MACROEVOLUÇÃO – ORIGEM DE ORGÃOS E ESTRUTURAS BIOLÓGICAS.

Células e tecidos se especializam em funções fisiológicas, então dão origem a um órgão com funções específicas. Esse processo se inicia com as primeiras células mas se torna mais intenso com a multicelularização da vida, especialmente com a definição dos primeiros organismos com tecidos verdadeiros.

orgãos

Muitas vezes fui desafiado por negacionistas da evolução biológica a apresentar evidências conclusivas a respeito da macroevolução. Entretanto, a grande maioria dos desafiantes não continham conceitos básicos para discutir tal tema, como a distinção conceitual entre microevolução, macroevolução, mas especialmente, sua diferença com termo saltacionismo. A alegação mais comum é que duas espécies irmãs não correspondem a exemplos de macroevolução, e que macroevolução não é provada empiricamente porque jamais qualquer cientista publicou artigos mostrando um grupo de bactérias dando origem a um grupo de vertebrados dentro do laboratório. Ora, dizer que duas espécies irmãs (do mesmo gênero) não compreendem um exemplo de macroevolução é afirmar que cavalos (Equus feru) e zebras (Equus quagga), ou que leões (Panthera leo) e tigres (Panthera tigris) são a mesma espécie. Será que leões e tigres são animais da mesma espécie?

De fato, jamais um artigo mostrou bactérias dando origem á vertebrados em um laboratório, pois isso compreende saltacionismo, não evolução. A transição entre grupos biológicos é gradual, não aos saltos.

Segundo o geneticista Dobzhansky (1937), macroevolução é o estudo da evolução analisado a partir da escala de conjuntos de genes independentes. Ou seja, que seguem caminhos evolutivos distintos após o isolamento reprodutivo. Estudos macroevolutivos têm como foco as mudanças que ocorrem no nível de espécie ou acima dela, em contraste com a microevolução, que produz pequenas modificações e pode gerar variações geográficas (também chamada de ecótipos ou morfotipos). Já a especiação é um fenômeno populacional, que devido ás frequências alélicas pode gerar novas espécies por anagênese ou cladogênese, e há diversos tipos de especiação (veja aqui).

O saltacionismo defende que a evolução ocorre através de grandes mudanças em uma única geração. Antes de Darwin, naturalistas como Saint-Hilaire defendiam que as aves originaram a partir dos dinossauros por saltação. Mesmo após a publicação da “Origem das Espécies” em 1859, vários naturalistas continuaram a defender alguma forma de saltacionismo, ainda que combinando-o com o gradualismo de Darwin.

Outra alegação bastante comum entre os negacionistas é de que a macroevolução só poderia ser aceita caso fosse possível visualizar a origem de determinados órgãos em laboratório ou in natura. Esta afirmação implica em duas questões; exemplos adaptativos em que órgãos se tornam vestigiais, que podem ou não ter uma função; e a origem evolutiva de órgãos, que apresenta muitas evidências empíricas. Características se tornam vestigiais por diversos mecanismos evolutivos, nem por isso perdem sua função, muitas vezes são cooptadas para novas tarefas (Dawkins, 2009), com as asas dos avestruzes que não servem para o voo, mas são fundamentais em seu comportamento de corte.

A origem de órgãos como os olhos, sistemas nervoso, pâncreas ou qualquer outro órgão ocorreu a partir de especializações celulares. A origem dos olhos é dada pela especialização de determinadas células em responder quimicamente a presença de fótons (Lamb, 2011), a origem do sistema nervoso é dada pelo agrupamento de células nervosas chamadas gânglios. A primeira função do sistema nervoso foi dar adaptar os organismos aos mais diversos tipos de ambientes. Quando um ser unicelular é tocado ele rapidamente se afasta daquilo que o tocou, ou seja, a primeira estrutura nervosa desses organismos era a própria parede celular. A capacidade de detectar a informação química foi á primeira forma de recepção que os seres vivos adquiriram. Atualmente, todos os animais apresentam quimiorreceptores, porém alguns organismos ainda podem apresenta receptores químicos que foram adquiridos por outras vias filogenéticas mais antigas. Mas só vamos ter um órgão sensorial semelhante ao tato nas primeiras esponjas do mar, que tinham receptores sensíveis que realizam o papel de sensação não só de contato, mas químico também, semelhante aos receptores da nossa derme, mas nessas esponjas há também algumas glândulas específicas e órgãos responsáveis pela realização de movimentos (Romero, 2000)

