DE MENDEL A SÍNTESE ESTENDIDA – PORQUE OS BIÓLOGOS ESTÃO ESTENDENDO A TEORIA DA EVOLUÇÃO?

Apesar de amplamente divulgado ao público, muitas pessoas ainda tem dúvidas, ou pouco pesquisaram sobre a origem da Teoria Sintética da Evolução (TSE) e a história da genética. Aparentemente, a TSE está com os dias contados. Ela será superada por uma síntese atualizada, com novas evidências obtidas nas últimas 5 décadas de avanço científico que revelaram novos mecanismos pelas quais a evolução ocorre e corroboram ainda mais os achados de Darwin. Pode ser o momento de celebração para uns, e de muito choro para outros, que permanecem abraçados no castelo de cartas das pseudociências e discursos anti-evolução.

Aqui trataremos da história da genética. Desde a sua concepção mendeliana, passando pela sua junção com a Teoria da evolução e a molecularização da herança. Portanto, não apenas trataremos dos momentos históricos importantes da biologia moderna, mas é preciso explicar como os fenômenos foram entendidos pelos geneticistas. Vamos recordar conceitos básicos do ensino de biologia, que aprendemos no Ensino Médio e contextualiza-los com o momento histórico em que foram descritos.

Sem título

Teorias como a evolução permanecem em constante crescimento e síntese porque como qualquer teoria científica, é constantemente testada e quando suporta os impactos recebidos pela sua constante verificação acabam absorvendo novas evidências que as suportam.

As Leis de Mendel demonstram exatamente esta situação. Inicialmente incompatível com as ideias de Darwin (pelo próprio caráter da descoberta), conforme conjuntos de hipóteses da genética e da evolução foram sendo testadas nos anos seguintes, houve uma conexão clara e evidente que demonstrou que os mecanismos evolutivos são herdados pelas Leis de Mendel. Isto ocorreu porque a evolução é descendência com modificação; e as modificações anatômicas, morfológicas são características determinadas nas gerações seguintes pela genética; são os fatores de Mendel.

Mendel, ao explicar a herança genética explicou como as características de uma geração passam a outra, que é mecanismo na qual a evolução trabalha. Tendo a geração seguinte as características herdadas, basta saber se elas passarão pelo filtro de fenótipos que é a seleção natural. Entender como a modificação ocorre no material genético só foi possível com a descoberta de mutações (e posteriormente com a falibilidade dos mecanismos moleculares de reparo do DNA) a partir da década de 50; embora o conceito de mutação tenha sido cunhado muito antes.

Isso passou a ser melhor compreendido quando descobriu-se quais mecanismos promovem as mutações, como o material genético se torna matéria-prima disponível (através duplicações) a novas mutações, e como alterarão (ou criarão) novas informações a serem herdadas para as próximas gerações utilizando as Leis de Mendel.

Inicialmente, pela re-descoberta dos cálculos estatísticos de Mendel, a evolução e a genética mendeliana se estranharam. Posteriormente, e especialmente a partir da segunda metade do século XX, os mecanismos de variações das informações genéticas ficaram bem mais evidentes com a estruturação do modelo molecular do DNA. Desde então, a evolução tem ganhado mais evidências e despertado cada vez mais desconforto aos movimentos anti-evolução e de fanáticos religiosos.

Uma teoria se suporta conforme conjuntos de hipóteses testadas suportam sua verificação e se concatenam de tal forma a sustentar afirmações maiores. A unificação da genética com a evolução demonstrou isto. Ela deixou claro como uma Teoria e uma Lei se tornaram um amálgama conforme foram – e são – incessantemente testadas e aprovadas ao longo da história da biologia moderna. Uma teoria científica esta correta não porque fica estática diante das novas evidências que a suporta. Manter-se estática e irredutível frente ás novas evidências não faz sentido algum e é falível a uma teoria ainda que esteja certa, pois se tornaria limitada.

Se uma teoria for mesmo correta, ela acertará em todas as suas predições e harmonizará com toda e qualquer descoberta relacionada que surgir; como é o caso da Teoria da evolução que se relacionou com a genética, com a biológica molecular (a partir de 1953), e uma série de mecanismos de hereditariedade que demonstram como a descendência modificada recebeu esta modificação. Um juízo errado desses valores faria um leigo dizer que a aceitação dessas evidências seria aceitações ad hoc a uma teoria que carece de atualizações para manter-se. Uma argumentação ad hoc significa a adição de hipótese(s) estranha(s) a uma teoria para salvá-la de ser falseada. A evolução, dentro do contexto filosófico do método científico não recebeu a genética como ad hoc. Houve unificação de duas estruturas conceituais sólidas, firmes e cientificamente consolidadas e que se deu por tratarem de conceitos estreitamente relacionados – herança e seleção. Essa relação entre genética e evolução é solidamente relacionada desde os primeiros estudos genéticos feitos após a re-descoberta dos trabalhos de Mendel.

A título de exemplo, mesmo no caso da gravidade, que é igualmente uma Teoria, tem limitações que são complementadas com a relatividade, e os físicos quânticos esperam que futuramente sejam consolidadas com a gravitação quântica (com a constatação do hipotético gráviton). Isto não torna a Teoria da relatividade e a física quântica ad hocs da gravidade newtoniana. Mesmo a relatividade como teoria recebe atualizações e são testadas em seus limites sob diferentes variações (o que não significa que não haja críticas a partir dos filósofos da ciência sobre quais seriam as variações e repetições necessárias para tornar a relatividade testada em toda a sua plenitude).

A TSE surgiu na primeira metade do século XX, quando os trabalhos de Gregor Mendel foram redescobertos pelo alemão K. Correns, o austríaco Tschermak e o neerlandês Hugo de Vries. Com estudos produzidos por Fisher, Dobzhansky, Mayr, Simpson, Haldane, Wright, J. Huxley, Stebbins houve a unificação da Teoria da evolução de Darwin com as Leis de Mendel.

A forma na qual as características eram herdadas era cogitada pelas variações transmitidas pelas células reprodutivas levando à descendência com modificação. Na época, não existia conceito de DNA, ou a noção de que estruturas moleculares chamadas de genes carregassem estas informações de variações, de tal modo que a transferência ocorria por intermédio de estruturas chamadas “gêmulas” que supostamente determinariam essas variações e posteriormente, estariam sujeitas a ação da seleção natural darwiniana (Kenneth & Anne, 2014). Esta relação entre as características herdadas e como a seleção natural atuava não era bem clara no inicio, e no decorrer da história da genética podemos ver como ambas se juntaram mediante a luz das evidências.

 

As Leis de Mendel

Antes de entrar na unificação da genética com a TSE precisamos entender o importante trabalho de Mendel e claro, posteriormente outras Leis de herança (Co-dominância, Interação gênica, Epistasia, Poligenia, Genes letais, Fator Rh e co-sanguinidade).

