Questões Acerca da Confiabilidade de Avaliar Relações Evolutivas
Dúvidas Acerca das Relações Baseadas em Semelhanças Genéticas.
As inferências acerca de relações evolutivas são baseadas em padrões de semelhanças homólogas. Dizer que um órgão em uma espécie é homólogo com um órgão em uma espécie diferente é querer dizer que o órgão foi herdado, por ambas as espécies, de um ancestral comum. O órgão pode ter sido modificado nas duas espécies, mas se espera que a base genética subjacente para seu desenvolvimento seja a mesma. [32] De modo surpreendente, são conhecidos vários casos nos quais órgãos considerados homólogos são controlados por genes diferentes durante o desenvolvimento. Por exemplo, os segmentos do corpo adulto de insetos são considerados homólogos, mas podem ser produzidos por genes diferentes e seguir diferentes trilhas de desenvolvimento. Os biólogos David Mindell, da Universidade de Michigan, e Axel Meyer, da Universidade de Konstanz, Alemanha, observam:
Alternativamente, a base genética para importantes processos de desenvolvimento pode mudar e variar entre grupos taxonômicos. Isso se vê no caso do fator de transcrição alternada homeodomínio [uma proteína que aciona um gene] even-skipped tendo um importante papel na formação do padrão em embriões da Drosophila, mas não do gafanhoto Schistocerca americana, ou da vespa Ahidius ervi, a despeito de homólogas estruturas (segmentos) que estão presentes em todos os três grupos. [33]
Também se vê o efeito oposto. Estruturas consideradas como não homologas podem ser dirigidas por genes que parecem ser homólogos. Por exemplo, o gene “Distal-less” (Dll) age no desenvolvimento de antenas e pernas articuladas na Drosophila, nos membros dos tetrápodes, sifões dos tunicados e nos pés em tubo dos equinodermos. [34] Comentando sobre isso, o biólogo evolucionista Scott Gilvert, do Swarthmore College na Pensilvânia, escreveu:
A segmentação da Drosophila e a segmentação de vertebrados tem sido um exemplo clássico de analogia. Contudo, aqui foi visto como sendo dirigido por um conjunto homólogo de genes. Essa demonstração de genes “homólogos” para estruturas e processos “análogos” tem causado estragos nas nossas definições de analogia e homologia. [35]
De modo semelhante, ninguém pensou que os olhos compostos de insetos fossem homólogos com os olhos de lula ou de mamíferos. Foi uma surpresa e tanto descobrir que um gene semelhante, chamado Pax-6 ou ey, regula o desenvolvimento de cada um desses tipos diversos de olhos. Agora, os cientistas se perguntam se, afinal, os vários olhos devem ser considerados como homólogos e buscam critérios para ajudar a identificar as homologias. [36]
Essas descobertas fazem alguns questionarem se as semelhanças entre espécies se devem à descendência de um ancestral comum ou a algum outro processo. Uma alternativa é que as leis da natureza limitam o desenvolvimento, de modo que apenas certos padrões morfológicos sejam possíveis. [37] Uma ideia semelhante é que apenas certas estruturas morfológicas sejam viáveis em organismos vivos. Isso foi articulado pelo professor de geociências, R. D. K. Thomas, do Franklin and Marshall College, na Pensilvânia:
As formas da geometria, padrões de crescimento e matérias-prima sobre os quais nos concentramos neste trabalho, constituem causas formais de projeto esqueletal. Explicam a convergência de numerosas linhagens sobre padrões gerais e a relativamente completa exploração de elementos de projeto definidos no espaço do esqueleto. [38]
Dúvidas Acerca da Homologia Molecular.
