Glória a Darwin nas alturas

Gostaria de falar hoje para aqueles que abraçam a ciência, aqueles que entendem que a ciência é fonte de crescimento econômico. Gostaria de falar para aqueles mais exigentes, que raciocinam em seu dia a dia, que buscam fundamento em fatos, experimentos, na história, na análise criteriosa. Isso inclui todas as ciências humanas, exatas e biológicas, toda a filosofia e a epistemologia, e todas as pessoas instruídas e de bom senso: é muita gente. Quero falar com pessoas razoáveis e inteligentes, porque não quero aqui ficar defendendo o óbvio, não quero ter que me postar a defender Darwin quase dois séculos depois de ele ter convencido a humanidade de que a vida é uma grande árvore de parentescos. Quero sim é honrar Darwin, e nada melhor para honrá-lo que desafiá-lo permanentemente, pois é assim que a ciência funciona.

O pilar central da teoria evolutiva é a seleção natural. Spencer cunhou a expressão “a sobrevivência do mais forte”, adotada por Darwin. Muitos esquecem, no entanto, que Spencer e Darwin tinham visões distintas sobre o significado de seleção natural. Para Darwin, a seleção natural é principalmente um processo que atua lentamente através de gerações sucessivas. Para que esta seleção natural darwiniana funcione, deve haver uma população de indivíduos que variem entre si com relação a uma característica (indivíduos com miopia ao lado de indivíduos com hipermetropia), devem existir mutações aleatórias nesta característica (olhos mutantes com astigmatismo ou visão normal), e deve haver herança desta característica (filhos devem herdar dos pais tais características da visão). Assim, as características mais aptas (os melhores olhos) vão se fixando por seleção natural, que vai gradualmente criando as adaptações a partir de uma massa de variações inicialmente amorfa, como um artista que cria da pedra amorfa as mais perfeitas esculturas. Ao focar na capacidade criativa da seleção natural, muitos darwinistas insistiam que características isoladas, como um olho, uma asa, ou uma garra, evoluiriam cada uma delas para um funcionamento perfeito: para uma melhor visão, para um voo ou uma captura cada vez mais eficazes. O que evolui nesta perspectiva são as partes do corpo. Para entender isso melhor, imagine cada parte do corpo como uma das cartas de um baralho, algumas mais rotas, outras riscadas, outras ainda em perfeito estado. Um indivíduo é um baralho completo, e há muitos indivíduos formando uma população de baralhos. Quando um indivíduo se reproduz, seu filho é uma mistura do pai e da mãe: é como se gerássemos um novo baralho (o filho), escolhendo dentre as cartas do baralho pai e do baralho mãe, só que o filho pode também conter cartas novas (mutações), que diferem das de seus pais. Como todos da população se reproduzem normalmente, temos um grande embaralhamento acontecendo a cada geração, e a seleção natural vai escolhendo, geração após geração, sempre as partes do corpo (cartas) que melhor desempenham sua função. Assim, como as melhores mutações (as melhores cartas) favorecem a sobrevivência, ao final de sucessivos embaralhamentos as características serão perfeitas: não haverá mais cartas rotas ou marcadas na população.

Já para Spencer, é o indivíduo, e não uma população amorfa, que é o foco da seleção. Se eu digo que me adaptei a uma nova situação, estou usando a palavra adaptação da forma que Spencer a usava. Ao invés de focar, como muitos darwinistas da síntese moderna, em características isoladas, como um olho, uma asa, ou uma garra, Spencer acreditava que a integração entre as várias partes de um organismo era o principal desafio para a sobrevivência. Para continuar na metáfora do baralho, podemos dizer que para Spencer o fundamental não é ter cartas perfeitas sem marcas ou riscos: o mais importante é termos uma boa cartada, é termos na mão o zap e o sete de copas (para os truqueiros), ou uma quadra de ases (para quem joga pôquer), ou uma sequência de ás a rei (para quem gosta de buraco). A qualidade de cada carta (cada parte do corpo) é menos relevante, pois é o conjunto (a quadra de ases, mesmo que o ás de copas esteja meio riscado) que dirá se o indivíduo será o mais apto (vencerá) na luta pela sobrevivência. Para Spencer, a seleção natural escolhe as melhores cartadas, não as melhores cartas: os melhores indivíduos, não os melhores caracteres.