Como ressaltado, as Leis mendelianas e Teoria da evolução inicialmente se estranharam devido ao modo na qual elas se apresentavam; um amálgama de caracteres das linhagens parentais. Isto porque na 1º Lei de Mendel cada característica do indivíduo (no caso, uma ervilha) é determinada por dois fatores que se separam na formação dos gametas, e ocorrem em dose simples, de tal forma que cada célula reprodutora (masculino ou feminino), é responsável por apenas um fator (SóBiologia).

Pela 2º Lei de Mendel, os fatores para duas ou mais características segregam-se no heterozigoto (chama de híbrido), distribuindo-se de forma independente para as células reprodutivas, combinando-se ao acaso.

Gregor Mendel (1822 – 1884) era um monge austríaco que estabeleceu as bases da genética quando estudou a vida e as características das ervilhas-de-cheiro (Pisum sativum). Estas ervilhas são fáceis de cultivar e produzem muitas sementes. Por apresentarem características morfológicas distintas, por exemplo; a cor das sementes, que podem ser amarelas ou verdes (sem cores intermediárias); sua textura que pode ser lisa ou rugosa, sua flor que pode ser púrpura ou branca e sua vagem pode ser verde ou amarela, se tornam bons modelos para estudos científicos.

O experimento de Mendel foi bem simples. Ele fazia cruzamentos entre linhagens que ele chamava de “puras”. Para obter essa pureza, ele realizava um processo chamado auto-fecundação; quando os gametas femininos são fecundados por gametas masculinos da mesma planta, de tal forma que a pureza se estabelecia quando todos os descendentes possuíssem as mesmas características da geração parental.

A constatação da 1º Lei veio de seu experimento que consistia em cruzar ervilhas com sementes lisas com as ervilhas de semente rugosas, a qual chamou de “geração parental” (geralmente representada pela letra P). Ao fazer isto, Mendel notou que todos os descendentes possuíam sementes lisas, e foram chamados de Geração F1. A variedade rugosa não aparecia nessa geração (Linhares & Gewandsznajder, 1999).

Entretanto, ao cruzar somente indivíduos da geração F1, entre si (para obter a geração F2), 75% (ou 3/4) dos indivíduos possuíam sementes lisas e 25% (ou 1/4) possuíam sementes rugosas.

Quadro de cruzamentos. Primeira Lei de Mendel

Quadro de cruzamentos. Primeira Lei de Mendel

Mendel concluiu que o fator responsável pela textura lisa da semente era dominante sobre o fator para a textura rugosa, ocultando-a na geração F1, e que este caráter é determinado por um par de fatores. Na geração parental esses fatores são iguais, pois os indivíduos são puros, e são representados segundo o quadro F1, onde o “RR” representa a característica dominante lisa da semente (letras maiúsculas representam dominantes e minúsculas recessivas) e “rr” para semente rugosa, recessiva.

Na produção de gametas, esses fatores se separam e cada um vai para um gameta, para que a carga genética seja sempre constante nas espécies, uma vez que metade do material vem do gameta feminino e a outra metade do masculino.

Ao cruzar indivíduos “RR” com “rr”, obteve-se 100% da geração F1 “Rr”, porém apenas o fator dominante se expressava. Na geração F2, onde houve auto-fecundação do individuo Rr, 25% das sementes eram rugosas. Desta forma, ao testar repetidas vezes o processo Mendel concluiu a primeira Lei mendeliana; cada caráter é determinado por um par de fatores que se separam na formação dos gametas, indo um fator do par para cada gameta, que é, portanto, puro. A descoberta da primeira Lei permitiu não só entender como as características se apresentavam em ervilhas, mas em outros grupos biológicos também. Em cobaias a pelagem também segue exatamente a mesma lógica do monoibridismo onde o gene dominante “L” determinada pelagem arrepiada, e o gene recessivo “l”determina pelagem lisa (Linhares & Gewandsznajder, 1999).

Na primeira Lei, Mendel observou separadamente cada característica (que foi chamada de monoibridismo). Na segunda Lei, Mendel vai observar várias características ao mesmo tempo, ou seja, passou a cruzar ervilhas com sementes rugosas e verdes, com ervilhas de sementes lisas e amarelas.

Sendo assim, a Geração Parental (P) consistia apenas de indivíduos puros, na qual a genética chama de homozigotos e são representados genotipicamente por “VVRR” e “vvrr”, onde as letras “v” e “r” representam as características verde e rugosa, e as letras maiúsculas representam dominância e minúscula recessividade.

Como resultado Mendel obteve 100% da Geração F1 “VrRr”, como já era esperado, visto que existe dominância entre os genes: Cruzando um homozigoto dominante com um recessivo, toda a geração F1 será híbrida.

Segunda Lei de Mendel

Segunda Lei de Mendel

Durante a formação de gametas (na meiose), os genes se separam de forma independente, de acordo com a 1ª Lei de Mendel. Porém, Mendel deixou que as plantas da Geração F1 se auto-fecundassem, dando origem à Geração F2.

Entretanto, na separação dos genes de um diíbrido (2 pares de caracteres), 4 tipos de gametas podem ser estatisticamente formados. Os gametas que têm o gene “V” precisam ter os genes “R” e “r”; e o mesmo ocorre para gametas com o gene “v”, onde os gametas “v” são “vR” e metade “vr”. Temos então, “VR”,”Vr”, “vR” e “vr”. Mendel auto-fencundou este fenótipo.

Ele concluiu que a cor e a textura da semente eram características independes e, portanto, os pares de genes segregavam-se de modo independente, recebendo o nome de Lei da Segregação Independente.

Segunda Lei de Mendel

Segunda Lei de Mendel

Desta forma, Mendel demonstrou como as características passavam de uma geração a outra. Obviamente, Mendel não tinha conhecimento sobre certos conceitos que a biologia apresenta atualmente de modo que suas constatações foram feitas de modo matemático e estatístico. Isto só se traduziu em conceitos de biologia, em genes, e de mecanismos evolutivos com o desenvolvimento da genética no século seguinte. Momento importante para a história da biologia.

Com esses conceitos básicos de Mendel pode-se constatar, por exemplo, um fenômeno chamado co-dominância (ou ainda, ausência de dominância). Seguindo os achados de Mendel, demonstrou-se o efeito dominante de um gene sobre seu alelo e apenas uma alternativa fenotípica para o caráter em estudo (ervilhas com sementes verdes ou amarelas, rugosas ou lisas).

