Evolução / Genética

Evolução
“Muitas espécies primitivas do nosso planeta, ao longo do tempo, sofreram profundas modificações e originaram outras espécies através de um processo evolutivo.”

A evolução dos seres vivos

A preocupação sobre a origem da vida é muito antiga. Quatro séculos a.C. o filósofo grego Aristóteles dizia que a vida poderia originar-se espontaneamente a partir de matéria bruta, graças a um “princípio ativo” presente na matéria. Tal princípio era uma “capacidade” para realizar ou produzir determinada estrutura. Segundo Aristóteles, a vida não surge apenas pelo cruzamento de animais ou pela germinação de esporos e semente. Essas idéias constituem o fundamento da teoria da geração espontânea ou abiogênese, segundo a qual a vida pode originar-se espontaneamente da matéria bruta.
Essas idéias difundiram-se durante muito tempo entre os povos da Índia, da china e do Egito, influenciando até muitos cientistas de renome da época do Renascimento.
Embora essa teoria fosse defendida por muitos cientistas, havia outros, como Redi, Spallanzani e Pasteur, adeptos da chamada teoria da biogênese, segundo a qual os seres vivos só podem originar-se de outros seres vivos pelo processo da reprodução.
Numerosas experiências foram realizadas pelos adeptos da abiogênese, mas depois de experiências praticadas por Pasteur, contestando-as a teoria da geração espontânea caiu em descrédito.

Como tudo começou

Segundo a geologia, a idade do planeta terra é de aproximadamente 4,5 a 4,8 bilhões de anos. A terra faz parte do sistema solar, e este se formou numa nuvem de poeira cósmica.
Nosso planeta iniciou-se como uma pequena massa, que foi aumentando gradativamente, atraindo para si, por forças gravitacionais, partículas e mais partículas. Pela compressão dessas partículas, a temperatura deve ter sofrido um aumento gradual. No decorrer de milhões de anos, devem ter acontecido também resfriamento da massa e, novamente, aquecimentos. Com a alternância desses aquecimentos e resfriamentos, muitos compostos químicos foram se formando, passando a integrar a camada sólida da terra. Materiais mais densos instalaram-se nas profundidades, constituindo o núcleo do planeta; os menos densos ficaram na camada periférica, constituindo a crosta terrestre.
Muitos componentes da poeira cósmica são elementos radioativos. Sua queda e englobamento pelos materiais terrestres teriam provocado muito calor e atividades vulcânicas.
A atividade vulcânica derramou numerosas rochas fundidas, do interior da terra, na sua superfície. Com essas rochas, o vapor da água era eliminado (constituindo cerca de 10% do material extravasado durante a erupção). Esse vapor deve ter-se acumulado na atmosfera, em regiões frias do espaço, onde se condensou, formando nuvens. Posteriormente, devem ter ocorrido chuvas. A queda da água das chuvas sobre rochas quentes teria provocado a evaporação da água que voltaria à atmosfera.
Esse ciclo de evaporação e condensação de vapor de água repetiu-se milhares de vezes. Nessas condições, devem ter ocorrido violentas tempestades, acompanhadas de descargas elétricas.
Os gases ao redor da terra não escaparam para o espaço porque a terra, devido à sua grande massa, exerce poderosas forças gravitacionais que os mantêm ao seu redor, constituindo a atmosfera.
Segundo a geologia, a atmosfera daquela época deveria ter uma composição diferente da atmosfera atual. Deveria se constituída de vapor de água (H2O), hidrogênio (H2), metano (CH4) e amônia (NH3). Não havia ainda nitrogênio (N2), gás carbônico (CO2) nem oxigênio (O2).



A origem da vida no nível molecular

Numerosos cientistas fizeram tentativas no sentido de explicar os fenômenos bioquímicos ocorridos em condições primitivas do nosso planeta. Inicialmente, eles admitiram que o estado vivo deveria ter-se originado do estado não vivo, e postularam ainda que isso não acontece no presente porque miríades de organismos hoje existentes (vírus, bactérias, etc) destruiriam o protoplasma em formação.
Os seres vivos que hoje conhecemos são formados essencialmente de ácidos e proteínas. Sabemos que as proteínas são sintetizadas graças ao controle do DNA e do RNA e que estes, por sua vez, são sintetizados graças à atividade enzimática das proteínas. E aí se estabelece um círculo fechado: as proteínas dependem dos ácidos nucléicos e estes dependem das proteínas. A abertura desse círculo seria o primeiro passo para explicar a origem da vida.
Postula-se que a vida se originou há mais de três bilhões de anos, em bacias marinhas. Sabe-se que os fenômenos vitais necessitam de energia para a sua realização. Atualmente, essa fonte de energia, utilizada pelos vegetais e algas para a realização da fotossíntese, é o Sol.
Mas como pensar nisso, se naquela época não havia CO2 na atmosfera nem a clorofila para captar a energia do sol?
Postulam os cientistas que a energia empregada naquela época era a proveniente do calor (por exemplo, dos vulcões), das radiações ultravioletas e de partículas cósmicas. Alguns cientistas admitem que as proteínas teriam surgido antes dos ácidos nucléicos. Stanley Miller e Sidney Fox demonstraram em laboratório como isso seria possível.
Em 1953, Miller publicou um artigo, relatando uma experiência na qual aminoácidos eram produzidos nas condições da terra primitiva.
Para isso, idealizou um aparelho, que consistiu num frasco fechado, munido de um circuito elétrico e contendo uma mistura gasosa de metano (CH4), amônia (NH3), vapor de água a 80ºC e hidrogênio (H2), como mostra a figura abaixo.