Estas diferentes concepções de seleção natural foram exploradas em texto recente por David Depew, que mostra que Darwin inclusive se arrepende, em cartas, por não ter dado o devido valor a esta visão de Spencer que coloca o indivíduo, e não apenas a população, no foco do processo evolutivo. Estaria Depew dizendo então que o indivíduo evolui? Não, nada disso. O que evolui é a espécie: o ponto de Depew é que o indivíduo pode ser ativo, pode se ajustar ao ambiente, pode mudar o ambiente. O indivíduo não é apenas selecionado, ele seleciona, ele tem um papel no processo evolutivo, pois ele cria através de suas atividades o material sobre o qual a seleção natural poderá trabalhar. Este ponto é fundamental. Para que a seleção natural seja a força criativa (a artista) do processo evolutivo, as mutações, as novas variações, devem ser aleatórias. Se as mutações são aleatórias, burras, se os variantes atiram para todos os lados e portanto não visam atingir alvo algum, não visam resolver o problema biológico (enxergar melhor, capturar melhor, etc.), e se mesmo sendo assim aleatórias as variações, após inúmeras gerações os sobreviventes acertam o alvo sistematicamente, ou seja, após inúmeras gerações uma solução otimizada para o problema surgiu (olhos que evoluíram para enxergar melhor), repito, se os indivíduos não sabem o que fazem mas ao final da seleção natural todos acertam a resposta, a força criadora não está nos indivíduos, e sim na própria seleção natural, que seria de fato a criadora das adaptações, a artífice deste processo evolutivo. Agora, se os variantes não são aleatórios, se os variantes já estão ativamente resolvendo os problemas biológicos novos da melhor maneira possível (estão todos já de cara tentando acertar o alvo), então não é a seleção natural que está criando as soluções, pois os próprios indivíduos que já estão adaptados. Neste caso são os indivíduos que criam as soluções: seja por tentativa e erro, seja por aprendizagem social, os indivíduos encontram boas soluções para o problema adaptativo, e são sobre soluções já razoáveis que a seleção natural vai finalmente trabalhar.

Sei que muitos biólogos vão querer brigar comigo. Poxa, deu tanto trabalho fazer as pessoas entenderem que a seleção natural é a força criadora da evolução, que não há nenhum outro criador inteligente, e vem você agora querer, literalmente, embaralhar novamente as ideias? Entendo perfeitamente esta preocupação. Entendo, curto, e compartilho. Mas … a evolução precisa evoluir. As pessoas instruídas já são capazes de entender que pode haver criação sem um criador divino. A biologia venceu esta batalha, apesar de haver bebês chorões esperneando ainda por aí. Como disse no início, não estou escrevendo aqui para pessoas que defendem absurdos como a terra plana, o negacionismo do clima, o desígnio inteligente, a leitura direta (“sem interpretação”) das escrituras sagradas, ou seja, não estou buscando falar com gente que nega a ciência no facebook pela manhã, e pela tarde vai à sua consulta médica, para resolver cientificamente seus problemas de saúde. Estou me dirigindo aqui a pessoas que entenderam a revolução que aconteceu lá atrás no século XVII, gente que sabe que só lançamos foguetes e manipulamos genes graças às ciências (humanas, exatas, biológicas, todas elas). A estas pessoas sensatas pergunto: como fazer a biologia avançar?

Acho que os evolucionistas precisam abandonar a metáfora da chave e da fechadura. Explico. Frequentemente, ao explicar seleção natural, dizemos que o ambiente é uma fechadura, e os organismos vão lentamente evoluindo até encontrarem a chave que abre a porta e resolve aquele problema biológico específico. A adaptação (a carta no baralho, na metáfora explorada acima) seria uma chave que lentamente evolui para abrir a fechadura (p.ex., capturar o alimento). Falamos isso, porque entendemos que existe uma chave ideal para abrir aquela fechadura. No entanto, na natureza, chave e fechadura se co-determinam. As propriedades do ambiente estão conectadas às propriedades dos organismos que nele vivem primeiramente em um sentido bem direto, dado que os organismos constróem ou modificam seu próprio ambiente seletivo. Em um sentido mais refinado, sabemos que não compartilhamos todos um mesmo ambiente efetivo. Cada espécie animal vive em um bolha perceptual, e realça do ambiente algumas propriedades. Se cada espécie vive em um ambiente efetivo diferente, qual é este ambiente externo que está selecionando todas as espécies? Se são os organismos que criam inteligentemente seu ambiente seletivo, onde está esse ambiente externo aos organismos, onde está esta fechadura que não se molda, estas pressões seletivas que não são selecionadas? As relações entre organismo e ambiente precisam ser reformuladas, e quando encontrarmos uma formulação adequada para o entrecruzamento entre ontogenia e evolução, entre aprendizagem e pressão seletiva, a ideia atual de seleção natural estará ultrapassada: mas ainda assim permaneceremos todos evolucionistas.