Algumas vezes os híbridos apresentam mistura de efeitos dos alelos tornando-se diferentes dos indivíduos puros. Este exemplo foi encontrado na flor da planta Mirabilis sp. Esta planta apresenta um gene para a flor vermelho e um gene para a flor branca. O hibrido tem flores rosas em uma proporção (1:2:1). (SóBiologia)

Co-Dominância ou ausência de dominância

Co-Dominância ou ausência de dominância

Com a descrição da primeira Lei de Mendel, desenvolve-se a concepção do monoibridismo, com a descrição da segunda Lei de Mendel desenvolveu-se a concepção do diibridismo, mas há ainda o triibridismo.

Triibridismo

Triibridismo

Neste último, é possível determinar a probabilidade de uma ervilha se desenvolver com flores brancas, sementes amarelas e rugosas, pois o hibrido produz 8 tipos de gametas diferentes “VvRrBb”. (Linhares & Gewandsznajder, 1999)

O pós-Mendel

Em 1901 os trabalhos de Gregor Mendel foram redescobertos por Correns, Tschermak e de Vries. A herança mendeliana foi vista como um elemento estatístico da evolução, e associada a “saltos”, ou mutações. Duas escolas de pensamento surgiram nesse momento. A escola biométrica, liderada por Karl Pearson e Walter Frank Raphael Weldon que argumentavam que a evidência empírica indicava a continuidade das variações em muitos organismos. A escola mendeliana, liderada por William Bateson dizendo que, em alguns casos, a evidência mendeliana era irrefutável (Ayala, Walter 1997), e que trabalhos futuros revelariam que ela abraçaria por completo a evolução; como de fato foi.

Entre 1900 e 1910, dirigido de modo informal Bateson e seu grupo (que consistia principalmente de mulheres associadas ao Newnham College, em Cambridge, sua esposa Beatrice e sua irmã Florence Durham)(Richmond, 2006) criaram um programa de pesquisa sobre o mendelismo que no começo logo no início do século e ainda não havia sido reconhecido como um campo legítimo de estudo. Mulheres, como Muriel Wheldale (e mais tarde Onslow), levaram a cabo uma série de experiências de reprodução em várias espécies de plantas e animais entre 1902 e 1910. Os resultados apoiaram e estenderam as Leis de Mendel sobre a hereditariedade (Richmond, 2011).

O Sistema ABO foi descoberto pelo cientista austríaco Karl Landsteiner, que identificou O, A, B e os tipos de sangue em 1900 (Landsteiner, 1900). Landsteiner originalmente descreveu o tipo de sangue como tipo “C”, e em partes da Europa ele é processado como “0” (zero), significando a falta de a ou B antígeno. Landsteiner ganhou o Prêmio Nobel de Fisiologia/Medicina somente em 1930 por seu trabalho. Alfred von Decastello e Adriano Sturli descobriu o quarto tipo, AB, em 1902.

Essas descobertas contribuíram para a caracterização da polialelia, que também explicava fenômenos ligados aos anticorpos, ao fator Rh e sistema MN. Todos estes fenômenos estão relacionados diretamente com as descobertas de Mendel e obviamente importantes também para a questão evolucionária.

O sistema ABO segue uma premissa Mendeliana pois dependendo da presença de certos antígenos na superfície de glóbulos vermelhos a espécies humana apresenta 4 grupos sanguíneos; grupo A, que possuem antígeno aglutinogênio A; grupo B que possuem antígeno aglutinogênio B, grupo AB que possuem antígeno para os dois aglutinogênios e grupo O que não possuem nenhum dos dois antígenos.

Sistema ABO

Sistema ABO. Clique para ampliar

A presença desses antígenos é controlada por 3 alelos. O gene A (ou Ia) determina a formação de aglutinogênio A, o gene B (ou Ib) determina a formação de aglutinogênio B, e o gene O (ou i) não forma tais substâncias. Os genes A e B são dominantes sobre O, por isso as pessoas AA e AO são portadoras do aglutinogênio A, e as de genótipos BB e BO são portadoras do aglutinogênio B. Os indivíduos OO não possuem nem aglutinogênio A ou B. Entre A e B há codominância de tal modo que cada um fornece o seu efeito, aparecendo as duas substâncias.

Desta forma, são possíveis diversos cruzamentos relativos ao sistema ABO

Alguns tipos de cruzamentos no Sistema ABO

Alguns tipos de cruzamentos no Sistema ABO

Outra descoberta importante que envolve polialelos ou alelos múltiplos ocorre na pelagem de coelhos. Neste exemplo os alelos (ou genes) atuam na determinação de um mesmo caráter e estão presentes nos mesmo loci (plural de lócus) de cromossomos homólogos. Nas Leis de Mendel só foram demonstrados casos em que só existiam dois tipos de alelos para uma dada característica (alelos simples), mas há caso em que mais de dois tipos de alelos estão presentes na determinação de um certo caráter na população. Esse tipo de herança é conhecida como alelos múltiplos (ou polialelia). Nos coelhos o gene “C” determina uma pelagem aguti (marrom) com uma faixa amarela; o gene “Cch” determina a cor cinza claro (chinchila); o gene “Ch” determina a cor branca com orelhas pretas (Himalaia) e o gene “Ca”determina o fenótipo albino. Assim a combinação de alelos e seus respectivos fenótipos são:

Sem título

Polialelos

Bateson foi o primeiro a sugerir a palavra “genética” (do grego γεννώ; “dar à luz”) para descrever o estudo da herança e da ciência da variação na carta pessoal a Alan Sedgwick (em 18 de Abril de 1905). Posteriormente, ele usou o termo publicamente na III Conferência Internacional sobre Hibridização de Plantas em Londres, em 1906. (Gordon, 2010). Três anos antes, Wilhelm Johannsen, também usava a palavra “gene” para descrever as unidades de informação hereditária, mas nada formalmente defendido. De Vries tinha introduzido a palavra “pangene” para o mesmo conceito já em 1889, e etimologicamente a palavra genética tem paralelos com conceito de Darwin de pangênese.

Bateson co-descobriu ligação genética com Reginald Punnett, onde ambos fundaram o Journal of Genetics em 1910. Bateson também cunhou o termo “epistasia” para descrever a interação genética de duas características independentes.

Epistasia é um efeito que ocorre a partir de um fenomeno chamado interação gênica. Existem diversas formas de interação entre os genes. O pigmento da melanina é um exemplo, pois depende de uma cadeia inicial de reações bioquímicas (precursor fenilalanina) que por sua vez depende de outras (tirosina–enzima–DOPA–tirosinase) onde cada uma age sob mediação de enzimas específicas controladas por um certo gene. Elas dependem de genes que são não-aléicos e independentes. Problemas nessas vias levam ao albinismo (Linhares & Gewandsznajder, 1999).

