Recentes descobertas científicas levaram alguns cientistas à conclusão de que é necessário fazer ajustes e acréscimos à teoria sintética da evolução.
Kevin Lalande percorreu a sala de conferências, que reuniu várias centenas de pessoas para discutir o futuro da biologia evolutiva. Um dos colegas sentou-se com ele e perguntou como ele achava que as coisas estavam indo nessa área.
“Parece que tudo está indo bem”, respondeu Laland. "Não houve disputas sérias ainda."
Kevin Lalande é um biólogo evolucionista da Universidade de St Andrews, na Escócia. Em uma tarde nublada e fria de novembro, ele viajou para Londres para co-anfitrião de uma reunião da Royal Scientific Society on New Trends in Evolutionary Biology. O salão estava cheio de biólogos, antropólogos, médicos, cientistas da computação e ideólogos autoproclamados. A Royal Society of Science está alojada em um edifício imponente com vista para o St James's Park. A única coisa que Lalande pôde ver das janelas altas da sala de conferências hoje foram os andaimes e a malha da fachada para os trabalhos de reforma. Lá dentro, esperava Lalande, também haveria uma modernização hoje, mas de um tipo diferente.
Em meados do século XX, os biólogos complementaram a teoria da evolução de Darwin com novas descobertas da genética e de outras áreas da ciência. O resultado disso foi a chamada "teoria sintética da evolução", que há 50 anos orienta a biologia evolutiva. Naquela época, os cientistas aprenderam muitos fatos sobre como a vida funciona e agora podem sequenciar genomas inteiros, observar como os genes são ativados e desativados no desenvolvimento de embriões e como animais e plantas respondem às mudanças no ambiente.
Como resultado, Lalande e um grupo de biólogos que compartilham a mesma opinião com ele chegaram à conclusão de que a teoria sintética da evolução precisa ser revisada. Tornou-se necessário dar-lhe uma nova forma de visão da evolução, que apelidaram de conceito de "síntese alargada". Outros biólogos expressaram sua discordância, argumentando que não há base suficiente para tal mudança de paradigma.
Esta reunião na Royal Society of Science foi a primeira conferência pública em que Lalande e seus colegas tiveram a oportunidade de apresentar seus pontos de vista sobre o assunto. Mas Lalande não estava com vontade de apenas pregar seus pontos de vista para pessoas com ideias semelhantes, então proeminentes biólogos evolucionistas céticos sobre os princípios da síntese estendida também foram convidados para a conferência.
Ambos os lados expressaram seus pontos de vista e críticas de maneira civilizada, mas às vezes a tensão pairava na plateia, expressa por estrondos, olhos revirados e aplausos escassos.
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Mas nunca houve brigas. Pelo menos por enquanto.
Evolução como de costume
Para qualquer ciência, chega um momento de transformação e um momento em que as coisas continuam como de costume. Depois que Galileu e Newton tiraram a física de antigos equívocos nos anos 1600, ela começou a avançar de uma conquista humilde para outra até 1900. Então, Einstein e outros cientistas lançaram as bases da física quântica, apresentaram a teoria da relatividade e outras novas maneiras de conhecer o universo. Nenhum deles argumentou que Newton estava errado. Mas acontece que o universo não é apenas matéria em movimento.
A biologia evolutiva teve suas próprias revoluções. O primeiro certamente começou em 1859 com A Origem das Espécies, de Charles Darwin. Darwin combinou informações dos campos da paleontologia, embriologia e outras ciências para mostrar a origem comum de todos os organismos vivos. Ele também introduziu o conceito de seleção natural, um mecanismo para gerenciar essas mudanças de longo prazo. Cada geração da espécie apresentou grande variabilidade. Às vezes, ajudou os organismos a sobreviver e se reproduzir e, graças à hereditariedade, foi passado para as gerações seguintes.