Hilton Japyassú (UFBA)

Para saber mais:

Depew, DJ (2017). Natural selection, adaptation, and the recovery of development (pp.37-67). In: Huneman, P. & Walsh, DM. (2017). Challenging the modern synthesis: adaptation, development, and inheritance. Oxford: Oxford University Press.

Pocheville, A. & Danchin, É. (2017). Genetic assimilation and the paradox of blind variation (pp. 111-136). In: Huneman, P. & Walsh, DM. (2017). Challenging the modern synthesis: adaptation, development, and inheritance. Oxford: Oxford University Press.

Love, AC. (2017). Evo-devo and the structure(s) of evolutionary theory (pp. 159-187). In: Huneman, P. & Walsh, DM. (2017). Challenging the modern synthesis: adaptation, development, and inheritance. Oxford: Oxford University Press.

Imagem produzida por ocasião do aniversário de 135 anos da morte de Charles Darwin.

As duas origens do sistema nervoso

O movimento dos animais depende de células musculares conectadas por tendões ao esqueleto, ou pele, e de neurônios que as coordenam através de impulsos elétricos. Esses dois tipos celulares permitem toda a variedade de comportamentos que reconhecemos como tipicamente animais, desde rastejar a escrever estas linhas. Para a surpresa dos zoólogos, trabalhos recentes indicam que neurônios e células musculares evoluíram duas vezes, independentemente. Continue Lendo “As duas origens do sistema nervoso”

Um verdadeiro ping-pong viral

Cientistas descrevem o adenovírus HAdV-B76, com capacidade sem precedentes de “pular” de uma espécie de primata para outra, incluindo a nossa.

Desde a sua descoberta no final do século XIX, os vírus provocaram intenso debate a respeito da sua classificação: afinal, os vírus são entidades vivas? Até hoje, cientistas se dividem na defesa de argumentos a favor ou contra a classificação dos vírus como entidades vivas, mas todos parecem concordar que, independente do seu ‘status’, os vírus são entidades fascinantes. Inertes fora da célula, uma vez dentro dela os vírus são capazes de cooptar o metabolismo celular e produzir milhares de novas partículas virais em poucas horas.  

Vírus são extremamente pequenos  e estão, em geral, abaixo da capacidade de resolução do microscópico óptico. A despeito do seu tamanho minúsculo, são capazes de infectar organismos de todos os Domínios da vida (Archaea, Eubacteria e Eukaria), desde bactérias até seres humanos (Figura 2), e são causadores das mais diversas doenças em seus hospedeiros. Apesar de já termos conhecimento da existência de vírus gigantes de estrutura mais complexa, a estrutura viral é, em geral, simples: os vírus são compostos por material genético (DNA ou RNA) envolto por uma cápsula de proteínas, o capsídeo viral. Além disso, em muitos vírus o capsídeo é envolto por um envelope formado por uma bicamada lipídica derivada da célula hospedeira.

Figura 2. Bacteriófago, primeiro virus descrito, no início do século XX, por Federik Twort (1915) e Félix D’Herelle (1917). Os bacteriófagos, ou simplesmente fagos, são virus que infectam exclusivamente bactérias. (Fonte: Hans-Wolfgang Ackermann, Wikipedia. [CC BY 2.5.] )

Quando falamos de vírus, no entanto, não estamos falando de um grupo homogêneo de entidades. Em 2018, o Comitê Internacional de Taxonomia de Vírus (ICTV) reconheceu 4.958 espécies de vírus, organizadas em 143 Famílias e 14 Ordens, apesar de estimativas do números de espécies virais chegar a quase 200.000 só nos oceanos. Apesar da existência de uma multiplicidade de classificações, uma das mais largamente utilizadas é a Classificação de Baltimore, inicialmente proposta em 1971, com base no genoma e no modo de replicação do DNA viral. Esse sistema agrupa os vírus em sete classes, I a VII, conforme a Figura 3.

Figura 3. Classificação de Baltimore. As sete classes (I-VII), propostas por David Baltimore, levam em consideração o material genético viral assim como o seu modo de replicação. (Fonte: Thomas Splettstoesser, Wikipedia/www.scistyle.com, [CC BY-SA 3.0]).

