A seleção molda a diversidade genética

Algumas espécies tem tamanhos populacionais imensos, mas possuem diversidade genética semelhantes à de espécies com tamanhos populacionais muito menores. Por quê? O estudo da seleção natural pode ser a chave para a resposta.

O cabo de guerra: mutação versus deriva

A teoria evolutiva é capaz de fazer previsões sobre o que esperamos encontrar na natureza. Uma das mais importantes diz respeito à variabilidade genética. Para evolucionistas, a diversidade genética de uma espécie deve ser proporcional ao tamanho populacional. Esperamos que espécies com muitos indivíduos tenham mais diversidade genética do que espécies com poucos indivíduos.

Continue Lendo “A seleção molda a diversidade genética”

Quer saber sua origem? Pergunte aos microrganismos e a Loki.

Num post aqui do Darwinianas, João Francisco Botelho falou sobre os microrganismos que habitam o corpo humano e explicou que através do desenvolvimento de técnicas de biologia molecular conseguimos acessar uma grande diversidade antes não conhecida de microrganismos difíceis de cultivar em laboratório. Neste meu primeiro post aqui do Darwinianas vou falar um pouco mais sobre uma dessas abordagens, a metagenômica, com a qual trabalho rotineiramente no meu Laboratório.

O termo “metagenômica” foi cunhado pela pesquisadora Jo Handelsman em 1998 e quer dizer “além do genoma”. A abordagem consiste basicamente em coletar amostras ambientais (por exemplo, de saliva humana a sedimentos de fossas marinhas abissais) e extrair e sequenciar simultaneamente o DNA de todos os microrganismos presentes nesta amostra. Com essas sequências em mãos podemos saber quem são os microrganismos presentes na amostra e o que eles potencialmente estão fazendo, pois podemos saber quais são os genes que estão presentes ali. Para fazer isso, os cientistas tinham que fragmentar o DNA metagenômico, colar em outros pedaços de DNA (por exemplo, plasmídeos) e inserir em bactérias para poder separar (ou isolar) os fragmentos, para depois disso dar significado biológico a essas sequências. Esse procedimento, era muito caro e laborioso, mas com os avanços tecnológicos hoje é possível “ler” uma quantidade extremamente maior de material genético, em muito menos tempo, a um custo muito menor.

Essa revolução tecnológica fez com que os bancos de dados de sequências crescesse muito, o número de genomas de referência (usados para dar significado biológico às sequências) também crescesse e novas abordagens e desafios fossem aparecendo. Com a massiva geração de novos dados, é possível reconstruir genomas inteiros a partir das sequências metagenômicas. A descoberta de alguns novos genomas tem contribuído muito para a expansão do conhecimento da biodiversidade e da e sobre as relações de parentesco entre os organismos. Ressalto aqui dois exemplos.

Em um trabalho liderado pela pesquisadora Jillian Banfield, centenas de novos grupos de bactérias extremamente pequenas e de biologia incomum foram descobertos em aquíferos contaminados por urânio através da reconstrução de novos genomas. Esses novos grupos (filos) representam uma expansão de 15% do da diversidade conhecida de bactérias e têm uma origem evolutiva comum. Esses microrganismos peculiares podem estar desempenhando funções importantes na ciclagem de matéria, por exemplo, de nitrogênio, carbono, enxofre.

Outro trabalho, liderado pelo pesquisador Thijs Ettema, analisou amostras de sedimento próximos a uma fumarola (chamada de “Castelo de Loki”, em homenagem ao deus nórdico de mesmo nome) a 2.383 metros de profundidade no Mar do Norte. A partir das sequências metagenômicas, os pesquisadores conseguiram montar novos genomas de microrganismos pertencentes a um novo filo do Domínio Archaea, Lokiarchaeota, em homenagem ao deus Loki. É muito interessante que estejam presentes nesses genomas recentemente descobertos vários genes considerados exclusivos de eucariotos. Esse novo filo “bagunçou” a árvore da vida, sugerindo que nós, eucariotos, somos fruto da evolução de uma célula arqueana que fagocitou uma bactéria.

