierárquica da biologia comparada . Imprensa acadêmica
  6. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC e Garrison, C. (2001). Princípios Integrados de Zoologia.McGraw-Hill
  7. Kardong, KV (2006).Vertebrados: anatomia comparada, função, evolução . McGraw-Hill
  8. Kliman, RM (2016).Enciclopédia de Biologia Evolutiva . Imprensa acadêmica
  9. Losos, JB (2013).O guia de Princeton para a evolução . Imprensa da Universidade de Princeton.
  10. Reece, JB, Urry, LA, Caim, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV e Jackson, RB (2014). Biologia Campbell . Pearson
  11. Rice, SA (2009).Enciclopédia da evolução . Publicação Infobase.
  12. Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Biologia: a ciência dinâmica. Nelson Educação
  13. Soler, M. (2002). Evolução: a base da biologia . Projeto Sul
  14. Starr, C., Evers, C. e Starr, L. (2010).Biologia: conceitos e aplicações sem fisiologia . Cengage Learning
  15. Wake, DB, Wake, MH, & Specht, CD (2011). Homoplasia: da detecção de um padrão à determinação do processo e mecanismo da evolução.Science , 331 (6020), 1032-1035.

Deixe um comentário

Este site usa cookies para lhe proporcionar a melhor experiência de usuário. política de cookies, clique no link para obter mais informações.

ACEPTAR
Aviso de cookies