VIDA MULTICELULAR
Evolução Biológica:
A evolução biológica refere-se ao processo pelo qual as características hereditárias das populações de organismos mudam ao longo do tempo, resultando em diversidade de vida. Isso ocorre principalmente por meio de quatro mecanismos principais: seleção natural, deriva genética, migração (fluxo gênico) e mutação. A evolução biológica é uma teoria central na biologia moderna e oferece uma explicação unificadora para a diversidade de formas de vida na Terra.
Criacionismo e Design Inteligente:
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Se você estivesse caminhando e encontrasse uma pedra no caminho? Não seria de causar surpresa, uma vez que a pedra é uma estrutura bruta formada de compostos naturais que estão naquele lugar há milhares de anos!
Mas se ao caminhar você encontrasse um relógio? Você saberia que aquele objeto não foi formado naquele lugar, mas sim por alguém, uma vez que devido sua complexidade mecânica não poderia ser algo natural daquele ambiente.
Esse é o princípio do Design Inteligente, o fato de existir vida e da forma como ela é, complexa, não poderia ser creditada ao acaso!
Projeto inteligente ou design inteligente é a tradução do termo inglês intelligent design, corrente de pensamento que busca contestar as ideias evolucionistas em relação ao surgimento da vida na Terra e à seleção natural.
A base do ideal dessa corrente “científica” é a afirmação de que a diversidade biológica não se deu evolutivamente, mas sim por interferência ou condução de uma inteligência superior, não reportando essa ação a Deus ou a seres extraterrestres.
O Projeto Inteligente ganhou visibilidade graças a pressão de comunidades religiosas nos Estados Unidos, que judicialmente conseguiram inserir os conteúdos do Projeto Inteligente nas escolas. Em alguns casos os conteúdos evolucionistas foram simplesmente suprimidos do currículo.
A tentativa de dificultar o ensino de conceitos científicos, que não atendam aos ensinamentos religiosos, não é novidade nos Estados Unidos. Em 1925, no estado do Tennessee, foi promulgada uma lei que estabelecia que o professor que ensinasse qualquer teoria contrária à bíblica seria preso e quanto às escolas, as que ensinassem teorias evolutivas, teriam suas verbas estaduais cortadas. O julgamento da causa da lei gerou o título “Julgamento do Macaco”, como caracterização da polêmica gerada.
Para alguns cientistas, a apresentação do Projeto Inteligente seria apenas uma reformulação da teoria religiosa criacionista, que busca se contrapor às teorias científicas sobre o processo de evolução, principalmente às ideias de Darwin.
Como toda teoria, o Design Inteligente se apóia em três argumentos primários:
1. Complexidade Irredutível: Refere-se ao fato de a vida ser composta de partes interligadas que dependem umas das outras para que sejam úteis. A mudança em uma parte apenas por mutação, por exemplo, não poderia ser responsável pela eficiência de toda estrutura.
2. Complexidade Específica: Apresenta que seria impossível que padrões tão complexos, como os presentes nos seres vivos, tenham se desenvolvido através de processos do acaso.
3. Princípio Antrópico: Acredita que a existência e desenvolvimento da vida na Terra requerem que tantas variáveis estejam perfeitamente harmonizadas, que seria impossível que todas as variáveis chegassem a ser como são apenas pelo acaso. Se nosso planeta fosse um pouco mais próximo do Sol, as condições para existência de vida seriam inviáveis.
No Brasil, a tradução do livro A Caixa Preta de Darwin - O Desafio da Bioquimica à Teoria da Evolução, pela editora Jorge Zahar Editor, do autor Behe, constitui um importante meio de informar aos interessados sobre as ideias do Desing Inteligente.
Fósseis e a Evolução:
Os fósseis são restos ou vestígios de organismos que viveram no passado, preservados em rochas sedimentares. Eles fornecem uma visão única da história da vida na Terra, permitindo aos cientistas reconstruir a evolução de organismos ao longo do tempo geológico. Os fósseis são importantes evidências da evolução, pois mostram mudanças nas formas de vida ao longo das eras geológicas e fornecem insights sobre a ancestralidade e a relação entre diferentes espécies.