Quando um gene tem efeitos simultâneos em outras características do organismos temos um fenômeno chamado de pleiotropia. A interação entre genes é responsável por diversas características, como a forma de abóboras, a forma das cristas de galinhas ou mesmo na surdez do homem. Para demonstrar este tipo de interação, em abóboras existe um gene responsável pela forma esférica e um outro gene não-alélico que também determina a forma esférica. Quando ambos os dois genes estão presentes no indivíduo eles interagem criando abóboras discóides (abóbora-moranga). Quando ambos genes estão ausentes a abóbora fica alongada. Quando ambos os genes são recessivos a abóbora fica alongada. Desta forma é possível ter três fenótipos. No cruzamento F2 temos um resultado diibrido 9:3:3:1.

Interação gênica

Interação gênica

No caso da surdez humana (determinada geneticamente, embora haja outras formas de surdez), a interação gênica também pode ocorrer. Nela, dois pares de genes não-alélicos (D e E) são responsáveis pela formação do ouvido interno (chamado de cóclea) e a formação do nervo auditivo. Os alelos defeituosos “d” e “e” impedem a formação dessas estruturas, de tal modo que para ter a audição normal, o indivíduo deve possuir pelo menos um “D” e um “E”. Neste caso são surdos tanto “dd” (não formam cóclea) quanto “ee” (não formam o nervo) e o fenótipo normal depende da presença de genes não-alélicos.

No caso das galinhas, há 4 tipos básicos de cristas (rosa, simples, ervilha e noz). A crista rosa é determinada pelo gene “R” dominante em relação a “r”. Outro gene não-alélico de “R” e “r” refere-se ao gene “E” que determina o tipo ervilha e é dominante em relação a “e”, que também determina a crista simples. Quando os genes “E” e “R” estão presentes no mesmo indivíduo a crista é do tipo noz (Linhares & Gewandsznajder, 1999). Desta forma, na determinação de F2 no caso da surdez do homem e das galinhas temos:

Surdez Humana e Crista de galinhas.

Surdez Humana e Crista de galinhas.

Por ser um tipo de interação gênica, é um fenômeno que consiste no efeito de um gene dependente da presença de um ou mais genes modificadores. A epistasia então consite nos casos em que os alelos de um gene inibem a ação dos alelos de outro par, que pode ou não estar no mesmo cromossomo.

As mutações epistáticas tem efeitos diferentes em combinação do que ocorre individualmente. Foi um conceito originalmente da genética e hoje é estendido até a bioquímica, genética de populações, biologia computacional e biologia evolutiva.

Como ocorre interações entre os genes, acaba criando efeitos não-aditivos. Este tipo de interação acabou reforçando ainda mais a ideia de Darwin por explicar uma série de fenômenos e influências evolutivas que levam a profundas consequências para em traços e módulos evolutivos. Sua compreensão mudou consideravelmente ao longo da história da genética. Em modelos mais antigos da seleção natural, especialmente no início do século 20, cada gene foi considerado fazer a sua própria contribuição característica de adaptação carregando uma tendência pela qual a genética populacional foi desenvolvida, visto inicialmente como uma exceção. Entretanto, no geral, a expressão de qualquer alelo depende de forma complicada de muitos outros alelos (Szendro et al, 2013; Edlund & Adami, 2004). Além disto, Bateson criou uma nomenclatura sobra a ação inibitória de um gene sobre outro. Ele chamou de epistático (do grego epi, sobre, e stasis, parada, inibição) o gene que atua de modo inibitório do gene, e de hipostático o gene que sofre a inibição.

Se o gene epistático atuar em dose simples, isto é, se a presença de um único alelo epistático for suficiente para causar a inibição do hipostático, denomina-se que a epistasia dominante. Por outro lado, se o alelo que determina a epistasia atua somente em dose dupla, chamamos de epistasia recessiva.

O caso mais comum para exemplificar esses dois efeitos vem das galinhas (leghorn e wyandotte) e de ratos. Eles demonstram estes dois tipos de epistasias.

Na epistasia dominante um loco epistático exerce influência sobre o outro ao apresentar pelo menos um alelo dominante.

Epistasia dominante

Epistasia dominante

A cor das penas dessas galinhas é determinada por dois locos. Um deles determina a cor das penas e o outro controla a ação deste primeiro alelo. Como tem um efeito epistático, ele controla a inibição do outro alelo. O alelo “C” estabelece uma plumagem colorida e “c” plumagem branca. Estes alelos interagem com os alelos “I” e “i”, de ta forma que se um indivíduo tem um alelo “I” no genótipo, sua pelagem será branca. Desta forma, somente as aves de genótipo “C” são coloridas. As aves com os genótipos “c” e “i” são brancas por não apresentarem o alelo de pigmentação “C”. As aves que possuírem o genótipo “C”e “I” são brancas porque o alelo “I” inibe a pigmentação. Basta que a galinha tenha o alelo “I” em seu genótipo para que não seja produzido pigmento. Portanto, o gene epistático “I” funciona em dose simples, comportando-se como se fosse dominante, e por esta razão é chamado de epistasia dominante (Linhares & Gewandsznajder, 1999).

Na epistasia recessiva encontramos um bom exemplo em camundongos. Estes animais apresentam três diferentes cores de pelagem: marrom (aguti), branco e preto. Estes fenótipos também são determinados por dois locos gênicos, que interagem entre si.

O loco que determina a cor é o “A”. Quando o genótipo do indivíduo for “AA” ou “Aa”, ele apresentará a cor aguti, e quando for “aa” o indivíduo terá os pêlos pretos.

O outro loco apenas controla a expressão do loco “A”. Sempre que o genótipo do indivíduo for “PP” ou “Pp”, ele apresentará o fenótipo determinado por “A”.

Quando o genótipo for “pp”, o indivíduo será albino, independente do genótipo do loco “A”.

Epistasia recessiva

Epistasia recessiva

A única atuação do loco “P” é controlar a expressão do “A” de tal forma que só é possível saber o genótipo de um indivíduo para o loco “P” se ele for albino, e neste caso, será impossível prever o genótipo para alelo “A”. Desta forma, conclui-se que a epistasia recessiva ocorre quando um loco epistático exerce influência sobre o outro ao ocorrer em homozigose recessiva.

Outra forma de interação gênica ocorre quando genes não-alélicos somam ou acumulam seus efeitos produzindo assim fenótipos gradativamente diferentes entre si (SóBiologia).

O melhor exemplo disto vem da coloração da pele do homem.

A quantidade de melanina produzida pela pele do homem depende de outro grupo de genes que vai determinar a pigmentação da pele. Esses genes não-alélicos são o “S” e o “T”. Cada um deles contribui com uma dose de melanina enquanto seus respectivos alelos “s”e “t” não contribuem. Os alelos “S” e o “T” estão juntos no mesmo indivíduo seus efeitos se somam (negro), e a dosagem mínima “sstt” determina a cor branca (diferente do albinismo que ocorre sob o efeito de genes não-alélicos independentes, como citado anteriormente). As cores mulatas variam de acordo com a dosagem de cada gene (Linhares & Gewandsznajder, 1999).