Os vírus adentram a célula hospedeira por meio do reconhecimento de, e acoplamento a, receptores na superfície celular.  Assim, um dos mecanismos propostos para a capacidade dos vírus em “pular” de uma linhagem de hospedeiro para outra baseia-se no grau de conservação desses receptores celulares ao longo da evolução. Quanto mais conservados os receptores, maiores as chances de um vírus “saltar” de uma linhagem a outra. Sabemos, por exemplo, que dos 219 vírus capazes de infectar humanos, mais de um-terço é também capaz de infectar hospedeiros não-humanos, principalmente outras espécies de mamíferos e aves. Além disso, muitos vírus exclusivos de seres humanos tiveram origens em outras espécies de mamíferos ou aves.

Um exemplo relativamente recente de infecção entre linhagens é o Vírus da Imunodeficiência Humana (HIV), causador da Síndrome da Imunodeficiência Humana Adquirida (AIDS). Até hoje, mais de quarenta espécies de primatas são susceptíveis ao Vírus da Imunodeficiência Símea (SIV), considerado precursor em macacos, do HIV. Humanos são hospedeiros de dois tipos principais de HIV, o HIV-1 e o HIV-2. O HIV-1 é geralmente agrupado em quatro linhagens, M, N, O e P, sendo cada uma o resultado de um evento independente de infecção trans-específica de chimpanzés para o homem. Dentre as linhagens de HIV-1, o grupo M é, sem sobra de dúvidas, o mais prevalente, infectando milhões de pessoas em todo o mundo. Por sua vez, o HIV-2, desde a sua descoberta, manteve-se restrito ao Oeste da África. Mais brando em suas manifestações clínicas, e dificilmente resultando em AIDS, o HIV-2 produz quadro semelhante ao HIV-1 em pacientes susceptíveis. O HIV-2 tem sido agrupado em, pelo menos, oito linhagens de A a H, cada uma representando um evento independente de infecção trans-específica do Cercobeus atys para o homem.

Essa semana, um artigo publicado no Journal of Virology descreveu um fato surpreendente: a sequência do genoma de um adenovírus, patogênico ao homem, apresentou sinais de infecção trans-específica, tanto em humanos como também em chimpanzés e bonobos. Adenovírus são vírus de genoma de DNA de fita dupla (dsDNA), não envelopados, incluídos na Classe I (Figura 3). Os mais de 50 sorotipos já identificados, classificados de A a G, são responsáveis por diversas doenças em humanos e outros mamíferos, incluindo infecções do trato gastrointestinal, conjuntivite, assim como infecções do trato respiratório e até infecções de múltiplos órgãos em pacientes com sistema imune enfraquecido.

O adenovírus, descrito no artigo em questão, se trata do tipo HAdV-B76, associado a um caso de óbito por infecção respiratória em 1965 e apresentando genoma quase idêntico a dois outros adenovírus símios, recentemente isolados em chimpanzé (SAdV-B35.1) e bonobo (SAdV-B35.2). Análise detalhada do genoma do HAdV-B76 sugeriu também que se trata de um vírus recombinante, ou seja, é o resultado da união de dois outros tipos de vírus símios, o SAdV-B16, e o SAdV-B21 (Figura 4).

Figura 4. Árvore filogenética com base na sequência completa do genoma de diversos adenovírus. Os principais tipos de adenovirus humanos  e símios estão identificados e sua posição filogenética ressaltada por meio das diferentes cores. A seta Vermelha aponta para a posição do HAdV-B76 e a sua próxima relação aos adenovírus símios SAdV-B35.1 e 35.2. (Fonte: Modificado de Dehghan et al. 2019).

Esses achados apontam para ao menos dois mecanismos de evolução viral: a recombinação e a infecção trans-específica. No caso específico do HAdV-B76, os dados sugerem que a evolução desse vírus é pontuada pelos dois mecanismos. Além disso, a origem do HAdV-B76 parece resultar de um verdadeiro “ping-pong viral”: não apenas resultante de múltiplos eventos de zoonose, quando os adenovírus símios foram capazes de cruzar a barreira específica e infectar humanos, como de antroponose, quando os adenovírus humanos foram capazes de infectar símios. Os autores sugerem que esse “ping-pong viral” pode ser um novo mecanismo de evolução viral, potencialmente resultando na origem de novos tipos virais, com potencial de causar doenças em humanos.

Assim como no ping-pong, a rapidez com que a bola vai de um lado a outro e a destreza dos jogadores em responder prontamente aos ataques do oponente parecem determinar o ganhador, e a semelhança dos adenovírus a uma bolinha de ping-pong (Figura 1) parece quase uma brincadeira de mal-gosto. No caso do HAdV-B76, a capacidade sem precedentes de saltar, de uma linhagem de primatas a outra, tão rapidamente, parece ser a chave do sucesso evolutivo desses vírus. Ainda é cedo para saber se haverão vencedores nessa partida, mas uma coisa surpreende: a agilidade desses vírus é algo novo para nós. Conseguiremos um contra-ataque à altura? Fica a questão.