As Evidências da Evolução:
Algumas espécies apresentam características anatômicas que muito se assemelham com aquelas presentes em indivíduos de outras espécies. Apesar de muitas vezes essas estruturas não apresentarem a mesma função, é possível inferir que, em algum momento, essas espécies possuíram um ancestral comum.
Quando uma determinada espécie possui órgãos que se desenvolvem de maneira semelhante à de outra, dizemos que elas possuem órgãos homólogos. Esses órgãos podem ou não apresentar a mesma função. Como exemplo, podemos citar o braço de um ser humano e a asa de um morcego.
Outras vezes, no entanto, os órgãos possuem a mesma função, mas pela análise da anatomia, é possível verificar que a origem embrionária é diferente. Nesses casos, dizemos que os órgãos são análogos e surgiram provavelmente como uma forma de adaptação a um determinado ambiente. Como exemplo, podemos citar as asas das borboletas e dos pássaros.
Os órgãos vestigiais, que podem ser definidos como estruturas atrofiadas que possuem uma função pouco expressiva, também são considerados uma evidência da evolução. Provavelmente, esses órgãos eram importantes nos ancestrais de determinada espécie e, com a evolução, eles se tornaram pouco funcionais e regrediram. Como exemplo de órgãos vestigiais, podemos citar o apêndice nos humanos.
Evidências Moleculares da Evolução:
A análise das células e a bioquímica dos organismos têm revelado que existe muita semelhança entre todos os seres vivos. Esse fato sugere que, em algum ponto da história evolutiva, tivemos um ancestral comum.
Quando analisamos as células, é possível perceber que as espécies são bastante semelhantes entre si. A semelhança também é grande entre o código genético, uma vez que o DNA e o RNA possuem apenas quatro bases diferentes. Essas bases são as responsáveis pelas características de todos os seres vivos existentes no planeta.
Percebe-se, portanto, que a teoria da evolução é sustentada por diversos pilares e cada dia é mais evidente que os seres vivos sofrem mudanças através do tempo.
As Ideias de Lamarck:
- o processo de geração espontânea dar-se-ia de forma continuada;
- as linhagens produzidas podem progredir por caminhos evolutivos diversos, em função do ambiente que elas ocuparam durante a trajetória.
Teoria de Darwin:
Darwinismo é o nome dado à teoria evolucionista baseada nas ideias de Charles Darwin. Assim como outras teorias evolucionistas, o darwinismo defende a descendência com modificação, contrapondo, portanto, a ideia fixista de que as espécies são imutáveis. O darwinismo baseia-se em dois pilares: a ancestralidade comum e a seleção natural. Após os conhecimentos sobre genética serem adicionados às ideias darwinistas, surgiu a teoria que chamamos de neodarwinismo.
Leia mais: Charles Darwin – um dos pesquisadores mais influentes da história da ciência
Darwin e A origem das espécies
Darwin foi um importante naturalista britânico que ficou conhecido por sua obra A origem das espécies por meio da seleção natural, publicada em 1859. Nela Darwin tentou explicar os mecanismos que levam às mudanças nas espécies ao longo do tempo e são responsáveis pelo surgimento de novas espécies. Seu trabalho apresenta dois pontos principais: a ancestralidade comum e a seleção natural.
Ancestralidade comum
Darwin, em seu trabalho, mostrou evidências de que as espécies sofrem mudanças ao longo do tempo e que elas surgem por meio de uma sucessão de ancestrais. Ele utilizou a expressão “descendência com modificação” para explicar essa ideia. Segundo Darwin, as espécies apresentam, portanto, ancestrais comuns e sofrem modificações ao longo do tempo que levam ao surgimento de novas espécies com base nesses ancestrais.