Darwin inspirou biólogos em todo o mundo a estudar animais e plantas de uma nova perspectiva, interpretando sua biologia como adaptações que surgiram nas gerações anteriores. E ele conseguiu isso, apesar do fato de não ter ideia sobre os genes. Foi só na década de 1930 que geneticistas e biólogos uniram forças e reformularam a teoria da evolução. A hereditariedade passou a ser vista como a transmissão de genes de geração em geração. As mudanças foram devido a mutações que podem ser misturadas para criar novas combinações. Novas espécies surgiram quando mutações foram formadas em populações que tornaram impossível o cruzamento entre espécies.
Em 1942, o biólogo britânico Julian Huxley descreveu esse conceito emergente em seu livro Evolution: Modern Synthesis. Os cientistas ainda usam esse nome. (Às vezes eles se referem a ele como neodarwinismo, embora o termo seja realmente enganoso. O termo neodarwinismo foi cunhado em 1800 e foi usado por biólogos que promoveram as ideias de Darwin durante sua vida.)
A teoria sintética da evolução provou ser uma ferramenta poderosa no campo das questões relacionadas à natureza. Os cientistas o usaram para uma variedade de descobertas de história de vida, como por que algumas pessoas são propensas a doenças genéticas como a doença das células falciformes ou por que os pesticidas mais cedo ou mais tarde param de agir contra as pragas. Mas logo após a formação do conceito de síntese moderna, vários biólogos começaram a reclamar periodicamente de sua excessiva categorização. No entanto, foi apenas nos últimos anos que Lalande e outros cientistas foram capazes de unir e coordenar esforços para desenvolver os princípios de uma síntese evolutiva estendida que poderia substituí-lo.
Os pesquisadores não consideram a teoria sintética da evolução um conceito errôneo - ela simplesmente não é capaz de refletir toda a riqueza da evolução. Os organismos herdam mais do que apenas genes - eles podem herdar outras moléculas celulares, bem como os comportamentos que aprendem e seus habitats ancestrais. Lalande e seus colegas também contestam o papel primordial da seleção natural ao explicar como a vida surgiu como a conhecemos agora. O curso da evolução pode ser influenciado por outros processos, desde as regras segundo as quais as espécies se desenvolvem até as condições externas de sua habitação.
“Não se trata de aparafusar mais e mais máquinas ao que já temos”, disse Lalande. "Precisamos olhar para a causalidade de um ângulo diferente."
Complementando Darwin
A bióloga Eva Jablonka da Universidade de Tel Aviv, em seu discurso, tentou analisar as evidências de que não apenas os genes podem determinar as formas de herança.
Nossas células usam várias moléculas para reconhecer quais genes produzem proteínas. Por exemplo, em um processo chamado metilação, as células restringem seu DNA para manter certos genes fechados. Quando as células se dividem, elas podem usar o mesmo princípio, controlando assim o novo DNA. Certos sinais recebidos do meio ambiente podem fazer com que as células alterem o chamado controle "epigenético", permitindo que os organismos se adaptem a novas condições.
Alguns estudos mostram que, em certas circunstâncias, as mudanças epigenéticas nos pais podem ser transmitidas aos filhos. E eles, por sua vez, podem passar esse código epigenético alterado para seus filhos. Este é um tipo de herança externa aos genes.
Este princípio de herança é especialmente visto nas plantas. Em um estudo, os cientistas foram capazes de rastrear um padrão de metilação alterado até 31 gerações usando uma planta chamada Arabidopsis. Esse tipo de herança pode alterar significativamente o funcionamento do corpo. Em outro estudo, os cientistas descobriram que os padrões de metilação herdados podem alterar o período de floração da Arabidopsis e afetar o tamanho de suas raízes. A variabilidade causada por esses padrões foi maior do que a causada por mutações comuns.
Depois de apresentar as evidências, a Sra. Yablonka argumentou que diferenças epigenéticas podem determinar a maturidade dos organismos para a procriação. “A seleção natural pode ter um impacto neste sistema”, disse ela.
