Evolução biológica: teorias, processos, provas e exemplos - Ciência - 2023

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o evolução biológica é a mudança nas propriedades de grupos de organismos ao longo das gerações. Grupos de organismos da mesma espécie são conhecidos como "populações biológicas".

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

Com o tempo, ocorreu uma ramificação de linhagens e surgiram novas e diversas espécies. Os mecanismos para essa mudança evolutiva são a seleção natural e a deriva do gene.

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 como um pensamento unificador, que integra as diferentes disciplinas das ciências biológicas.

Essa propriedade unificadora da biologia evolutiva foi marcada na famosa frase de Theodosius Dobzhansky: "nada faz sentido na biologia, exceto à luz da evolução."

Hoje, a biologia evolutiva desfrutou de todos os avanços da ciência, permitindo a reconstrução de filogenias usando vários caracteres moleculares e análises estatísticas poderosas.

Qual é o processo evolutivo?

Evolução é um termo derivado de raízes latinas Vou evoluir, que se traduz como desdobramento ou revelação de um potencial oculto. Hoje, a palavra evolução simplesmente evoca uma mudança. Provavelmente faz parte de nosso léxico diário referir-se às mudanças em um objeto ou em uma pessoa.

No entanto, a evolução biológica refere-se a mudanças em grupos de organismos através da passagem de gerações. Esta definição geral de evolução é usada por Futuyma (2005). É importante destacar que organismos como indivíduos eles não evoluem, enquanto grupos de organismos sim.

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

Teorias científicas da evolução

Desde tempos imemoriais, o ser humano sente uma curiosidade intrínseca pela origem da vida e pela 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 a imutabilidade das espécies

Antes de Darwin, naturalistas e outros cientistas eram caracterizados por um pensamento criacionista a respeito da origem das espécies.

Tratou-se de visões essencialistas, onde cada espécie tinha uma essência imutável e a variação que observamos no grupo se devia apenas às imperfeições do ser. Essa concepção foi tratada na época de Platão e Aristóteles.

Algum tempo depois, os cristãos começaram a interpretar literalmente as passagens da Bíblia, 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 a perfeição divina.

No século 18, o objetivo dos naturalistas era catalogar o plano divino que Deus havia criado. Por exemplo, Linnaeus estabeleceu as bases da taxonomia atual, seguindo esta linha de pensamento.

Mais tarde, essa visão foi contestada 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 de personagens adquiridos. Esse naturalista acreditava que os diferentes traços que adquirimos ao longo de nossas vidas poderiam ser transmitidos aos nossos filhos.

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

As contribuições de Darwin e Wallace para a biologia evolutiva: seleção natural

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

Em sua juventude, Darwin manteve um pensamento fiel aos ensinamentos bíblicos. No entanto, acompanhado por um pensamento religioso, Darwin manifestou interesse pelas ciências naturais, razão pela qual se cercou das mentes científicas mais brilhantes do momento.

A jornada no Beagle

A vida de Darwin deu uma guinada quando, ainda jovem, ele iniciou uma viagem a bordo do H. M. S. Beagle, um navio britânico que exploraria diferentes regiões da América do Sul. Após uma viagem que durou alguns anos, Darwin observou e coletou uma enorme diversidade da fauna e da flora sul-americanas.

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

A seleção natural é uma ideia simples e poderosa, sendo um importante mecanismo evolutivo - embora não o único, como veremos mais tarde.

Essa ideia não foi deduzida apenas por Darwin. Um jovem naturalista chamado Alfred Wallace teve, independentemente, ideias muito semelhantes. Wallace se comunicou com Darwin, e os dois apresentaram juntos a teoria da evolução por seleção natural.

A origem das espécies

Mais tarde, Darwin apresenta sua obra-prima: “A origem das espécies”, Que desdobra 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 hereditária em uma população de indivíduos, haverá uma reprodução diferencial entre os possuidores da característica. Estes tenderão a gerar mais descendentes, aumentando assim a frequência da característica 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: Neo-Darwinismo e Síntese

Imediatamente após a publicação de “A origem",uma grande polêmica eclodiu entre os cientistas mais importantes da época. No entanto, ao longo dos anos, a teoria foi gradualmente aceita.

Houve biólogos que nunca aceitaram as idéias darwinianas, então eles geraram suas próprias teorias evolutivas, hoje quase completamente desacreditadas. Exemplos disso são neo-lamarkismo, ortogênese e mutacionismo, entre outros.

Entre os anos 30 e 40, todas as teorias antidarwinistas foram descartadas com o advento da síntese evolutiva. Este consistiu na união de ideias darwinianas com as contribuições de uma série de geneticistas e paleontólogos como Fisher, Haldane, Mayr e Wright, entre outros.

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

Evidências para a evolução: apenas uma teoria?

Hoje, a evolução biológica é um fato apoiado por evidências robustas e abundantes. Embora os biólogos não duvidem da veracidade do processo, na vida cotidiana ouvimos 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 dos fatos, caracterizada por uma base fraca. Para um cientista, uma teoria é um corpo de ideias coerentes e devidamente estruturadas.

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

Homologia

Dois processos ou estruturas são homólogos se essa característica foi herdada diretamente de um ancestral comum. Na biologia evolutiva, a homologia é um ponto fundamental, pois são as únicas características que nos permitem reconstruir as relações ancestrais-descendentes entre os grupos.