O vapor da água circulante no aparelho sofria resfriamentos e condensava, como na formação das chuvas. Havendo no aparelho calor, gases, condensações e descargas elétricas, as supostas condições da atmosfera primitiva estavam ali reproduzidas.
Antes do surgimento da vida, é muito provável que nas águas oceânicas houvesse compostos de fosfatos que, segundo Young(1965), teriam capacidade catalítica, funcionando como enzimas. O que se estabeleceu até agora é que os primeiros compostos formados, precursores da matéria viva, foram os aminoácidos, que polimerizaram para formar polipeptídeos. Teriam os polipeptídeos capacidade de autoduplicação?
Gibbons (1967) pesquisou um tipo de doença que afeta os carneiros, chamada scrapie, em que o agente causador é uma proteína que se duplica sem a interferência do DNA e do RNA.

Organismos Pioneiros: Autótrofos ou Heterótrofos?

Como na atmosfera primitiva da terra não havia oxigênio, não podemos imaginar que os primeiros organismos que surgiram teriam sido os autótrofos.
Os primeiros organismos teriam obtido energia do caldo orgânico que se formou nos oceanos primitivos. Então, seriam eles heterótrofos e anaeróbicos. Utilizando o processo da fermentação, tais organismos liberavam CO2 para a atmosfera. Mas, com a multiplicação contínua desses organismos, o caldo orgânico teria se esgotado. Então houve necessidade do surgimento de organismos autótrofos, para renovar o estoque dos nutrientes orgânicos. Isso foi conseguido pelo surgimento de organismos clorofilados, que conseguiam sintetizar os nutrientes orgânicos pela fotossíntese. Foi por esse processo que o oxigênio foi liberado e passou a povoar a atmosfera.
Posteriormente surgiram os organismos aeróbicos, incluindo aí os vegetais e os animais, que passaram a utilizar a respiração como processo de obtenção de energia.

A evolução no nível da espécie

Havia uma corrente antiga de cientistas que acreditavam que as espécies de seres vivos hoje existentes são as mesmas encontradas no passado. Nada Mudou. È o que se denomina fixismo. Carlos Lineu fazia parte dessa corrente.
Mas, depois do século XVIII, novas idéias foram surgindo a partir de novos estudos e observações, e se formou outra corrente de cientistas: a dos transformistas. Esses acreditavam que as espécies podem sofrer transformações no decorrer do tempo e originar outras espécies.



As grandes teorias evolucionistas
Lamarck e o mecanismo evolutivo

O biólogo francês Jean-Baptiste de Monet, conhecido em sua época como “cavaleiro de Lamarck”, foi um dos primeiros defensores do transformismo.
Ele suponha que eventuais alterações ambientais desencadeariam numa espécie uma necessidade de modificação, que propiciaria sua adaptação às novas condições vigentes. Nesse processo, a espécie poderia adquirir novos hábitos, fato que induziria a utilização mais freqüente de certas partes do organismo – causando-lhe uma hipertrofia – ou o desuso de outras partes – ocasionando-lhes uma atrofia. Assim, a espécie passaria a exibir características novas, que seria transmitidas aos descendentes.
As leis básicas de Lamarck
Sua idéia o fez postular duas leis básicas para sua hipótese:
● Lei do Uso e desuso – supõe que o uso freqüente de partes do organismo conduz essas partes à hipertrofia, enquanto o desuso prolongado ocasiona-lhe atrofia;
● Lei da Transmissão das Características Adquiridas – supõe que as características adquiridas pelo uso ou perdidas pelo desuso são transmitidas de geração a geração.
A explicação de Lamarck para sua hipótese