Uma vez que a seleção natural tem um impacto significativo no curso da evolução, os participantes da conferência apresentaram evidências de como ela pode ser limitada ou deslocada em uma direção diferente. O biólogo Gerd Müller, da Universidade de Viena, citou um exemplo de sua própria pesquisa com lagartos. Algumas espécies de lagartos perderam os dedos dos pés nas patas traseiras durante a evolução. Algumas espécies tinham apenas quatro dedos, outras apenas um, e algumas perderam totalmente os membros.
Segundo Mueller, a teoria sintética da evolução leva os cientistas a ver esses mecanismos simplesmente como resultado da seleção natural, o que favorece uma opção devido às suas vantagens na sobrevivência. Mas essa abordagem não funcionará se você se perguntar qual é a vantagem para uma determinada espécie de indivíduos na perda do indicador e do último dedo, e não para quaisquer outros.
“A resposta a essa pergunta é que não há vantagem seletiva real”, disse Mueller.
A chave para entender por que os lagartos perdem certos dedos é principalmente como eles se desenvolvem em seu estado embrionário. Os processos aparecem primeiro nas laterais e, em seguida, cinco dedos se desenvolvem a partir deles, sempre na mesma sequência. E eles os perdem no curso da evolução na ordem inversa. Müller sugere que tais limitações são causadas pela incapacidade das mutações de reproduzir todas as mudanças possíveis em uma característica. Certas combinações de dedos estão indisponíveis e a seleção natural não pode selecioná-los.
O desenvolvimento pode limitar a evolução e, por outro lado, confere aos animais e plantas alta plasticidade. Sonia Sultan, ecologista evolucionista da Wesleyan University, deu um exemplo curioso em seu discurso, falando sobre a erva da família do trigo sarraceno que ela estava estudando, a hortelã-pimenta.
Na estrutura da síntese moderna, disse Sultan, a adaptação do montanhista parecerá a você um resultado aprimorado da seleção natural. Se crescer em condições de pouca luz, a seleção natural favorecerá as plantas com características alteradas que lhes permitem prosperar no ambiente, por exemplo, desenvolvendo folhas mais largas para a fotossíntese. E aqueles que crescem sob a luz solar intensa desenvolvem adaptações para um crescimento bem-sucedido em diferentes condições.
“Isso fala a favor do ponto de vista que nosso encontro é dedicado a se opor”, disse Sultan.
Se você cultivar plantas Knotweed geneticamente idênticas em condições diferentes, acabará com plantas que parecem pertencer a espécies diferentes.
Para começar, a hortelã-pimenta ajusta o tamanho de suas folhas à quantidade de luz solar que recebe. Na luz forte, suas folhas tornam-se estreitas e grossas e, com pouca luz, tornam-se largas e finas. Em solo seco, essas plantas criam raízes profundas no solo em busca de água, e em solo bem hidratado, as raízes tornam-se curtas, peludas e rasas.
Os cientistas presentes no encontro argumentaram que essa plasticidade pode contribuir para o curso da evolução por si só. Permite que as plantas se espalhem em diferentes habitats, por exemplo, aos quais a seleção natural adapta seus genes. Entre os palestrantes estava Susan Anton, uma paleoantropóloga da Universidade de Nova York, que argumentou que a plasticidade poderia desempenhar um papel significativo na evolução humana até então subestimada. Isso porque, na última metade do século, a síntese moderna influenciou significativamente seu estudo.
Os paleoantropólogos tendiam a tratar as características encontradas nos fósseis como resultado de diferenças genéticas. Isso permitiu-lhes recriar a árvore evolutiva do homem e as formas extintas perto dele. Os adeptos dessa abordagem alcançaram resultados significativos, admitiu Anton. Na década de 1980, os cientistas descobriram que, há cerca de dois milhões de anos, nossos primeiros parentes eram pequenos e tinham cérebros pequenos. Então, os representantes de uma das linhas de herança ficaram mais altos e desenvolveram um grande cérebro. Essa transição marcou a origem de nossa espécie, Homo.