A ancestralidade comum pode ser demonstrada quando observamos, por exemplo, as características homólogas, que possuem semelhanças entre si, mesmo apresentando, algumas vezes, funções diferentes.
Os membros anteriores dos mamíferos são exemplos de estruturas homólogas. Quando comparamos os membros dos seres humanos, dos cachorros, das baleias e dos morcegos, percebemos que, mesmo tendo diferentes funções, eles apresentam os mesmos elementos esqueléticos básicos. Essas estruturas não surgiram de maneira independente em todas essas espécies, sendo, o mais provável, provenientes de um ancestral comum.
Seleção Natural:
Outro ponto importante do darwinismo é a ideia de seleção natural. Darwin fez uma série de observações e pôde concluir que as populações apresentam indivíduos com diferentes características, as quais podem ser passadas de uma geração para outra.
Os indivíduos que herdam características que lhes conferem vantagem de sobrevivência, apresentam maior chance de desenvolver-se e reproduzir-se, passando essa característica vantajosa aos seus descendentes. Aqueles que apresentam características menos vantajosas, apresentam menos chance de sobrevivência e também de reprodução. Ao longo das gerações, percebe-se que a característica vantajosa vai aumentando entre os indivíduos devido ao seu maior sucesso reprodutivo.
Podemos exemplificar como a seleção natural atua utilizando o clássico exemplo do pescoço da girafa. De acordo com as ideias de Darwin, existiam girafas de pescoço longo e girafas de pescoço curto. As girafas de pescoço curto apresentavam maior dificuldade de conseguir alimento em locais mais altos, quando os vegetais mais baixos estavam escassos. As girafas de pescoço longo apresentavam vantagem, uma vez que conseguiam alimentar-se em árvores com a copa mais alta.
Ao longo do tempo, observou-se um aumento da população de girafas de pescoço longo, uma vez que elas tinham maior chance de sobrevivência e de reprodução, passando essa características aos seus descendentes.
Darwin considerou a seleção natural como o principal mecanismo que leva à modificação das espécies ao logo do tempo. Vale destacar que, apesar de explicar o mecanismo de seleção natural, Darwin não tinha conhecimentos sobre genética e, portanto, não compreendia a forma como as características eram passadas para as gerações seguintes. Caso queira aprofundar-se nesse importante macanismo.
A Teoria Sintética da Evolução:
O darwinismo baseia-se na ideia de que os organismos mudam ao longo do tempo e que o meio, por ação da seleção natural, seleciona os organismos mais adaptados, os quais apresentam maior chance de deixar descendentes.
O neodarwinismo, por sua vez, considera a seleção natural como um importante mecanismo de modificação dos seres vivos, contudo novos conhecimentos trazidos pela genética foram adicionados, sendo a teoria de Darwin complementada, por exemplo, com as famosas leis de Mendel e o conhecimento sobre mutações. O neodarwinismo, também chamado de teoria sintética da evolução, surgiu no início do século XX e é, até o momento, a ideia evolucionista mais aceita.
Bases Genéticas da Evolução:
A mutação cria novos genes, e a recombinação os mistura com os genes já existentes, originando os indivíduos geneticamente variados de uma população. A seleção natural, por sua vez, favorece os portadores de determinados conjuntos gênicos adaptativos, que tendem a sobreviver e se reproduzir em maior escala que outros. Em função da atuação desses e de outros fatores evolutivos, a composição gênica das populações se modifica ao longo do tempo.
Mutações
As mutações podem ser cromossômicas ou gênicas. As mutações cromossômicas 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.
As mutações gênicas são consideradas as fontes primárias da variabilidade, pois aumentam o número de alelos disponíveis em um lócus, incrementando um conjunto gênico da população. Embora ocorram espontaneamente, podem ser provocados 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.
O Conceito de População Mendeliana:
O conceito de população mendeliana é uma abordagem na genética populacional que considera uma população de organismos como uma coleção de indivíduos intercruzantes que compartilham um conjunto comum de genes. Esse conceito é baseado nos princípios da herança mendeliana, desenvolvidos a partir dos trabalhos do monge Gregor Mendel no século XIX.