Diversos grupos de pesquisa ao redor do globo vêm se dedicando a essas abordagens e milhares de novos genomas de microrganismos e vírus estão sendo recuperados de amostras disponíveis em bases de dados públicas, elucidando importantes questões científicas. Porém, os desafios são grandes. É necessário um grande poder computacional e habilidades de programação para analisar volumes tão grandes de dados em tempo hábil. Só para se ter ideia, o sequenciamento de uma amostra metagenômica pode gerar um arquivo texto (composto apenas por “A”, T”, “C” e “G”, os nucleotídeos que constituem o DNA) de mais de 50 Gigabytes! As novas tecnologias e abordagens estão revolucionando a forma como estudamos a vida de maneira muito rápida, trazendo a possibilidade de fazer novas perguntas e avançar ainda mais na nossa compreensão da natureza, da diversidade da vida e do fazer científico.

Pedro Milet Meirelles 

Instituto de Biologia da UFBA

Figura de Capa: Representação do Deus nórdico Loki, que inspirou a nomeação de um grupo de microrganismos que podem fornecer pistas sobre nossa origem evolutiva (Fonte: https://norse-mythology.org/gods-and-creatures/the-aesir-gods-and-goddesses/loki/).

Para Saber mais:

Anantharaman, K., Brown, C. T., Hug, L. A., Sharon, I., Castelle, C. J., Probst, A. J., et al. (2016). Thousands of microbial genomes shed light on interconnected biogeochemical processes in an aquifer system. Nat. Commun. 7, 13219. doi:10.1038/ncomms13219. (https://www.nature.com/articles/ncomms13219)

Brown, C. T., Hug, L. A., Thomas, B. C., Sharon, I., Castelle, C. J., Singh, A., et al. (2015). Unusual biology across a group comprising more than 15% of domain Bacteria. Nature 523, 208–211. doi:10.1038/nature14486. (https://www.nature.com/articles/nature14486)

Handelsman, J., Rondon, M. R., Brady, S. F., Clardy, J., and Goodman, R. M. (1998). Molecular biological access to the chemistry of unknown soil microbes: a new frontier for natural products. Chem Biol 5, R245–9. (https://www.cell.com/cell-chemical-biology/pdf/S1074-5521(98)90108-9.pdf)

Parks, D. H., Rinke, C., Chuvochina, M., Chaumeil, P.-A., Woodcroft, B. J., Evans, P. N., et al. (2017). Recovery of nearly 8,000 metagenome-assembled genomes substantially expands the tree of life. Nat. Microbiol. 903, 1–10. doi:10.1038/s41564-017-0012-7. (https://www.nature.com/articles/s41564-017-0012-7)

Roux, S., Brum, J. R., Dutilh, B. E., Sunagawa, S., Duhaime, M. B., Loy, A., et al. (2016). Ecogenomics and potential biogeochemical impacts of globally abundant ocean viruses. Nature 537, 689–693. doi:10.1038/nature19366. (https://www.nature.com/articles/nature19366)

Spang, A., Saw, J. H., Jørgensen, S. L., Zaremba-Niedzwiedzka, K., Martijn, J., Lind, A. E., et al. (2015). Complex archaea that bridge the gap between prokaryotes and eukaryotes. Nature 521, 173–179. doi:10.1038/nature14447. (https://www.nature.com/articles/nature14447)

De humanos a formigas: o ínfimo infinito

Na interface entre o indivíduo e o coletivo existimos. Dificilmente seríamos viáveis em isolamento social. Se vez em sempre desejamos a paz das montanhas, a quietude de um por de sol, ou a solenidade de um céu carregado de estrelas, o estar apenas conosco trazendo ganhos de entendimento sobre nós mesmos, o mesmo não vale para uma vida inteira.