A origem do pâncreas segue exatamente a mesma função como veremos adiante. Portanto, criar em laboratório, órgãos novos a grupos biológicos é saltar uma etapa crucial da evolução, o ponto inicial em que um estímulo leva a especialização, e a estruturas com uma determinada função biológica específica. Por isso não é possível (ao mesmo por enquanto) pular essa etapa. Já que etapas seguidas pela evolução dos órgãos começam com pequenas células que se especializaram em uma função biológica, evolutivamente elas têm um valor adaptativo para a espécie diante de uma pressão seletiva específica. A tendência é que se forme um tecido especializado a essa função com a maximização de sua função estabelecida pela descendência com modificação. Tecidos se especializam a funções biológicas, fisiológicas, metabólicas e compreendem então um órgão (conjunto de tecidos especializados). Ao trabalhar em conjunto com outros órgãos que emergiram com outras funções biológicas que complementam a sobrevivência da espécie, surgem os sistemas (circulatório, respiratório etc e tal). Esse processo evolutivo se inicia com as primeiras células e sua interpretação do ambiente em que vivem e se ressalta ainda mais com a multicelularização da vida e com a definição dos primeiros organismos com tecidos verdadeiros (Müller, 2003).

Entretanto, é possível que novas estruturas biológicas sejam duplicadas, deslocadas ou reconstruídas a partir de alterações genéticas simples. Estruturas biológicas podem ser tão complexas quanto um órgão com uma função fisiológica especifica, mas ainda sim é fruto de processos evolutivos e não de complexidade especifica ou irredutível. Cnidócitos que são células extremamente complexas usadas como defesa por cnidários emergiram a partir de processos naturais como destacado aqui.

Um experimento com as manchas ocelares das asas da borboleta Bicyclus anynana (e Junonia coenia) mostra como é possível alterar a posição, tamanho e intensidade da cor de tais manchas apenas deslocando o broto embrionário onde se inicia a expressão do gene responsável pela característica (Distal-less), ou ainda capturando metade dele e implantando em outra região geográfica da asa do animal (Carroll et al, 1996 & Brakefield et al, 1999).

Gene

Adaptado de: Carroll et al. Development, plasticity and evolution of butterfly eyespot patterns.

Essas manchas ocelares já foram analisadas em alguns outros estudos que mostraram sua função importante tanto na manutenção da identidade da espécie quanto, em alguns casos, como mecanismo que origina novos padrões ocelares e consequentemente novas espécies. Neste ponto, a grande questão é; se borboletas fêmeas são programadas para identificar os machos de sua espécie pelos padrões de manchas em suas asas, como poderiam novos padrões de asa evoluir em machos?

Pensando nisto, biólogos estudaram novamente a borboleta Bicyclus anynana que na natureza tem duas manchas ocelares em suas asas anteriores. Os pesquisadores descobriram que as borboletas fêmeas podem aprender a preferir machos com quatro pontos em suas asas anteriores. Então um teste foi feito usando borboletas com número de ocelos diferentes, duplicando o padrão de expressão dos genes em pontos diferentes das asas criando novas manchas. Ele mostrou que quando a fêmea é exposta aos machos com quatro pontos brilhantes sob a luz ultravioleta durante três horas as fêmeas não mostram mais a preferência para o tipo de machos encontrados na natureza. Ou seja, não preferem machos com dois ocelos, e sim machos com quatro ocelos. A descoberta de que o ambiente social pode mudar a preferência de acasalamento de borboletas fêmeas ajuda a explicar como novos padrões de asa evoluir (Carroll et al, 1996 & Westerman et al, 2012). Essa mudança de padrão de coloração foi detectada em borboletas Heliconius no Brasil e descritas em BIOLOGIA, ECOLOGIA, EVOLUÇÃO E GENÉTICA DE POPULAÇÕES DE BORBOLETAS HELICONIUS DO BRASIL.