Poligenia

Poligenia

Na primeira década do século XX o mendelismo foi adotado pela maioria biólogos, embora ainda estivesse pouco desenvolvido, e como tudo em ciência, sua relevância era fortemente debatida. O intervalo da primeira década do século XX mudou completamente a relação entre evolução e genética; seja com a contribuição de Bateson ou com outras descobertas. Por exemplo, em 1901, de Vries cunhou o termo mutação para descrever mudanças na qualidade do material hereditário e nos anos seguintes, muitos avanços foram obtidos.

Em 1903 foi constatado que os cromossomos eram responsáveis pela hereditariedade, e dois anos depois, William Bateson cunhou o termo “genética” em uma carta dirigida a Adam Sedgwick. Neste mesmo ano (1995) N. M. Stevens descreve os cromossomos sexuais X e Y no besouro Tenebrio molitor e Lucien Cuénot obtém primeiro indício do gene letal, confirmado posteriormente em 1910 por W. E. Castle e C. C. Litle.

Os genes letais são bastante conhecidos em camundongos. A pelagem amarela é determinada por um gene dominante, e a preta, por um recessivo. Entretanto, no cruzamento de dois camundongos amarelos heterozigotos o resultado é uma descendência de dois amarelos para um preto.

Genes letais

Genes letais

Os embriões de camundongos amarelos homozigotos se formam, mas não se desenvolvem. Existe um gene que em dose dupla se torna letal aos embriões de camundongos. Como o gene para a cor amarela “P” mata o embrião em dose dupla, dizemos que ele é recessivo para a letalidade apesar de dominante para a cor do pelo. Indivíduos “Pp” são amarelos e sobrevivem, “pp”são pretos e “PP” morrem.

No ano de 1906 Bateson e uma série de colaboradores de seu projeto descrevem o primeiro caso de linkage (que fica mais evidente com as descobertas de Morgan) na em ervilha-doce e a interação genética na herança da forma da crista de galináceos.

Ainda, em 1906, L. Doncaster e H. Raynor descobrem a herança ligada ao sexo em mariposas.

Em 1909 Bateson cunhou os termos homozigoto, heterozigoto e alelomorfo e ao juntar essas descobertas as de interação gênica (epistasia), da origem a uma nomenclatura completa para designar as gerações em experimentos genéticos: P, F1, F2 etc de Mendel.

Uma conexão crítica entre a biologia experimental e a evolução, assim como entre a genética mendeliana, a seleção natural e a teoria cromossômica da herança, surgiu do trabalho de T. H. Morgan com a mosca da fruta Drosophila melanogaster (que lhe valeu o Nobel de 1933).

Em 1910, Morgan descobriu uma mosca mutante com olhos brancos e a partir de estudos concluiu que esta condição, embora expressa somente em machos, era herdada precisamente como uma característica mendeliana recessiva. Nos anos seguintes, em conjunto com outros geneticistas desenvolveu a “teoria cromossômica mendeliana de herança” publicada no “The Mechanism of Mendelian Inheritance” em 1915. O trabalho de Morgan foi tão popular que é considerado um marco da genética clássica. Na mesma época, muitos biólogos aceitavam que genes situados linearmente nos cromossomos eram os mecanismos primários de herança, embora alguns detalhes sobre como isso seria compatível com a Teoria da evolução por seleção natural ainda estivessem meio obscuros (Wikipedia).

A importância do trabalho de Morgan vem de uma complicação a 2º Lei Mendel. Com a descoberta de que os genes estão localizados nos cromossomos surgiram algumas discrepâncias; dois ou mais genes não-alelos segregam-se independentemente, desde que estejam localizados em cromossomos diferentes, mas Mendel afirmava que os genes relacionados a duas ou mais características sempre apresentavam segregação independente. Se essa premissa fosse verdadeira, então haveria um cromossomo para cada gene. Se considerarmos que existe uma infinidade de genes, haveria, então, uma quantidade assombrosa de cromossomos espalhados no interior da célula. Mas já era sabido que isto não ocorreria. Faltava explicar essa situação!

Como existem poucos cromossomos no núcleo das células e inúmeros genes, concluiu-se que, em cada cromossomo, existe uma infinidade de genes, responsáveis pelas características de cada espécie. Isso significa que os genes presentes em um cromossomo estão ligados entre si (em linkage) e caminham juntos para a formação dos gametas. Descobriu-se então que nem sempre a 2ª lei de Mendel é obedecida. Basta que os genes estejam localizados no mesmo cromossomo, ou seja, estejam em linkage (Linhares & Gewandsznajder, 1999).

Sem títuloMorgan e seus colaboradores descobriram isto trabalhando com a mosca da fruta. Um dos cruzamentos efetuados por Morgan ele cruzou moscas selvagens de corpo cinza e asas longas com mutantes de corpo preto e asas vestigiais. Todos os descendentes de F1 apresentavam corpo cinza e asas longas, atestando que o gene que condiciona corpo cinza “P” domina o que determina corpo preto “p”, assim como o gene para asas longas “V” é dominante sobre o “v” que condiciona surgimento de asas vestigiais. A seguir Morgan cruzou descendentes de F1 em cruzamentos testes. Os resultados revelariam se os genes estavam localizados em cromossomos diferentes (segregação independente) ou em um mesmo cromossomo (linkage).

Surpreendentemente, nenhum dos resultados esperados foi obtido. A separação e a contagem dos descendentes de F2 revelou que a prole de F2 era formada por; 41,5% de moscas com o corpo cinza e asas longas; 41,5% de moscas com o corpo preto e asas vestigiais; 8,5% de moscas com o corpo preto e asas longas; 8,5% de moscas com o corpo cinza e asas vestigiais.

Morgan descobriu que os genes “P” e “V” localizavam-se no mesmo cromossomo. Se estivessem localizados em cromossomos diferentes, a proporção esperada seria outra (1:1:1:1). Desta forma, Morgan só precisou explicar a ocorrência dos fenótipos corpo cinza/asas vestigiais e corpo preto/asas longas. A resposta não foi difícil de ser obtida porque essa época já estava razoavelmente esclarecido o processo da meiose (Linhares & Gewandsznajder, 1999).

Em 1909, o citologista F. A. Janssens havia descrito os detalhes do fenômeno cromossômico conhecido como permutação ou crossing-over; troca de fragmentos entre cromossomos homólogos (imagem acima). Em 1911, Morgan usou essa observação para concluir que os fenótipos corpo cinza/asas vestigiais e corpo preto/asas longas eram recombinantes e devido á ocorrência de crossing-over (Só Biologia).