Diz-se que as moléculas herdadas de um ancestral comum são homólogas. As homologias são a base sobre a qual se constroem os relacionamentos evolutivos Um problema em usar homologias moleculares nos estudos da evolução é que comparações de diferentes moléculas podem apontar para diferentes árvores evolutivas. Uma explicação comum é que os genes teriam sido transferidos “horizontalmente”, talvez por um vírus transmitido de uma espécie para outra, carregando consigo um gene. Entretanto, se os genes são transmitidos de forma fácil entre diferentes linhagens, o argumento de que podem ser usados para chegar ao ancestral comum fica grandemente enfraquecido. Essas características também suscitam perguntas em relação à monofilia da vida. O microbiologista Michael Syvanen, da Universidade da Califórnia, sugeriu que uma transferência horizontal de gene torna impossível identificar qualquer ancestral comum, se é que isso chegou a existir:
Tem havido uma discussão recente segundo a qual transferência horizontal de gene é tão frequente que pode ser impossível reconstruir o último ancestral comum. […] Contudo, se as unidades bioquímicas puderam ser alcançadas após eventos de especiação por transferência horizontal de genes, então não há razão para postular que alguma vez existiu um ancestral universal comum. Se a transferência horizontal de gene é tão comum quanto estou deduzindo, a célula moderna pode ter evoluído em múltiplas linhagens paralelas. A vida primitiva pode ter sido verdadeiramente polifilética. [39]
Outro problema com a homologia molecular é a presença de genes únicos, sem relacionamento conhecido com outros genes. Esses genes, conhecidos como a ORFan, não parecem ter nenhum relacionamento evolutivo com outros genes, [40] sua origem é um quebra-cabeça, segundo o bioquímico Russell Doolittle, da Universidade da Califórnia em San Diego, que diz: “Há grande número de genes não identificados, em uma variedade de organismos que parecem convencionais em todos os sentidos. De onde estão vindo essas sequências únicas e o que fazem permanece um mistério desconcertante”. [41] A bióloga molecular Naomi Siew, do Instituto Weizmann de Ciências em Israel, faz uma pergunta semelhante:
Se as proteínas em diferentes organismos descenderam de proteínas de um ancestral comum por duplicação e variação adaptável, por que tantas hoje não mostram nenhuma semelhança umas com as outras? Por que não encontramos hoje nenhuma das necessárias “sequências intermediárias” que devem ter dado origem a esses ORFans? [42]
Scott Peterson, do J. Craig Venter Institute, sugeriu que uma explicação possível é que muitos genes podem ter se originado de maneira independente, e assim não indicam, necessariamente, relacionamentos evolutivos: “Uma terceira e extremamente interessante possibilidade é que muitas funções dos genes evoluíram de modo independente mais de uma vez, desde o início da vida celular no planeta”. [43]
Talvez a ideia da homologia molecular deva ser abandonada. O biólogo Ford Doolittle, da Universidade de Dalhousie, Nova Escócia, escreveu: “A homologia ainda é uma palavra engraçada: no contexto de proteínas e genes, faz sentido apenas se não pensamos sobre ela com muita profundidade”. A seguir, acrescenta:
Se, porém, não houve um ancestral, como podemos evitar pensar na possibilidade de que todos os genes se derivam, ultimamente, de um único breve RNA, a primeira ribozima replicadora? Se isso é verdade, todos os genes são homólogos. Poderíamos ainda ser capazes de distinguir entre ortólogos [os mesmos membros de uma família de genes] e parólogos [diferentes membros de uma família de genes], o resultado da duplicação do gene, como uma questão de princípio lógico; mas, na prática, isso com frequência será impossível. A própria “homologia” torna-se uma palavra inútil, a menos que a redefinamos para significar algo como “estatisticamente mais semelhante do que esperaríamos com base no acaso”. Uma definição operacional como essa é escorregadia — os genes podem aparecer e desaparecer em um estado de homologia, dependendo dos tipos de análises e da base de dados dentro dos quais os comparamos. É só um passo daqui para trás, para a “homologia percentual”. É irônico que as palavras das quais parece que precisamos a fim de pensar de forma produtiva sobre biologia, palavras como “homologia”, “individual”, “organismo” e “espécie”, não tenham significado preciso. [44]
A homologia é a base para inferirmos relacionamentos evolutivos. Darwin e seus colegas consideravam a embriologia como um dos mais fortes argumentos favor da teoria geral da evolução, [45] mas descobertas em genética do desenvolvimento suscitam sérias perguntas sobre como interpretar estruturas semelhantes em diferentes grupos de espécies. Os problemas com o conceito de homologia despertam dúvidas sobre sua utilidade para deduzir a ancestralidade comum.