Mas às vezes os paleoantropólogos encontraram variações que eram difíceis de entender. Os dois fósseis podem parecer pertencer à mesma espécie em alguns aspectos, mas muito diferentes em outros. Os cientistas tendem a ignorar essas diferenças induzidas pelo ambiente. “Queríamos nos livrar de tudo e ir direto ao ponto”, disse Anton.
Mas “tudo isso” é demais para ser ignorado. Os cientistas encontraram uma variedade impressionante de fósseis humanóides que datam de 1,5 a 2,5 milhões de anos atrás. Alguns são altos e outros não, alguns têm cérebros grandes e alguns têm cérebros pequenos. Todos os seus esqueletos compartilham traços Homo, mas cada um tem uma combinação confusa de diferenças.
Anton acredita que os princípios da síntese estendida podem ajudar os cientistas a entender essa história confusa. Ela, em particular, acredita que seus colegas deveriam levar a plasticidade a sério como uma explicação para a estranha diversidade dos primeiros fósseis humanos.
Apoiando essa ideia, Anthon observou que as pessoas vivas têm seu próprio tipo de plasticidade. A qualidade dos alimentos que uma mulher recebe durante a gravidez pode afetar o crescimento e a saúde do bebê, e o impacto pode ser rastreado até a idade adulta. Além disso, o tamanho da própria mulher, que depende em parte da dieta de sua mãe, pode afetar seus filhos. Os biólogos descobriram, por exemplo, que os filhos de mulheres com pernas longas geralmente são mais altos do que seus pares.
Anthon sugeriu que as estranhas mudanças no arquivo paleontológico poderiam ser exemplos ainda mais dramáticos de plasticidade. Todos esses fósseis datam de uma época em que o clima da África passava por flutuações extremas. Secas e chuvas fortes podem alterar os recursos alimentares em diferentes regiões do mundo, fazendo com que os primeiros humanos se desenvolvam em uma direção diferente.
A teoria da síntese evolutiva estendida também pode nos ajudar a lidar com outro capítulo de nossa história - o surgimento da agricultura. Na Ásia, África e nas Américas, as pessoas domesticaram plantações e gado. A arqueóloga Melinda Zeder, do Smithsonian, deu uma palestra sobre a problemática compreensão de como essa transformação poderia ter acontecido.
Antes de as pessoas começarem a cultivar, elas precisavam obter sua própria comida e caça. Zeder explicou como muitos cientistas interpretam o comportamento do coletor no contexto da síntese evolutiva moderna: como algo soberbamente regulado pela seleção natural para obter melhores recompensas por seus esforços para encontrar comida.
É difícil imaginar como esses coletores poderiam ter mudado para a agricultura. “Você não tem prazer imediato em pegar comida e colocá-la na boca”, disse Zeder.
Alguns cientistas sugeriram que a transição para a agricultura pode ter ocorrido durante uma mudança climática, quando encontrar plantas selvagens se tornou muito mais difícil. Mas Zeder e outros não encontraram nenhuma evidência de uma crise em que a agricultura pudesse ter surgido.
Zeder argumenta que há outro ponto de vista sobre este assunto. As pessoas não são zumbis obedientes tentando sobreviver em um ambiente constante, mas indivíduos com pensamento criativo que podem mudar o próprio ambiente e direcionar a evolução em uma nova direção.
Os cientistas chamam isso de construção de nicho ecológico, um processo que envolve muitas espécies. Entre os casos clássicos, os castores merecem destaque. Eles cortam árvores e constroem uma represa, criando um lago. Nessas novas condições, algumas espécies de plantas e animais serão melhores que outras. E eles se adaptarão de novas maneiras ao seu ambiente. Isso é verdade não apenas para as plantas e animais que vivem ao redor do lago dos castores, mas também para os próprios castores.