Princípios Fundamentais da Herança Mendeliana:
Segregação Independente: Durante a formação de gametas, os alelos de diferentes genes segregam-se independentemente uns dos outros. Isso significa que os alelos para diferentes características são distribuídos aleatoriamente nos gametas.
Dominância e Recessividade: Alguns alelos são dominantes e expressam seu fenótipo mesmo em heterozigotos, enquanto outros são recessivos e só são expressos em homozigotos recessivos.
Características da População Mendeliana:
Interconexão Genética: Os indivíduos dentro de uma população mendeliana estão interconectados por meio da reprodução sexual e da troca de alelos durante o cruzamento.
Variação Genética: A população mendeliana exibe variação genética devido à presença de diferentes alelos para os genes em estudo. Essa variação é essencial para a evolução e adaptação das populações às mudanças ambientais.
Regras de Mendel Aplicadas à População: Os princípios da segregação independente e da dominância/recessividade podem ser aplicados para prever a frequência de alelos e genótipos em uma população, desde que certas condições sejam atendidas.
Aplicações:
Estudos de Herança em Populações: O conceito de população mendeliana é fundamental para entender como os traços genéticos são transmitidos e como as frequências alélicas e genotípicas mudam ao longo do tempo em uma população.
Genética de Populações: A genética de populações estuda a distribuição e a mudança de alelos e genótipos em populações naturais. Isso inclui a análise da variabilidade genética, a estrutura populacional e os padrões de seleção natural.
Limitações:
Assunções Simplificadoras: O conceito de população mendeliana baseia-se em algumas simplificações, como a aleatoriedade dos acasalamentos e a ausência de fatores evolutivos, como seleção natural e deriva genética.
Genes Múltiplos e Interação Gênica: Em muitos casos, as características são influenciadas por múltiplos genes e suas interações, o que pode complicar a aplicação dos princípios mendelianos.
Ambiente e Herança Epigenética: Fatores ambientais e mecanismos epigenéticos podem influenciar a expressão gênica e herança de maneiras que não são completamente compreendidas pelos princípios mendelianos.
Frequências Gênicas em Populações:
Frequências gênicas em populações referem-se à proporção de diferentes alelos para um determinado gene dentro de uma população. Essas frequências podem variar ao longo do tempo devido a vários processos evolutivos, como seleção natural, deriva genética, migração e mutação. O estudo das frequências gênicas é fundamental para compreender a genética populacional e os padrões de herança dentro das populações.
Importância das Frequências Gênicas:
Variação Genética: As frequências gênicas determinam a diversidade genética dentro de uma população. Quanto mais variantes alélicas estiverem presentes, maior será a variabilidade genética, o que pode afetar a capacidade de uma população se adaptar a mudanças ambientais.
Evolução: Mudanças nas frequências gênicas são a base da evolução. A seleção natural, a deriva genética e outros processos evolutivos alteram as frequências alélicas ao longo do tempo, levando a mudanças nas características da população.
Estrutura Populacional: As frequências gênicas podem variar entre diferentes subpopulações de uma espécie, dependendo de fatores como migração, isolamento geográfico e seleção local. Isso pode levar à especiação e à formação de novas espécies.
Fatores que Afetam as Frequências Gênicas:
Seleção Natural: Indivíduos com alelos favoráveis têm maior probabilidade de sobreviver e reproduzir, aumentando a frequência desses alelos na população ao longo do tempo.
Deriva Genética: Flutuações aleatórias nas frequências alélicas devido ao acaso, mais pronunciadas em populações pequenas.
Migração (Fluxo Gênico): Introdução ou remoção de alelos devido ao movimento de indivíduos entre populações.
Mutação: Novas variantes alélicas podem surgir devido a erros na replicação do DNA ou exposição a agentes mutagênicos.