Dúvidas Acerca da “Árvore da Vida” Evolucionista.
Se todas as espécies se relacionam por uma ancestralidade comum, deve ser possível diagramar suas relações em uma “árvore familiar”. Essa “árvore da vida evolucionista” é o “santo graal” da evolução, e se fez um enorme esforço em sua busca. Embora tenham sido construídas muitas árvores individuais, uma única árvore universal tem sido uma tarefa inesperadamente difícil. Comparações entre diferentes genes apresentam com frequência diferentes padrões de relacionamentos, despertando dúvidas em relação à nossa capacidade de produzir uma árvore evolutiva confiável. O biólogo Michael Lynch, da Universidade de Indiana, escreveu sobre esse tópico:
O esclarecimento das relações filogenéticas dos grandes filos de animais foi um problema elusivo, com análises baseadas em diferentes genes e mesmo diferentes análises baseadas nos mesmos genes, dando origem a uma diversidade de árvores filogenéticas. [46]
Obteve-se alguma solução mediante a seleção de conjuntos de caracteres que produzem filogenias mutuamente consistentes, mas isso custa o descarte de dados incoerentes.
Outros cientistas se perguntam se os conflitos entre diferentes estudos filogenéticos implicariam uma ancestralidade separada. As diferenças na organização fundamental de células têm levado ao estabelecimento de três “domínios” separados da vida: arqueia, eubactéria e eucarioto. Isso sugeriria, pelo menos, três origens distintas para a vida, como notou o microbiologista Carl Woese, da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign:
A vida existente sobre a Terra descende não de um, mas de três tipos distintamente diferentes de células. No entanto, os projetos dos três se desenvolveram e amadureceram, em um modelo comum, assim como aqueles de muitos outros projetos que, ao longo do caminho, tomaram-se extintos. [47]
De acordo com Malcolm Gordon, a árvore evolutiva é uma rede, em vez de uma raiz, parecendo ter muitas origens: “A base da árvore da vida universal parece não ter sido uma raiz única, mas uma rede de ramos múltiplos, inextricavelmente emaranhados, derivando-se de muitas — talvez 100 ou mais — fontes genéticas”. [48]
Conceitualmente, fica apenas a um pequeno passo de uma rede filogenética para numerosas linhagens independentes. O caminho está bloqueado apenas pela filosofia naturalista. O padrão de relacionamentos entre espécies vivas pode ser mais bem representado como uma floresta de linhagens independentes, em vez de uma única “árvore evolutiva da vida”.
Referências:
32. Alfred S. Romer e Thomas S. Parsons, The Vertebrate Body (Filadélfia, PA: W. B. Saunders, 1977), p. 9: “Na realidade, cada órgão é recriado de novo em cada geração, e qualquer identidade entre homólogos é baseada na identidade ou similaridade dos processos de desenvolvimento que os produzem”.
33. David Mindell e Axel Meyer, “Homology Evolving”, Trends in Ecology and Evolution 16 (agosto de 2001), p. 434-440. Ver também Claus Nielsen e Pedro Martinez, “Patterns of Gene Expression: Homology or Homocracy?” Development, Genes and Evolution 213 (2003), p. 149-154.
34. Grace Panganiban e John L. R. Rubenstein, “Developmental Functions of the Distal-less/Dix Homeobox Genes”, Development 129 (2002), p. 4371-4386.