O trabalho de Morgan cessou parte da crítica que existia entre genética e evolução, mas as duvidas só cessaram definitivamente após a divulgação contínua de diversos trabalhos de geneticistas como Fisher (em 1918 quando publicou as bases da síntese moderna em “On the correlation between relatives on the supposition of Mendelian inheritance”) e principalmente de Theodosius Dobzhansky, que publicou o “Genetics and the Origin of Species” em 1937.

Este livro foi crucial para a ampla aceitação da síntese moderna por parte dos biólogos. Em sua obra, ele defendeu que mutações eram a fonte da variação hereditária, discutiu o papel da reorganização dos cromossomos, da poliploidia (mutação onde ocorre a cópia de um ou mais cromossomos em um mesmo núcleo. Fenômeno comum em vegetais mas nem tanto em animais) (Frazer 2013), a variação em populações naturais, seu isolamento geográfico e ainda cunhou conceitos como micro e macroevolução.

Mesmo antes do trabalho de Dobzhansky foram feitas descobertas muito importantes para a genética. Em 1927 já havia sido constatado que as mutações eram mudanças físicas nos genes. No mesmo ano Karl Landsteiner e Philip Levine descobriram a sistema sanguíneo MN e como o estão associados a reações transfusionais.

Sistema MN

Sistema MN. Clique para ampliar

No ano seguinte, Frederick Griffith descobriu uma molécula de hereditariedade que é transmissível entre bactérias. Em 1931 o Crossing over foi descrito em todos os seus detalhes como a causa da recombinação genética.

Ao contrário do que já se sugeriu, o sucesso e a aceitação de ambas propostas (evolução e genética) no meio acadêmico não se deu por conta da ignorância da época no sentido de tentar acoplar concepções sem nenhuma conexão. O argumento de ignorância não é uma fundamentação para se rejeitar uma teoria recém elaborada; pelo contrário. O fato de não se saber nada sobre um fenômeno é motivo para se desenvolver pesquisas e tentar compreender empiricamente parte dele.

Toda teoria se estabelece sob uma circunstância onde pouco se sabe sobre o assunto, e é natural que a cada descoberta novos modelos ou sínteses surjam. A Teoria Sintética da Evolução se consolidou (e continua) pela superação da ignorância sobre como as características passam de uma geração a outra de modos variados, como explicar tamanha diversidade de formas de vida, como tipos celulares surgem ou como se dá a vida como um fenômeno dinâmico ao longo do tempo geológico.

Embora no início da genética ainda houvesse certo ceticismo ao se referir a relação da seleção natural como mecanismo evolutivo e como esta se casaria com a genética mendeliana, foi a partir da ignorância que os estudos começaram que o conhecimento começou a ser produzido e parte dessa relação foi clareada.

Em 1940, Karl Landsteiner e Alexander S. Wiener relataram um soro que reagiu também com cerca de 85% de diferentes células vermelhas do sangue humano (Landsteiner, 1940). Este soro foi produzido para a imunização de coelhos com células vermelhas do sangue de macaco rhesus.

O antigênio que induziu esta imunização foi designado como fator de Rh para indicar que o sangue de rhesus tinha sido utilizado para a produção de soro (Landsteiner, 1941).

Com os avanços desta pesquisa descobriu-se o fator Rh sanguíneo, que depende de um antígeno nas hemácias diferente dos aglutinogênios A e B e é controlado por genes independentes dos genes do sistema ABO. Um par de alelos “D” (ou Rh) é dominante sobre “d” (ou rh). O dominante é responsável pela presença do antígeno e o segundo pela sua ausência. Portadores do antígeno “Rh” fazem parte do grupo positivo, e os não portadores são negativos. Ao contrário do sistema ABO, aqui só os indivíduos negativos vão apresentar anticorpos se receberem hemácias Rh positivas.

Fator Rh

Fator Rh

Obviamente que a descobertas da genética mendeliana não só respaldaram as ideias de Darwin contextualizando elas dentro de uma perspectiva prática, mas também explicou uma série de fenômenos biológicos de grande importância a medicina. Não é a toa que muitos cientistas ganharam prêmios Nobel de Medicina na história da genética. Com o avanço da genética Mendeliana foram descobrindo heranças ligada ao sexo como o daltonismo, a hemofilia e anomalias cromossômicas, elucidando o mecanismo de doenças como a Síndrome de Down (descrita originalmente por Langdon Down em 1888 que explicou-a utilizando a recapitulação da filogenia na ontologia), Síndrome de Turner, Síndrome de Klinefelter, Síndrome Poli-X e Síndrome Homens-XYY com o desenvolvimento da biologia molecular (Linhares & Gewandsznajder, 1999).

Em 1941, Edward Lawrie Tatum e George Wells Beadle demonstram que os genes codificam proteínas; e estabeleceu a primeira denominação do veio a ser chamado de “dogma” central da genética. Com os avanços essa concepção foi mudando e notou-se que a correspondência entre “um gene = uma proteína” era simplória demais e hoje sabe-se que cada gene tem uma ampla gama de atuação. Conforme a biologia molecular surgia e acompanhava a genética, muitos modelos vão sendo derrubados e concepções mais atualizadas e recentes passam a preencher o quadro que melhor representa os fatos.

Por exemplo, até alguns anos atrás, acreditava-se que humanos deveriam possuir entre 50 e 100 mil genes (Cooper, 2000), mesmo na década de 60 F. Vogel, deduziu a existência de 6.7 milhões de genes (Vogel F. 1964).

Atualmente, segundo os estudos mais recentes o ser humano tem por volta de 19 mil genes capazes de produzir milhares de proteínas. Este é um exemplo de como o avanço científico justifica a teoria da evolução associada á genética e a biologia molecular.

Na mesma década que se determinou o conceito de “dogma central”, houve também a constatação de que o material responsável pela herança genética era dado por uma molécula, e em 1944 Oswald Theodore Avery, Colin McLeod e Maclyn McCarty isolam o DNA e estabeleceram sua função. Próximo desta data, em 1946, Muller já estava recebendo o Nobel de Fisiologia/Medicina pela demonstração dos efeitos mutagênicos de raios X em Drosophila melanogaster.