Acasalamento Não Aleatório: Padrões de acasalamento que não são completamente aleatórios podem resultar em mudanças nas frequências gênicas.
Medindo Frequências Gênicas:
As frequências gênicas podem ser medidas por meio de amostragem de indivíduos em uma população e contagem dos diferentes alelos presentes em uma determinada loci genética. Esses dados são frequentemente usados para calcular estatísticas como frequências alélicas, frequências genotípicas e heterozigosidade..
O Princípio de Hardy-Weinberg:
O princípio de Hardy-Weinberg descreve as frequências gênicas e genotípicas em uma população que permanece em equilíbrio genético sob certas condições. Ele estabelece que, em uma população em equilíbrio, as frequências alélicas permanecem constantes de geração em geração se não houver fatores evolutivos atuandosobre a população, como seleção natural, deriva genética, migração ou mutação. Este princípio é útil para entender como as frequências alélicas podem mudar ao longo do tempo e fornece uma base para comparar as frequências observadas em uma população com as esperadas sob condições de equilíbrio.
Fatores que Alteram o Equilíbrio Gênico:
Os fatores que podem alterar o equilíbrio gênico em uma população incluem:
Seleção Natural: A preferência por certos fenótipos pode resultar em mudanças na frequência alélica.
Deriva Genética: Flutuações aleatórias nas frequências alélicas podem ocorrer em populações pequenas devido ao acaso.
Migração: A introdução ou remoção de genes devido ao movimento de indivíduos entre populações pode alterar as frequências alélicas.
Mutação: Novas variantes alélicas podem surgir devido a mutações, alterando as frequências gênicas.
Acasalamento Não Aleatório: Padrões de acasalamento que não são completamente aleatórios podem resultar em mudanças nas frequências genéticas.
Deriva Gênica:
deriva genética é um mecanismo evolutivo que explica as mudanças aleatórias na frequência genética de uma população ao longo das gerações, o que pode acontecer pelo aumento ou diminuição das frequências dos alelos ao acaso. Assim, essas alterações são resultado do acaso, e não de pressões seletivas específicas, como é o que ocorre com a seleção natural.
A deriva genética é mais facilmente observada em populações pequenas porque a flutuação dos alelos nessas populações é mais evidente. Em populações reduzidas, cada geração representa uma fração maior do pool genético total, tornando as mudanças na frequência alélica mais perceptíveis, o que é mais difícil de ser observado em populações maiores.
Efeitos da deriva genética
A deriva genética pode ser explicada a partir de dois efeitos, o efeito gargalo e o efeito fundador. Entenda um pouco sobre cada um deles a seguir.
→ Efeito gargalo
O efeito gargalo acontece quando uma população passa por uma redução significativa e abrupta em seu tamanho. Esse evento pode ocorrer devido a fatores naturais, como catástrofes ambientais, ou propositais, como caçadas intensivas e outros fatores que levam a uma diminuição drástica na quantidade de indivíduos da população.
Durante um efeito gargalo, apenas um pequeno número de indivíduos sobrevive e contribui para a próxima geração. Como resultado, a diversidade genética da população é reduzida, pois apenas um subconjunto limitado dos alelos presentes na população original é transmitido aos descendentes.
Tendo como exemplo a imagem para entender como funciona o efeito gargalo, as bolinhas coloridas representam a diversidade genética de uma população, que é composta por alelos diferentes, cada qual representado por uma coloração. O gargalo da garrafa, por sua vez, representa um evento adverso que leva à diminuição abrupta da população e, consequentemente, acontece uma redução da diversidade genética dessa população. Observe que a população que sobrevive ao evento é composta por uma frequência de alelos diferente da população original. Após algum tempo, o tamanho da população se restabelece, porém existe uma diversidade genética menor do que a observada na população original.