Desta forma, criar novas estruturas em laboratório, empiricamente, é possível sim, inclusive alterando a preferência reprodutiva. (O caso da Drosophila pseudobscura também demonstra isso, veja aqui, aqui e aqui)

No caso dos órgãos, é mais complicado cria-los em laboratórios, exatamente por conta da sua natureza intrínseca; um conjunto de células formando tecidos que apresentam especialização fisiológica para uma determinada função. Tecidos não nascem prontos, eles evoluem. Mas é possível encontrar diversas evidências de sua origem. Por exemplo, análises em 3D do endomolde do Archaeopteryx mostra que dinossauros tinham a capacidade intelectual necessária para o vôo bem antes deles realmente voarem. Estudo baseado em raios-X e tomografia computadorizada de alta resolução publicados na revista Nature, lança um olhar mais abrangente sobre o chamado cérebro dos pássaros (Balanoff et al, 2013). Alterações metabólicas também podem ser obtidas em laboratório ou na natureza. Os exemplos mais comuns são; a origem da enzima nylonase, enzima que se surgiu em bactérias que se tornaram capazes de metabolizar o nylon (veja aqui); e o experimento de Lenski que merece uma análise mais detalhada (veja aqui)

O pâncreas é um órgão produtor de enzimas, proteínas que otimizam transformações químicas no corpo. É uma glândula do sistema digestivo e endócrino dos seres humanos. Portanto, tem uma função metabólica e neurológica. Não entrarei em detalhes sobre a relação evolutiva que existe entre pâncreas e sistema nervoso, mas há evidências de uma origem evolutiva comum em receptores de colecistoquinina do sistema nervoso e pâncreas. (Veja aqui).

A embriologia comparada também mostra evidências sobre a evolução dos órgãos e os genes envolvidos no seu desenvolvimento podem demonstrar diversas evidências a partir da homologia, como é o caso do desenvolvimento dos olhos. O gene Pax-6 é um membro da família de genes Pax. Ele funciona como um gene “mestre”, de controle principal de outros genes para o desenvolvimento de olhos e outros órgãos sensoriais, certos tecidos neurais e da epiderme, bem como outras estruturas homólogas, geralmente derivados a partir de tecidos de origem ectodérmica (Fernald, 2004 & Kozmik, 2005).

Um livro publicado pela Oxford Biology traça exatamente um perfil evolutivo de todos os órgãos a partir de sua fisiologia e de receptores de suas células. O livro se chama The Evolution of Organ Systems e o autor cita:

Organs do not appear suddenly during evolution; instead they are composed of far simpler structures. In some cases it is even possible to trace particular molecules or physiological pathways as far back as pre-animal history. What emerges is a fascinating picture, showing how animals have combined ancestral and new elements in novel ways to form constantly changing responses to environmental requirements. The Evolution of Organ Systems starts with a general overview of current animal phylogeny, followed by review of general body organization including symmetry, antero-posterior axis, dorso-ventral axis, germ layers, segmentation, and skeletons. Subsequent chapters then provide a detailed description of the individual organ systems themselves – integument, musculature, nervous system, sensory organs, body cavities, excretory system, circulatory system, respiratory system, intestinal system, gonads and gametes. Generously illustrated throughout, this accessible text is suitable for both upper level undergraduate and graduate students taking courses in animal evolution, organogenesis, animal anatomy, zoology and systematics.

O pâncreas é um tecido especializado na produção especialmente de hormônios. A insulina, por exemplo, é produzida nele. Plantas como a pata-de-vaca (Bauhinia forficata), também produzem insulina (inclusive é usada em pesquisas sobre diabetes), mas não tem tecidos especializados porque talvez a função de tal hormônio na planta seja fisiologicamente menos relevante. De fato, pouco se sabe a respeito de sua função metabólica. Para nós, ela e fundamental, e para tal, tecidos especializados foram selecionados em grupos biológicos.

Quando estruturas como estas surgem, elas tendem a acompanhar as adaptações. Existe adaptação fisiológica além da adaptação evolutiva. Órgãos tendem a cooperar com a evolução de outros órgãos (Dawkins, 2000), da mesma forma com que genes maximizam suas chances de pular pra próxima geração trabalhando em conjunto com outros genes (Dawkins, 2007). É interessante, pois eles acompanham também não só as alterações fisiológicas, mas também existe uma proporção de tamanho. A relação entre o tamanho do corpo e dos órgãos é mais ou menos a mesma dentro do grupo dos mamíferos. Exceto para o cérebro que é ligeiramente maior em humanos e golfinhos (Schmidt & Nielsen, 2002).