Em 1942 surgiu o termo epigenética, cunhado por CH Waddington, fazendo um paralelo a epigenese. A epigênese no contexto da biologia se refere à diferenciação de células partir do seu estado inicial no desenvolvimento embrionário. Quando Waddington cunhou o termo, a natureza física dos genes e seu papel na hereditariedade não eram totalmente conhecidos. Ele usou o nome como modelo conceitual de como os genes podem interagir com o ambiente para produzir um fenótipo, citando a frase “paisagem epigenética” como uma metáfora para o desenvolvimento biológico (Waddington, 1953). Ele sugeriu visualizar a irreversibilidade do tipo de célula na diferenciação como picos crescentes entre os vales de montanhas onde as células estavam viajando (Hall, 2004). Obviamente que ao longo da história da genética a noção de paisagem epigenética de Waddington foi rigorosamente formalizada no contexto da abordagem dinâmica e no estudo do destino final da diferenciaçao celular (Alvarez-Buylla et al, 2008 & Rabajante et al, 2015)

Em 1951, Erwin Chargaff começa a descrever a bioquímica de quatro nucleotídeos e dos ácidos nucleicos em proporções estáveis e descreveu algumas regras básicas, como a proporção de bases timínas e adeninas. Neste mesmo momento, Barbara McClintock descobre existência de transposons no milho. Elementos importantes para a evolução biológica. No ano seguinte, a experiência de Hershey-Chase demonstra que a informação genética dos organismos é composta por um ácido desoxirribonucleico, o DNA, que é uma molécula complexa que teve sua estrutura molecular demonstrada somente em 1953 com o modelo de dupla hélice de James Watson e Francis Crick. Este ponto foi muito importante, pois não teve implicações somente na consolidação da genética como ciência (ou na sua molecularização), ou na corroboração da TSE. Tal descrição trouxe implicações importantes até mesmo para questões ligadas a origem da vida. Discussão que ganhou asas e abordou diversas hipóteses e possibilidades.

Francis Crick ficou perplexo diante da elegante complexidade e arquitetura do DNA e acabou precocemente desprezando uma análise mais refinada sobre a possível origem dessa molécula. Ele optou por defender a hipótese da Panspermia Direta, junto com Leslie Orgel.

Esta consideração era bastante discutida no meio acadêmico e na sociedade no momento histórico da construção do modelo molecular do DNA e nas duas décadas seguintes.

Em um artigo denominado Directed Panspermia”, dos autores Cricks e Orgel, publicado em 1973 (ou seja, 20 anos após a construção do modelo molecular do DNA) descreveram os cientistas que já discutiam essa possibilidade e a questão da origem da vida:

“It was not until the middle of the nineteenth century that Pasteur and Tyndall completed the demonstration that spontaneous generation is not occurring on the Earth nowadays. Darwin and a number of other biologists concluded that life must have evolved here long ago when conditions were more favourable. A number of scientists, however, drew a quite different conclusion. They supposed that if life does not evolve from terrestrial nonliving matter nowadays, it may never have done so. Hence, they argued, life reached the earth as an “infection” from another planet (Oparin, 1957). Arrhenius (1908) proposed that spores had been driven here by the pressure of the light from the central star of another planetary system. His theory is known as Panspermia. Kelvin suggested that the first organisms reached the Earth in a meteorite. Neither of these theories is absurd, but both can be subjected to severe criticism. Sagan (Shklovski and Sagan, 1966; Sagan and Whitehall, 1973) has shown that any known type of radiation-resistant spore would receive so large a dose of radiation during its journey to the Earth from another Solar System that it would be extremely unlikely to remain viable”.

Panspermia dirigida refere-se ao transporte de microorganismos no espaço para ser usado como espécies introduzidas em planetas sem vida, ou ainda, pode ser determinada pelo envio da vida iniciada aqui, na Terra, para semear exoplanetas.

Para os autores, em seu artigo de 1973 parecia improvável que os organismos vivos extraterrestres pudessem ter chegado a Terra, quer como esporos impulsionados pela pressão de radiação ou como organismos vivos encaixados em um meteorito. A noção que se tinha sobre a origem da vida era simples quando comparada com o conhecimento atual.

Como uma alternativa para a impossibilidade destes mecanismos “as cegas”, consideraram a panspermia dirigida como a hipótese mais aceita, mas ainda sem evidências.

Eles concluíram isto deixando claro que:

“a evidência científica é inadequada no momento para dizer alguma coisa sobre a probabilidade. Chamamos a atenção para os tipos de provas que possam lançar luz adicional sobre o tema.”

Em seu artigo, Cricks e Orgel discutem a possibilidade de que a vida terrestre derive da atividade deliberada de uma sociedade extraterrestre. Para justificar a adoção desta hipótese como a mais provável eles utilizaram o teorema de reversibilidade cósmica detalhada.

Eles argumentaram que; se somos capazes de infectar um planeta extrasolar ainda sem vida, em seguida, uma vez que o tempo estava disponível, outra sociedade tecnológica poderia muito bem ter infectado nosso planeta quando ele ainda estava sem vida.

E concluem que não há tempo adequado para uma sociedade tecnológica ter evoluído duas vezes em sucessão. Os lugares na Galáxia onde a vida poderia começar, se semeados, são, provavelmente, muito numerosos. Desta forma, poderiamos prever que nós mesmos somos capazes de construir foguetes com alcance suficiente para a capacidade de entrega e semeação de carga útil de microorganismos. Assim, a idéia da Panspermia se fez justificável diante daquele contexto. Ainda sim, os autores não concluíram deliberadamente que a vida seja resultado de uma manifestação extraterrestre e mantiveram abertas as possibilidades de explicações alternativas e mais plausíveis. Em seu artigo eles concluem que:

“No momento, parece que a evidência experimental é muito fraca para fazer esta discriminação. É difícil evitar um julgamento pessoal, de uma forma ou de outra, mas tais preconceitos não encontram apoio científico de qualquer peso. Assim, é importante que ambas as teorias devem ser seguidas. Os trabalhos sobre a suposta origem terrestre da vida está em curso em muitos laboratórios. Tanto quanto a Panspermia direta está em causa, podemos sugerir várias linhas em vez de diversas pesquisas. Os argumentos que temos aqui utilizados são, necessariamente, pouco esboçados. Assim, o projeto detalhado de uma nave espacial de longo alcance valeria a pena para um estudo de viabilidade e cuidado”.

Eles ainda descrevem as condições que deveriam existir para contornar as situações aversivas durante a panspermia dirigida:

“Os pacotes de microorganismos devem ser feitos e dispersos, de tal forma que possam sobreviver a entrada a alta velocidade para a atmosfera do planeta, e ainda assim ser capaz de se dissolver nos oceanos. …No lado biológico nos faltam informações precisas sobre o tempo de vida de microrganismos mantidas em temperaturas muito baixas, enquanto viaja pelo espaço a velocidades relativamente altas”.

Discutem também sobre a blindagem necessária em uma nave espacial e proteção contra radiação do espaço.

Em linhas gerais, Cricks e Orgel acabam expressando como o cenário da biopoese (origem da vida) era “pobre” nesta época. Eles citam que muitas sopas primordiais foram produzidas artificialmente em laboratório após as experiências pioneiras de Miller, mas até então nenhum estudo cuidadoso foi feito para determinar quais os organismos atuais iria crescer bem em um ambiente primitivo (Crick and Orgel, 1973).