Segundo Zeder, o primeiro contato com o conceito de construção de um nicho ecológico foi uma revelação para ela. “Foi como pequenas explosões na minha cabeça”, ela me disse. Os achados arqueológicos coletados por ela e outros cientistas ajudarão a entender como as pessoas conseguiram mudar as condições ambientais.
Os primeiros coletores parecem ter movido as plantas selvagens para longe de seus habitats naturais para que elas sempre pudessem ser encontradas à mão. Ao regar as plantas e protegê-las dos herbívoros, os humanos as ajudaram a se adaptar ao novo ambiente. As espécies de ervas daninhas também mudaram seu habitat e se tornaram culturas agrícolas independentes. Alguns animais também se adaptaram ao seu ambiente, tornando-se cães, gatos e outras espécies domésticas.
Gradualmente, de porções de terra caoticamente espalhadas e habitadas por plantas selvagens, as condições ambientais mudaram para campos aráveis densamente localizados. Isso contribuiu não apenas para a evolução das plantas, mas também para o desenvolvimento da cultura entre os camponeses. Em vez de vagar pelo mundo como nômades, eles se estabeleceram em aldeias e tiveram a oportunidade de cultivar a terra ao redor. A sociedade se tornou mais estável à medida que os filhos recebem herança ecológica de seus pais. Foi assim que a civilização começou.
Construir um nicho ecológico é apenas um dos muitos conceitos avançados de síntese evolutiva que podem nos ajudar a entender o processo de domesticação, disse Zeder. Durante sua palestra, ela apresentou uma variedade de previsões, slide por slide, desde os movimentos dos primeiros coletores até o ritmo da evolução das plantas.
“Parecia um comercial dos princípios da síntese evolutiva estendida”, Zeder me disse mais tarde, rindo. - Mas isso não é tudo! Você pode obter um conjunto de facas de cozinha!"
O retorno da seleção natural
Entre os presentes, estava um biólogo chamado David Schacker, pesquisador da Universidade de St Andrews. Ele ouviu calmamente as discussões por um dia e meio, e agora decidiu falar ele mesmo e levantou a mão.
O orador à sua frente era Denis Noble, um fisiologista com cabelos brancos e uma jaqueta azul. Noble, que passou a maior parte de sua carreira em Oxford, disse que começou como um biólogo tradicional, que acreditava que os genes eram a causa final de tudo no corpo. Mas nos últimos anos, ele mudou de ideia e passou a falar do genoma não como base para a vida, mas como um órgão sensível que detecta o estresse e é capaz de se reconstruir para superar problemas. “Levei muito tempo para chegar a essa conclusão”, disse Noble.
Para ilustrar essa nova visão, Noble falou sobre uma variedade de experimentos recentes. Um deles foi publicado no ano passado por uma equipe da Universidade de Reading e era o estudo de bactérias que se movem pelo meio ambiente usando caudas longas e giratórias.
Em primeiro lugar, os cientistas isolaram do DNA da bactéria um gene responsável pelo crescimento da cauda. Em seguida, eles colocaram os indivíduos sem cauda resultantes em uma placa de Petri com um escasso suprimento de comida, que logo consumiram. Sem a capacidade de se mover, eles morreram. Em menos de quatro dias nessas condições terríveis, a bactéria começou a nadar novamente. Após uma inspeção cuidadosa, foi descoberto que eles haviam desenvolvido novas caudas.
“A estratégia é criar mudanças evolutivas rápidas no genoma em resposta a influências externas adversas”, explicou Noble ao público. "É um sistema autossustentável que permite que certas propriedades se manifestem independentemente do DNA."
Shaker não achou isso convincente e, depois que os aplausos diminuíram, ele decidiu entrar em uma discussão com Noble.
"Você poderia comentar sobre o mecanismo por trás dessa descoberta?" - perguntou Shaker.