A girafa é um exemplo disto, o simples aumento do pescoço levou a alterações fisiológicas no seu sistema circulatório e afetou toda a fisiologia das girafas. Há sistemas de válvulas no pescoço do animal que impede o refluxo do sangue quando este é bombeado para a cabeça do animal. Para tal, o bombeamento do sangue do animal exige um músculo cardíaco bastante desenvolvido e desproporcional ao resto dos vertebrados, pois necessita de força o suficiente para enviar litros de sangue a 5 metros de altura, onde esta a cabeça do animal. Da mesma forma com que o sangue chega á cabeça, um bombeamento forte ele poderia estourar o sistema vascular da cabeça das girafas quando elas se abaixassem para beber água. Sendo assim, um tecido esponjoso também se desenvolveu (não surgiu, e sim se desenvolveu, pois já estava presente) na base do crânio da girafa que diminui a pressão sanguinea impedindo que o encéfalo recebesse sangue com alta pressão. Isso quer dizer que uma alteração anatômica não surgiu espontaneamente. Ela surge e emerge exigindo alterações em outros tecidos e órgãos que fazem parte da fisiologia do animal. Caso contrário o animal morre, e sobrevivem aqueles com um diferencial. O grupo das girafas ainda apresenta diversos fósseis de membros com diferentes tamanhos, sendo as do gênero Bohlinia mais próxima das girafas atuais de pescoço longo (Dawkins, 1998 & Frssaf, 2003). A mesma coisa com o sistema respiratório de elefantes na qual um tecido epitelial fixa o pulmão nas costelas evitando que os pulmões estourem quando o elefante puxa água pela tromba e aumenta a pressão do ar internamente (Elephant Research and Education Center, 2013) (veja mais sobre a evolução dos Proboscideos aqui). A mesma coisa com o sistema circulatório anastomoseado dos crocodilianos (Schmidt & Nielsen, 2002), a mesma coisa com a taxa ventilatória dos guepardos após correr 110 km por hora atrás de uma presa (Dawkins, 1998).

Não podemos pensar em um órgão evoluindo e os outros não acompanhando as transformações fisiológicas. Mesmo porque, todos órgãos e o sistema em si desenvolve-se a partir de 3 tecidos primordiais do embrião. Como os órgãos formam sistemas, os sistemas evoluem e se adaptam. Com o pâncreas foi a mesma coisa, uma especialização de um tecido, que tem uma função fisiológica importante acompanhou a evolução dos diversos grupos biológicos. Surgiu a partir de uma especialização, este é causa, a sua importância fisiológica.

As evidências moleculares a respeito da origem e evolução do pâncreas também tem respaldo genético/molecular. O peptídeo YY (PYY), também conhecido como peptídeo pancreático YY3-36 é uma molécula que em seres humanos é codificada pelo gene PPY (National Center for Biotechnology Information, 2010)

O neuropeptídeo Y (NPY), pertence á família de peptídeos homólogos que surgiram como resultado de uma série de eventos de duplicação de genes. Estudos de mapeamento cromossômico revelaram que o gene que codifica PYY pode ter surgido a partir de um gene ancestral comum (denominado NYY) em um antigo evento de duplicação cromossômica que também envolveu os grupos de genes Hox. A organização estrutural dos precursores biossintéticos de PYY e PP (preproPYY e preproPP) foi muito bem preservada durante a evolução dos vertebrados, mas a pressão conservadora em domínios individuais nas proteínas não foi uniforme. A duplicação do gene PYY que gerou o gene PPY parece ter resultado num relaxamento da pressão conservadora no domínio funcional com o resultado de que as sequências de aminoácidos de PYYs de tetrápodes são mais variáveis ​​que os PYYs de peixe de mandíbula. Embora a estrutura primária de PP seja fortemente conservada em mamíferos (com a exceção de os roedores) a extrema variabilidade nas sequências de anfíbio e répteis PPs significa que o peptídeo é um marcador molecular útil para estudar a ordem de ramificação na evolução dos primeiros tetrápodes (Conlon, 2002)

Em conclusão, não há motivo algum para duvidar que espécies que emergem de seus ancestrais não possam dar origem a grupos biológicos novos. E tão pouco descartar a macroevolução porque os órgãos não podem ser criados em laboratório. Especificidade de órgãos é uma condição biológica criada pela especialização celular e tecidual, e não com complexidade especificada como negacionistas sugerem. As evidências apontam ainda mais para uma origem plenamente natural conforme a produção cientifica avança.

Victor Rossetti

Palavras chave: NetNature, Rossetti, Macroevolução, Saltacionismo, Evolução, Especialização, Tecidos, Órgãos, Multicelularidade, Olhos, Sistema Nervoso, Pâncreas, Borboletas.