Um exemplo do efeito gargalo acontece com os elefantes-marinhos-do-norte, que apresentam uma redução na variação genética, possivelmente devido a um evento de gargalo populacional causado pela interferência humana na década de 1890. A atividade de caça reduziu drasticamente suas populações para aproximadamente 20 indivíduos no final do século XIX. Embora essas populações tenham se recuperado desde então, ultrapassando os 30.000 indivíduos, os efeitos do gargalo persistem em seus genes. Em comparação com uma população de elefantes-marinhos-do-sul, que sofreu uma caça menos intensiva, os elefantes-marinhos-do-norte exibem menor variação genética.
→ Efeito fundador
O efeito fundador ocorre quando um pequeno grupo de indivíduos se separa de uma população maior e inicia uma nova população em uma área geográfica separada. Esses fundadores, por vezes, representam apenas uma fração da diversidade genética presente na população original de onde se originaram. Como resultado, a nova população fundada pode ter uma composição genética mais limitada e menos diversificada do que a população original.
Um exemplo do efeito fundador é o que ocorre na população africana de descendentes de colonos holandeses no sul da África. Essa população tem sua origem principalmente em um pequeno grupo de colonos holandeses iniciais. Atualmente, essa população apresenta uma alta frequência do gene associado à doença de Huntington, pois os colonos holandeses originais coincidentemente carregavam genes com uma frequência notavelmente elevada para essa condição.
Consequências da deriva genética
A deriva genética gera consequências na variabilidade genética e na fixação ou redução dos alelos presentes em uma população. Algumas delas são:
- Fixação de alelos: um alelo específico se torna presente em 100% da população. Isso ocorre por acaso, e alelos fixados podem não necessariamente conferir vantagens adaptativas.
- Perda de alelos: o oposto ocorre em relação à fixação, isto é, um alelo específico é eliminado de uma população ao longo do tempo, o que implica o seu desaparecimento nessa população.
- Perda da variabilidade genética: a fixação de apenas alguns alelos e o desaparecimento de outros resultam da diminuição da variabilidade genética, o que pode tornar a população mais suscetível a mudanças que ocorram no ambiente, como mudanças climáticas ou alteração dos recursos disponíveis.
Princípio do Fundador:
Um caso extremo de deriva gênica é o chamado princípio do fundador: uma nova população é “fundada” por um ou poucos indivíduos, seja porque a população ancestral sofreu uma diminuição drástica, seja porque um pequeno número de indivíduos de uma população migrou para outra região, onde deu origem a uma nova população.
Nessas condições, os indivíduos que iniciaram a nova população, por serem poucos, geralmente não constituem uma amostra representativa da população original. Há casos em que uma única fêmea grávida funda uma nova população. Essa fêmea obviamente não possuirá uma amostra significativa dos diferentes tipos de alelos presentes na população original.
A deriva gênica parece ter sido um fenômeno comum na colonização de ilhas distantes dos continentes, às quais conseguem chegar poucos indivíduos provenientes das populações continentais. Nas ilhas, os “fundadores” iniciam populações cujas frequências gênicas são geralmente bem diferentes das populações continentais originais.
Exemplo do princípio fundador no homem
Um exemplo do princípio do fundador na espécie humana foi verificado em comunidades religiosas, originárias da Alemanha, que se estabeleceram nos Estados Unidos. Devido a seus costumes e religião, os membros dessas comunidades, chamadas Dunker, mantiveram-se isolados da população norte-americana.
A análise da frequência de alguns genes nos membros da comunidade Dunker mostrou diferenças significativas tanto em relação à população norte-americana quanto em relação à população alemã. As diferenças de frequência gênica na população Dunker não posem ser atribuídas a fatores seletivos ambientais, pois esses também teriam agido sobre a população norte-americana.
A explicação mais plausível é que os Dunker norte-americanos, oriundos da Alemanha, não eram amostra representativa da população alemã, no tocante às frequências dos genes analisados. Nos Estados Unidos, como eles se mantiveram isolados, suas frequências gênicas se mantiveram diferenciadas da população norte americana.
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