Noble começou a gaguejar. “O mecanismo em termos gerais, eu posso, sim…”, disse ele, e então começou a falar sobre redes e regras e a busca febril de uma saída para a crise. “É preciso consultar o texto original do relatório”, disse ele.
Enquanto Noble lutava para responder, Shaker olhou para a palestra aberta em sua prancheta. E ele começou a ler um dos parágrafos em voz alta.
“Nossas descobertas demonstram que a seleção natural pode mudar rapidamente as redes regulatórias”, Shaker leu e largou seu iPad. “Este é um exemplo maravilhoso, simplesmente maravilhoso da rápida evolução neodarwiniana”, disse ele.
Shaker captou a própria essência dos sentimentos de um número considerável de céticos com quem pude falar na conferência. A retórica ambiciosa sobre a mudança de paradigma era basicamente infundada, eles disseram. No entanto, esses céticos não ficaram nas sombras. Alguns deles decidiram falar pessoalmente.
“Acho que devo falar sobre a evolução do Jurássico”, disse Douglas Futuima, subindo ao pódio. Futuima é biólogo fluente na Stony Brook University em Nova York e autor de um importante livro sobre evolução. Durante a reunião, ele foi inundado com reclamações de que os livros didáticos prestavam pouca atenção a coisas como epigenética e plasticidade. Na verdade, Futuima foi apenas convidado para explicar aos colegas por que esses conceitos foram ignorados.
“Temos que admitir que os princípios básicos da teoria sintética da evolução são fortes e válidos”, disse Futuima. Não apenas isso, ele acrescentou, mas as variedades de biologia discutidas na Royal Society não são realmente tão novas. Os criadores da teoria sintética da evolução os mencionaram há mais de 50 anos. Para compreendê-los, muitos estudos baseados na síntese evolutiva moderna foram realizados.
Considere a plasticidade. A variação genética em animais ou plantas regula a variedade de formas nas quais um organismo pode se desenvolver. As mutações são capazes de alterar esse intervalo. E os modelos matemáticos da seleção natural mostram como ela pode promover certos tipos de plasticidade em detrimento de outros.
Se a teoria da síntese evolutiva estendida não é necessária a ninguém, como é que uma reunião inteira na Royal Society of Science foi dedicada a ela? Futuima sugeriu que esse interesse era mais emocional do que científico. Seus princípios tornavam a vida uma força motriz, não uma arma adormecida de mutação.
“Acho que a ciência não pode se basear no que achamos mais atraente emocional ou esteticamente”, disse Futuima.
Mesmo assim, ele fez um grande esforço para mostrar que a pesquisa discutida na sessão poderia levar a algumas conclusões interessantes sobre a evolução. Mas essas conclusões podem surgir apenas como resultado de trabalho árduo, o que implica o surgimento de dados confiáveis. “Muitos ensaios e relatórios foram escritos sobre este tópico”, disse ele.
Alguns membros da platéia começaram a brigar com Futuima. Outros oradores céticos ficaram assustados com argumentos que consideraram sem sentido. Mas a reunião ainda foi concluída no terceiro dia sem brigas.
“Esta é provavelmente a primeira de muitas, muitas reuniões”, disse-me Lalande. Em setembro, um consórcio de cientistas na Europa e nos Estados Unidos recebeu financiamento de US $ 11 milhões (dos quais US $ 8 milhões da Fundação John Templeton) para conduzir 22 estudos sobre os princípios da síntese evolutiva avançada.
Muitos desses estudos testarão as previsões que surgiram da teoria sintética da evolução nos últimos anos. Eles vão, por exemplo, descobrir se as espécies que constroem seu próprio habitat - teias de aranha, ninhos de vespas e assim por diante - podem se transformar em mais espécies do que aquelas que não o fazem. Eles também irão considerar se a alta plasticidade permite uma adaptação mais rápida a novas condições.
“Fazer essa pesquisa é o que nossos críticos estão pedindo”, disse Lalande. "Vá e encontre evidências."