Tendo como exemplo as girafas, Lamarck suponha que, em tempos passados, esses animais teriam pescoços curtos e membros anteriores com comprimento semelhante ao dos posteriores. Viviam, porém, em ambientes onde a vegetação rasteira era escassa; assim, teriam sido induzidas, por “solicitação” do ambiente, a se alimentar de folhas situadas no alto das árvores. Na tentativa de terem acesso ao alimento, adquiriram então o hábito de esticar o pescoço e as pernas anteriores. Com o uso freqüente dessas estruturas, elas foram se desenvolvendo e as características adquiridas foram lentamente sendo transmitidas de geração a geração, até resultar nas atuais girafas de pescoços longos e pernas dianteiras desenvolvidas.
Com relação às cobras primitivas, que deveriam ter corpo curto e apresentar patas. Ao rastejar pela grama, seu corpo foi-se esticando progressivamente e as patas não eram mais necessárias, pois atrapalhavam o ato de rastejar. Dessa forma, as cobras tornaram-se alongadas e desprovidas de patas, e esses caracteres passaram a seus descendentes.
Esses e outros exemplos mostram como Lamarck explicava as características morfofisiológicas presentes numa determinada espécie. Em todos os casos citados, o ambiente teria atuado como um fator indutor de modificações nos seres vivos, conduzindo à adaptação da espécie ao meio em que vive.
Lamarckismo x fundamento cientifico
O lamarckismo constitui uma idéia destituída de fundamento científico. Em primeiro lugar, com exceção de certos órgãos de natureza muscular, as demais partes do organismo não estão sujeitas a sofrer hipertrofia ou atrofia, como resposta ao uso e desuso freqüentes. Em segundo lugar, as eventuais características que porventura fossem adquiridas pelo uso ou perdidas pelo desuso não podem ser transmitidas aos descendentes. Uma geração transmite para outra genes que estão contidos nos cromossomos das células de reprodução. Assim, apenas alterações processadas no código genético e nas células de reprodução podem afetar a descendência. Logo, alterações ocorridas em células somáticas, como as musculares, não são transmitidas aos descendentes. Por isso, considera-se que a falha do lamarckismo reside, principalmente, na lei da transmissão dos caracteres adquiridos.


Darwin e o mecanismo evolutivo

Trinta anos depois da morte de Lamarck, o naturalista inglês Charles Robert Darwin expôs em seu livro A origem das espécies suas idéias a respeito do mecanismo de transformação das espécies.
Observações preliminares de Darwin
Darwin considerou algumas observações, em que se baseou na elaboração de suas idéias transformistas:
• Os organismos vivos produzem grandes quantidades de unidades reprodutivas; no entanto, o número de indivíduos permanece, na maioria das espécies, mais ou menos constante na natureza. Concluiu então que na natureza deveria haver uma intensa “luta pela vida”, isto é, uma acirrada competição na exploração dos recursos oferecidos pelo ambiente, tais como disponibilidade de alimento, espaço e luminosidade.
• Os organismos de uma população natural são diferentes entre si, apresentando variações na forma e no comportamento. Essas variações podem ser transmitidas de uma geração para outra.
A seleção natural
Darwin considerou que certas características poderiam contribuir para a sobrevivência e reprodução de certos indivíduos num determinado ambiente, constituindo, portanto, variações “favoráveis”. Indivíduos portadores de variações “desfavoráveis”, por sua vez, teriam grandes dificuldades para sobreviver e seriam normalmente extintos.
Assim, as diferenças individuais já existentes entre os indivíduos de uma mesma espécie seriam selecionadas naturalmente pelo ambiente. Então, o ambiente, como fator de seleção, tenderia a:
• fixar os indivíduos portadores de variações “favoráveis”;
• eliminar os indivíduos portadores de variações “desfavoráveis”.

Darwin X Lamarck
Usando o exemplo da evolução das girafas, o darwinismo explica o longo pescoço do animal e o grande desenvolvimento de suas patas dianteiras de uma maneira diferente daquela defendida pelo lamarckismo.
Darwin entendia que, no passado, provavelmente os ancestrais das atuais girafas exibiam pescoço e patas dianteiras com tamanhos variáveis. Mas a competição pelo alimento disponível favoreceu os indivíduos portadores de pescoço longo e patas dianteiras desenvolvidas, que, dotados de tais variações “favoráveis”, teriam acesso as folhagens situadas no alto das árvores. Assim, a seleção natural fixou os indivíduos portadores dessas variações, em detrimento das girafas de pescoços e patas dianteiras curtos, que lentamente se foram extinguindo. Ao longo de várias gerações sobreviveram apenas as girafas de pescoço longo e patas dianteiras desenvolvidas, que hoje conhecemos.
Podemos constatar uma grande diferença entre a explicação de Lamarck e a de Darwin. O lamarckismo supõe que características novas são adquiridas por indução do ambiente, enquanto o darwinismo considera que características já existentes são apenas selecionadas pelo ambiente. Em outras palavras, para Lamarck, o ambiente seria o causador das variações intra-específicas; para Darwin, o ambiente selecionaria as variações já existentes.