Homologias morfológicas

Um exemplo muito famoso de homologia são os ossos dos membros dos tetrápodes. Vamos pegar 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 rádio e uma ulna e, finalmente, uma série de falanges.

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

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

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

Homologias moleculares

As homologias não se restringem 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, visto que praticamente todos os seres orgânicos compartilham essa linguagem - embora haja exceções muito específicas.

O registro fóssil

Quando Darwin propõe sua teoria da seleção natural, ele argumenta que todas as formas de transição graduais não estão presentes no registro fóssil porque ele está incompleto. Em contraste, os oponentes das idéias darwinianas 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, aliado à probabilidade de que um espécime seja encontrado em bom estado. Por essas razões, menos de 1% de todas as formas que já viveram estão representadas no registro fóssil.

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

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

Biogeografia

Embora a evolução seja apoiada 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 da criação especial.

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

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

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

Evolução em ação: exemplo de evolução

Outro mal-entendido em biologia evolutiva é que ele está relacionado a um processo extremamente lento.

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

A seguir vamos analisar 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 proeminentes 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, provavelmente porque se empoleirava na casca clara das bétulas e podia passar despercebida por predadores em potencial - pássaros.

Com o advento da revolução industrial, a poluição aumentou a níveis significativos. A casca das árvores começou a adquirir uma cor 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 podia se esconder melhor na casca enegrecida.

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

Como podemos imaginar, 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 da variação e depois a reprodução diferencial das variações, seja por seleção natural ou por deriva genética. Por esta razão, os termos seleção natural e evolução não devem ser usados indistintamente - porque não são.

Do ponto de vista da genética populacional, evolução é a mudança nas frequências de alelos ao longo do tempo dentro de uma população. Assim, as forças que mudam as frequências dos alelos são seleção, deriva, 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 mal interpretado e mal representado pela mídia, associando-o a frases erradas como: "sobrevivência do mais apto".

Condições para a seleção natural ocorrer

A seleção natural é uma ideia simples, com resultados magníficos. Se um sistema atender às seguintes características, ele irá evoluir - inevitavelmente - por meio 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 sua coloração, pele, altura, etc. A variação pode ser encontrada em diferentes níveis: morfológico, celular, bioquímico e molecular. À medida que diminuímos o nível, descobrimos que a variação aumenta.

- Herdabilidade: Em termos simples, a herdabilidade é a semelhança dos pais com seus filhos. Formalmente, é definido como a proporção da variância fenotípica devido à variação genética e é expresso com a equação: h² = V_G / (V_G + V_E), onde V_G é a variância genética e V_E variação ambiental.

- Associação comginástica: Finalmente, o traço hereditário deve conferir ao organismo que o possui alguma vantagem no ginástica. Este termo é usado na biologia evolutiva para quantificar a capacidade de um organismo de sobreviver e se reproduzir, deixando uma prole fértil.

Assim, quando essas três condições são satisfeitas, os organismos com características vantajosas têm maior probabilidade de se reproduzir do que os membros da população que não as possuem.

Gene drift

A deriva do gene é a mudança nas frequências dos alelos 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.

Em estatística, o erro de amostragem são as discrepâncias que existem entre a previsão teórica e o que é obtido experimentalmente. Por exemplo, se tivermos 50 feijões pretos e 50 feijões vermelhos em um saco, esperaríamos que, se pegarmos 10 aleatoriamente, a proporção esperada seja 5 feijões pretos e 5 feijões vermelhos.

No entanto, não seria surpreendente se o resultado experimental fosse 6 pretos e 4 vermelhos ou 7 pretos e 3 vermelhos. Este é o erro de amostragem.

De acordo com a teoria neutra da evolução molecular, a maioria das mutações são fixadas por deriva e não têm efeito sobre o ginástica do indivíduo.

Como na seleção natural, na deriva genética há reprodução diferencial dos indivíduos, só que neste caso é por acaso - enquanto na seleção natural é devido a uma característica que aumenta sua ginástica.

Aplicações de Biologia Evolutiva

A biologia evolutiva tem uma série de aplicações, tanto na medicina, agricultura, biologia da conservação e em outras disciplinas.

Remédio

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

Quando aplicamos um antibiótico desnecessariamente ou não concluímos o tratamento médico, eliminamos as variantes não resistentes, mas os indivíduos resistentes aumentam sua frequência na população bacteriana.

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

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

Hoje, a bactéria é totalmente resistente a uma série de antibióticos, incluindo penicilina, ampicilina e medicamentos relacionados. Embora novos antibióticos tenham sido gerados para neutralizá-lo, os medicamentos são cada vez menos eficientes.

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

Agricultura e Pecuária

O mesmo princípio evolutivo pode ser extrapolado para o uso de agrotóxicos para a eliminação de pragas, em lavouras de significativa importância econômica. Se o mesmo tipo de agrotóxico for aplicado por muito tempo, favoreceremos o aumento de variantes resistentes.

Da mesma forma, os fazendeiros buscam obter os "melhores" animais que maximizem a produção (de leite, carne, etc). Esses fazendeiros selecionam os indivíduos que consideram mais úteis em termos práticos. À medida que as gerações passam, os indivíduos se parecem cada vez mais com o que os humanos desejam.

Este 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 há entidade de seleção.

Biologia de conservação

Em questões de conservação, a compreensão de fenômenos como "gargalos" e a diminuição de ginástica causados pela endogamia permite evitá-los e gerar planos de conservação que aumentam o ginástica e manter a população "saudável".

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