Crescemos sociais em vários níveis, seja no interior da família, das amizades concretas, da vizinhança, num crescente vertiginoso até o todo fora das amizades virtuais: onde quer que estejamos, podemos mesmo dizer que não estamos sós nunca, haja visto o esforço que requer a meditação, o treino intenso para amainar essa gritaria interna do mundo de vozes que nos pensa.

Continue Lendo “De humanos a formigas: o ínfimo infinito”

Interruptores moleculares e a diversidade das espécies

Ao olhar a diversidade dos organismos, naturalmente nos questionamos sobre a origem da riqueza das formas, dos tamanhos, das funções. Esta, no entanto, não é uma pergunta nova. Charles Darwin, assim como muitos antes dele, fez este mesmo questionamento e propôs que todas as espécies estão relacionadas umas às outras em uma única filogenia. Mas mesmo após seu trabalho, e por grande parte do século 20, pouco se sabia sobre as bases moleculares das diferenças entre as espécies.

François Jacob, um dos cientistas que construíram o primeiro modelo explicativo da regulação da transcrição, disse em uma de suas entrevistas que, quando iniciou sua carreira em biologia, nos anos 1950, a ideia predominante para explicar essas diferenças era de que as moléculas de um organismo eram diferentes das moléculas de outro organismo. Por exemplo, “vacas teriam moléculas de vacas, cabras teriam moléculas de cabras e cobras teriam moléculas de cobras”. 

Continue Lendo “Interruptores moleculares e a diversidade das espécies”

O darwinismo e a transformação da medicina

Uma maior integração da microbiologia, biologia evolutiva, ecologia e outras ciências transformaria nossas práticas médicas

A teoria darwinista da evolução tem muitas aplicações práticas. A atenção a essa dimensão prática revela dificuldade distinta de um problema mais comumente comentado, a proposição de supostas alternativas pseudocientíficas (como o design inteligente), frequentemente associadas a uma compreensão limitada e/ou equivocada da natureza da ciência. Trata-se de que mesmo aqueles que aceitam a teoria darwinista, ou estão engajados em debates de fato científicos a seu respeito, por vezes perdem de vista seu papel na abordagem de problemas sociais e ambientais importantes. O ensino de evolução, em todos os níveis de escolaridade, poderia fazer mais para superar esse estado de coisas, se concedesse mais espaço a aplicações da teoria. Recursos para isso não faltam, a exemplo de livro de Douglas Futuyma disponível em português, em publicação da Sociedade Brasileira de Genética, que aborda o assunto. Continue Lendo “O darwinismo e a transformação da medicina”

Darwin e a Síndrome da Domesticação.

Se você prestar atenção, perceberá que os animais domésticos têm algumas características em comum, tais como orelhas caídas, pelagem apresentando manchas brancas e focinhos mais curtos. Você já se perguntou o porquê dessas similaridades, conhecidas como Síndrome da Domesticação?

A Teoria da Evolução de Charles Darwin, publicada em 1859 sob título de “A Origem das Espécies”, não discorre ao longo de suas mais de quinhentas páginas sobre os mecanismos hereditários que seriam subjacentes a sua revolucionária ideia. No entanto, em seu livro seguinte “A Variação das Plantas e Animais Domesticados”, de 1868, Darwin realiza um detalhado estudo sobre hereditariedade ao analisar espécies domesticadas, apenas poucos anos após a elaboração das Leis da Hereditariedade por Gregor Mendel.
Continue Lendo “Darwin e a Síndrome da Domesticação.”

Sociedades individuais de indivíduos sociais

Apesar de nos sentirmos muitas vezes como gênios incompreendidos, nossa genialidade está no conjunto, que no mais das vezes é mais que a soma das partes

Ao invés de nos vangloriarmos de nossa inteligência pessoal, dos grandes gênios de nossa cultura, Darwin, Einstein, Machado de Assis, talvez ganhássemos mais se percebêssemos que gênios nascem onde são semeados, e que uma boa colheita requer muito investimento contínuo, em uma escala de tempo histórica.

Continue Lendo “Sociedades individuais de indivíduos sociais”