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Referências

Brakefield PM, Gates J, Keys D, Kesbeke F, Wijngaarden PJ, Monteiro A, French V, Carroll SB. Development, plasticity and evolution of butterfly eyespot patterns. Nature. 1996 Nov 21;384(6606):236-42.

Conlon JM. The origin and evolution of peptide YY (PYY) and pancreatic polypeptide (PP).Peptides. 2002;23(2):269-78.

Dawkins, R. O maior espetáculo da Terra – Evidencias da Evolução (1ª edição) – São Paulo: Companhia das Letras, 2009.

Dawkins. R. A escalada do monte improvável. Companhia das letras. 5a edição de 1998.

Dawkins, R. Desvendando o Arcoiris. Editora: Cia das Letras. 2000

Dawkins, R. O gene egoísta. Editora: Cia das Letras. (2 edição) 2007

Dobzhansky, T. G. Genetics and the origin of species. [S.l.: s.n.], 1937.

Elephant Research and Education Center. Elephant Anatomy and Biology.

Erica L. Westerman, Andrea Hodgins-Davis, April Dinwiddie, and Antónia Monteiro. Wing Bling: For Female Butterflies, Flashier Is Better. Science daily. June 11, 2012

Fernald RD (2004). “Eyes: variety, development and evolution“. Brain Behav. Evol. 64 (3): 141–7

Lamb, T. D. A Fascinante evolução do olho. Scientific American. 2011

Müller, W. E. G. The Origin of Metazoan Complexity: Porifera as Integrated Animals. Oxford JournalsLife Sciences Integrative and Comparative Biology Volume 43, Issue 1. 2003

National Center for Biotechnology Information. PYY peptide YY. 2010

Nielsen & Schmidt. Fisiologia Animal, Adaptação e Meio Ambiente. Editora santos, 5a edição, 2002.

Paul M. Brakefield and Vernon French. Butterfly wings: the evolution of development of colour . BioEssays 21:391–401, r 1999

Romero, S. M. B. Fundamentos da Neurofisiolgia comparada – Da recepção a Integração. FAPESP. Editora Holos. 2000

2 thoughts on “MACROEVOLUÇÃO – ORIGEM DE ORGÃOS E ESTRUTURAS BIOLÓGICAS.

  1. Caro Rossetti, não se trata de negar a evolução, MAS DE NEGAR A SELEÇÃO NATURAL.
    Sem entrar nos detalhes de “observações” (Aristóteles pela observação também sacou que a Terra era o centro, levou 20 séculos para Newton mostrar que suas observações estavam erradas), vejamos alguns equívocos que você comete:

    a) A seleção pressupõe um ‘tempo” para acontecer. Acontecer que as novas espécies, bem como aquelas que desaparecem, acontecem como que “de repente”. Exatamente como o homem está fazendo para “criar” novas espécies. Você é biólogo, vai esperar a “natureza” para fazer suas experiências e pesquisas? O fato de não saber quem faz na natureza, lhe permite simplesmente “negar ou achar” que lá, as coisas são como os evolucionistas pensam que são?

    b) Se você analisar como o automóvel “evoluiu” desde a roda, não pode ser exatamente como evoluiram também os ‘órgãos’ dos seres-vivo? Meras ‘adaptações orgânicas” a determinadas necessidades? E ISSO ACONTECEU NO AUTOMÓVEL POR MERO ACASO DA NATUREZA, OU PELO MILAGRE DE ALGUMA DEUS DE QUALQUER IGREJA?

    Caro Rossetti, você não está propondo discussão de fatos, MAS DE CRENÇAS. As suas e as dos outros!

    arioba

    • a Errado, a transformação das espécies leva tempo, a seleçao natural é empiricamente testada provada. Em laboratorio, em situaçoes naturais, em ambientes antropizados. Veja o trabalho de Richard Lensky que ele usa a seleçao natural para criar especies nvas de bactérias a mais de 25 anos e congela essas bacterias ancestrais e depois compara os genes.

      B) Automóvel não se reproduz, sua comparação é teleológica, e como toda analogia é falha em uma série de fatores.

      Voce esta preso a uma alegação usada no século 18, la na época de Georges Cuvier. O fixismo, a escala ascendente de complexidade e a teleologia já foram abandonadas na ciência moderna. os fatos estão ai, a ciência monta modelos para explica-los, se voce chama isto de crença é com voce, eu chamo de ciência, um sistema de construção de conhecimento com suas idiossincrasias e limites epistemologicos bem definidos

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