35. Scott F. Gilbert et al., “Resynthesizing Evolutionary and Developmental Biology”. Developmental Biology 173 (1996), p. 357-372, 363. Ver também Wallace Arthur, The Origin of Animal Body Plans: A Study in Evolutionary Biology (Cambridge: Cambridge University Press, 1997), p. 171-177; Baguna e J. Garcia-Fernandez, “Evo-devo: The Long and Winding Road”, International Journal of Developmental Biology 47 (2003), p. 705-713.
36. Por exemplo, Julien Roux e Marc Arobinson-Rechavi, “An Ontology to Clarify Homology-Related Concepts”, Trends in Genetics 26, n. 3 (2010), p. 99-102.
37. Brian Goodwin, How the Leopard Changed Its Spots: The Evolution of Complexity (Nova York: Charles Scribner’s Sons, 1994).
38. R. D. K. Thomas e William E. Reif, “The Skeleton Space: A Finite Set of Organic Design”, Evolution 47 (abril de 1993), p. 341-360. Ver também Brian K. Hall, “Bauplane, Phylotypic Stages, and Constraint: Why There Are so Few Types of Animals”, Evolutionary Biology 29 (1996), p. 215-261.
39. Michael Syvanen, “On the Occurrence of Horizontal Gene Transfer Among an Arbitrarily Chosen Group of 26 Genes”, Journal of Molecular Evolution 54 (2002), p. 258-266
40. Naomi Siew e Daniel Fischer, “Analysis of Singleton ORFans in Fully Sequenced Microbial Genomes”. Proteins: Structure, Function, and Genetics 53, n. 2 (2003), p. 241-251.
41. Russell F. Doolittle, “Microbial Genomes Multiply”, Nature 416 (18 de abril de 2002), p. 697-700, 698.
42. Naomi Siew e Daniel Fischer, “Twenty Thousand ORFan Microbial Protein Families for the Biologist?” Structure (11 janeiro de 2003), p. 7-9.
43. Scott N. Peterson e Claire M. Fraser, “The Complexity of Simplicity”. Genome Biology 2, n. 2 (2001), p. 1-8.
44. W. Ford Doolittle, “The Nature of the Universal Ancestor and the Evolution of the Proteome”, Current Opinion in Structural Biology 10, n. 3 (2000), p. 357, 358.
45. Charles R. Darwin, “Letter to Asa Gray of September 10, 1860”. The Darwin Project. Disponível em: www.darwinproject.ac.uk/entry-2910>. Acesso em: 23 set. 2010, “Para mim, a embriologia é, de longe, a mais forte classe singular de fatos em favor da mudança de forma”.
46. Michael Lynch, “The Age and Relationships of the Major Animal Phyla”. Evolution 53 (1999), 319-325, 323. Ver também R. Christen et al., “Analysis of the Origin of Metazoans, Using Comparisons of Partial Sequences of the 28S RNA, Reveals an Early Emergence of Triploblasts”, EMBO Journal 10, n. 3 (1991), p. 499-503; Ying Cao et al., “The Complete Mitochondrial DNA Sequence of the Shark Mustelus manazo: Evaluating Rooting Contradictions to Living Bony Vertebrates”. Molecular Biology and Evolution 15 (1998), p. 1637-1646; Blair Hedges e Charles G. Sibley, “Molecules vs Morphology in Avian Evolution: The Case of the ‘Pelecaniform’ Birds”, Proceedings of the National Academy of Sciences, USA 91, (outubro de 1994), p. 9861-9865; Antonis Rokas et al., “Conflicting Phylogenetic Signals at the base of the Metazoan Tree”, Evolution and Development 5 (2003), p. 346-359.
47. Carl Woese, “On the Evolution of Cells”, Proceedings of the National Academy of Sciences USA 99 (2002), p. 8742-8747.
48. Malcolm Gordon, “The Concept of Monophyly: A Speculative Essay”, Biology and Philosophy 14, n. 3 (1999), p. 331-348.
Fonte: No Princípio: a ciência e a Bíblia confirmam a criação. Org. Bryan W. Ball; tradução Eunice Scheffel. – Tatuí, SP: Casa Publicadora Brasileira, 2017, p. 255-260 e 269.