O Neodarwinismo

Depois da publicação e o conhecimento geral das leis de Mendel sobre hereditariedade, muitos biólogos se emprenharam em estudar quais as causas da variabilidade entre os indivíduos de mesma descendência, não explicadas por Darwin.
Foi assim que descobriram que as causas das variações, hereditárias eram a recombinação entre genes e as mutações.
A permuta, que ocorre durante a meiose, pode produzir pequenas variações que se vão acumulando nos indivíduos após a fecundação dos gametas, favorecendo e aumentando o aparecimento caracteres diferentes numa população. Se alguns indivíduos dessa população sofrerem isolamento geográfico e reprodutivo, propiciando uma seleção natural, após certo tempo poderá ocorrer uma divergência tal que não será mais possível o cruzamento entre esses indivíduos e os da população da qual se originaram. Dessa forma, pode constituir-se uma nova espécie.
As mutações que ocorrem nos genes ou nos cromossomos das células germinativas podem ser transmitidas a gerações sucessivas. Sendo profundas, as modificações poderão favorecer o aparecimento de caracteres diferentes nos indivíduos, possibilitando o surgimento de novas espécies.
A esse conjunto de esclarecimentos sobre a variabilidade entre os indivíduos proposta do Darwin costuma-se chamar neodarwinismo.

Fatores responsáveis pela evolução orgânica
A freqüência gênica de uma população tende a permanecer estável, desde que não haja mutações, migrações ou seleção natural. Qualquer modificação nessas condições pode fazer variar a freqüência gênica, abrindo caminho para a evolução.
Entre os fatores que levam à alteração da freqüência gênica e, portanto, conduzem á evolução, citam-se: recombinação gênica, mutações, adaptação, isolamento reprodutivo, migração e oscilação genética.
Recombinação gênica
Pela segregação independente dos genes, os cromossomos de origem paterna e materna podem combinar-se de muitas maneiras, produzindo grande variedade de características.
E, durante a meiose, com a ocorrência de crossing over, a recombinação entre genes torna-se muito maior.
Desses dois fenômenos podemos concluir que as diferenças entre os descendentes de um mesmo casal são tamanhas que a probabilidade de haver dois irmãos iguais é nula.

As mutações
Mutações são modificações bruscas de genes ou de cromossomos que podem acarretar uma variação hereditária.
Quando são afetadas as células germinativas, as mutações transmitem-se á descendência.

Mutações gênicas
Mutações gênicas são alterações da estrutura do DNA componente do gene.
Durante a duplicação do DNA pode ocorrer um erro na cópia, por substituição de uma base nitrogenada por outra ou por duplicação da base ou por supressão dessa base. Essa modificação vai acarretar uma mudança no RNA-m e, por conseguinte, modificação na síntese da proteína.
As mutações ocorrem espontaneamente, mas a probabilidade de elas ocorrerem pode ser aumentada por certos agentes ambientais chamados agentes mutagênicos, que podem ser físicos e químicos.
Dos agentes físicos citam-se as radiações ionizantes e os raios ultravioletas. Entre os agentes químicos estão os sais de metais radiativos, o gás de mostarda, o formol, as anilinas, o alcatrão do cigarro e muitas outras substâncias, quando utilizadas em excesso.
Cada gene tem sua taxa própria de mutação. Alguns genes são bastante mutáveis e outros são pouco mutáveis.

Mutações cromossômicas
Mutações cromossômicas são alterações que ocorrem ou na estrutura ou no número de cromossomos.
Mutações estruturais
As mutações estruturais, também chamadas aberrações cromossômicas, podem ocorrer por deficiência ou deleção (perda de um pedaço do cromossomo), por duplicação (presença de um pedaço duplicado do cromossomo), por inversão (pedaço de cromossomo fraturado sofre uma rotação de 180º e solda-se aos outros pedaços de forma invertida) e translocação (troca de pedaços entre cromossomos não homólogos fraturados).
 Mutações numéricas
Aneuploidias
Aneuploidia é uma aberração cromossômica produzida por alteração do número de cromossomos do indivíduo. Daí a denominação monossomia (2n-1), quando diminui um cromossomo, nulissomia (2n-2), quando diminuem dois cromossomos, trissomia (2n+1), quando há o acréscimo de um cromossomo, tetrassomia (2n+2), quando há o acréscimo de dois cromossomos.
Na espécie humana citam-se os seguintes casos de aneuploidia:
▪ Síndrome de Down ou mongolismo: trissomia (2n+1) proveniente da duplicação do cromossomo 21, ficando o mutante com a fórmula genotípica 47, XY + 21 (ou 47, XX+21).