Ana Almeida

California State University East Bay (CSUEB)

Para saber mais:

Davison AJ, Benko M, Harrach B. 2003. Genetic content and evolution of adenoviruses. Journal of General Virology 84: 2895-2908.

El-Hani CN. 2000. O que é vida? Para entender a biologia do século XXI. Relume Dumara.

Koonin EV, Dolja VV, Krupovic M. 2015. Origins and evolution of viruses of eukaryotes: The ultimate modularity. Virology 479: 2-25.

Wollhouse M, Scott F, Hudson Z, Howey R, Chase-Topping M. 2012. Human viruses: discovery and emergence. Phil Trans Royal Soc B 367: 2864-2871.

Figura 1. Micrografia eletrônica de transmissão de um adenovírus. (Fonte:  William Gary Jr., Wikipedia [Domínio Público]).

Adaptação em ritmo acelerado

Mutações vantajosas –aquelas que aumentam as chances de sobrevivência e reprodução de seu portador—surgem muito rapidamente em populações de moscas expostas a inseticidas. O que explica a velocidade desse processo? Por que a adaptação pode ocorrer tão rapidamente?

Nas útimas décadas inseticidas vêm sendo usados cada vez mais na agricultura, entre eles os organofosforados. Largamente usados em todo o mundo, eles foram desenvolvidos para atacar espécies que causam prejuízos, mas também são tóxicos para aquelas que não atacam plantações, como é o caso da mosca das frutas Drosophila melanogaster. O uso de inseticidas resulta num fascinante experimento de seleção natural, em que moscas que carregam mutações que conferem resistência ao inseticida tornam-se cada vez mais comuns. Tratamos da evolução de resistência a pesticidas num post anterior, em que a diversidade de mecanismos de resistência é discutida. Continue Lendo “Adaptação em ritmo acelerado”

A primeira célula do primeiro animal

Os primeiros seres vivos que habitaram nosso planeta eram células que vagavam pelos mares se alimentando e reproduzindo por si só, como ainda o fazem milhões de outras espécies unicelulares. Mas essa solidão celular foi quebrada diversas vezes durante a história evolutiva, quando indivíduos de uma espécie, depois da divisão celular, continuaram vivendo juntos, formando colônias de células idênticas. Algumas destas espécies coloniais deram outro passo evolutivo e originaram seres multicelulares composto por diferentes tipos celulares, cada um especializado na captura de alimentos, suporte, proteção ou mesmo reprodução. Continue Lendo “A primeira célula do primeiro animal”

Cerveja, civilização e genes

Um dos provérbios mais antigos conhecido exime o álcool de qualquer responsabilidade em caso de acidentes: A cerveja está bem, o que está mal é o caminho (Mesopotâmia, século II a.C). A veneração pelo álcool na Mesopotâmia é a regra e não a exceção na história da humanidade. Embora o álcool represente hoje um grave problema social e de saúde pública, ele foi fundamental para o desenvolvimento da civilização, nos ajudando a construir cidades e impérios, superar epidemias e aperfeiçoar o processo democrático. Continue Lendo “Cerveja, civilização e genes”

Um relacionamento a três bastante tóxico

A simbiose está no ar! Trabalho sobre simbiose publicado na semana passada elucida a produção de uma importante toxina envolvida na relação entre uma alga, uma lesma e uma bactéria.

É amplamente conhecido que uma das estratégias de defesa mais eficientes no oceano é a produção de compostos químicos tóxicos. Sabendo disso, cientistas, há décadas, exploram esses ambientes à procura de moléculas, também conhecidas como produtos naturais, para explorarem suas atividades e possíveis aplicações. Diversos desses produtos já são usados amplamente na indústria farmacêutica para fabricação de remédios contra câncer e analgésicos potentes, mas sabemos que ainda há uma enorme quantidade de compostos que ainda não conhecemos. Em alguns casos, não se sabe ainda muito bem como essas moléculas são produzidas pelos organismos que as detêm. Saber a sua origem e e o modo como essas moléculas são fabricadas (os passos metabólicos envolvidos em sua produção) é de grande importância para que possamos fabricá-las em laboratório. No entanto, não é só para biotecnologia e para indústria farmacêutica que o estudo dessas moléculas interessa. Continue Lendo “Um relacionamento a três bastante tóxico”