Durante os anos 1960, Crick ja havia se preocupado com as origens do código genético. Em 1966, ele se apresentou (no lugar de Leslie Orgel) em um Congresso para falar sobre a origem da vida. Crick especulou sobre possíveis estágios pelos quais um código genético inicialmente simples teria passado, como alguns tipos de aminoácidos poderiam ter evoluído para o código mais complexo usado por organismos existentes (Crick, 1968). Naquela época, era consenso que proteínas eram um único tipo de enzimas e não havia sido descoberta as ribozimas.

Muitos biólogos moleculares ficaram intrigados com o problema da origem de um sistema de replicação proteico que era complexo. Porém, em um artigo retrospectivo Crick e Orgel observaram que eles haviam sido excessivamente pessimista sobre as chances da origem da vida ocorrer na terra a partir de um sistema proteíco auto-replicante. E publicaram um artigo denominado “Anticipating an RNA-World – Some Past Speculations on the Origin of Life: Where Are They Today?” na qual já discutia o mundo-RNA, as hipóteses sobre a origem da vida na Terra e a formação de seus precursores sem a necessidade de uma semeadura cósmica inteligente.

De fato, a partir de então, não só com os avanços da genética, mas com os experimentos sobre a origem da vida, a constatação das homologias genéticas, redes metabólicas onipresentes Cricks e Orgel excluíram a possibilidade da Panspermia dirigida.

Esta constatação se deu pelas evidências, e precisa ser ressaltada, pois movimentos anti-evolução alegam que Cricks e Orgel eram adeptos de algum tipo de movimento criacionista a partir de um design inteligente. Esta informação não tem procedência.

De fato, Crick era um crítico absoluto e assumido do criacionismo. Em 1987 em um caso do Supremo Tribunal denominado Edwards v. Aguillard, Crick se juntou a um grupo de outros prêmios Nobel e defenderam que o criacionismo não é ciência e não tem lugar na sala de aula de escola pública (Curiae, 1986).

A molecularização da genética

A partir da segunda metade do século, o mundo científico testemunhou uma gradual construção do conhecimento da biologia molecular, ou a molecularização da genética associadas á evolução que corroborou ainda mais a TSE. Conforme as pesquisas avançavam e novos métodos eram implementados, a compreensão da dinâmica dos genomas foi revelando-se cada vez mais complexa e conectada com a evolução biológica.

Cariótipo humano

Cariótipo humano

Três anos após a construção do modelo molecular de Cricks e Watson os pesquisadores Jo Hin Tjio e Albert Levan estabelecem que o número correto de cromossomos na espécie humana é de 46 (ou n=23), e em 1958, George Wells Beadle, Edward Lawrie Tatum, Joshua Lederberg receberam o Nobel de Fisiologia ou Medicina por terem comprovado que os genes atuam controlando a síntese de proteínas nas células e por terem descrito os processos de recombinação genética em bactérias. Neste mesmo ano a experiência de Meselson-Stahl demonstrou que o DNA tem uma replicação semi-conservativa, esclarecendo ainda mais processos que estariam ligados a evolução biológica. Através desse mecanismo semiconservativo é possível a transmissão das características elementares do genoma de todas as espécies durante a evolução da biodiversidade, cada qual em seu tempo, passando por transformações selecionadas de geração em geração.

Em 1959 a Transferência Horizontal de Genes (THG) foi descrita pela primeira vez no Japão em uma publicação demonstrando a transferência de resistência a antibióticos entre espécies diferentes de bactérias (Ochiai et al, 1959 & Akiba et al, 1960). No entanto, o significado da sua pesquisa não foi devidamente apreciado no ocidente nos dez anos que se seguiram.

Ainda em 1959 Severo Ochoa e Arthur Kornberg receberam o Nobel de Fisiologia/Medicina por suas descobertas sobre a síntese de ácidos nucléicos nas células, permitindo que em 1961 o código genético fosse melhor compreendido e visto como um sistema bioquímico organizado em tripletos, os famosos códons.

A ideia de “relógio molecular” foi inicialmente atribuída a Emile Zuckerkandl e Pauling que, em 1962, notou que o número de diferenças de aminoácidos na hemoglobina entre diferentes linhagens muda aproximadamente linearmente com o tempo, tal como estimado a partir de evidência fóssil (Zuckerkandl & Pauling, 1962). Desta forma, conseguiu-se generalizar essa observação para afirmar que a taxa de mudança evolutiva de qualquer proteína especificada era aproximadamente constante ao longo do tempo e ao longo de diferentes linhagens.

O fenômeno da eqüidistância genética foi observado pela primeira vez em 1963 por Emanuel Margoliash, que escreveu:

“Parece que o número de diferenças de resíduos entre citocromo c de quaisquer duas espécies é mais condicionado pelo tempo decorrido desde a divergência das linhagens destas duas espécies. Se isto estiver correto, o citocromo c de todos os mamíferos devem ser igualmente diferente do citocromo c de todos os pássaros. Dado que os peixes se afastam do tronco principal de evolução dos vertebrados mais cedo do que aves ou mamíferos, e o citocromo c de ambos os mamíferos e aves deve ser igualmente diferente do citocromo c de peixe. Da mesma forma, todos os vertebrados citocromo c deve ser igualmente diferente da proteína da levedura. ” (Margoliash, 1963)

A diferença entre o citocromo c de uma carpa, sapo, tartaruga, galinha, coelho, cavalo é muito constante, entre 13% e 14%. Do mesmo modo, a diferença entre o citocromo c de uma bactéria e levedura, trigo, traça, atum, pombo, cavalo e varia entre 64% a 69%. Juntamente com a obra de Emile Zuckerkandl e Linus Pauling, o resultado da eqüidistância genética conduziu diretamente para a idealização formal da hipótese do relógio molecular (Kumar, 2005) onde a eqüidistância genética tem sido frequentemente utilizado para inferir o tempo de separação de diferentes espécies irmãs a partir de um grupo externo (Pesole et al, 1999 & Huang, 2008)

Entre 1962 a 1970 muitos avanços importantes foram feitos; Howard Temin demonstrou que o dogma central de Watson nem sempre é a regra, François Jacob e amigos receberam Nobel de Fisiologia/Medicina pelos trabalhos sobre regulação da atividade gênica em bactérias e em vírus, Robert W. Holley e outros colaboradores receberam o Nobel de Fisiologia ou Medicina pela descrição do código genético no papel de síntese das proteínas, Max Delbrück e amigos receberam o Nobel de Fisiologia/Medicina por suas descobertas sobre a estrutura genética e os mecanismos de replicação dos bacteriófagos (Wikipedia).

Em 1970 descobriram-se enzimas de restrição em estudos com a Haemophilius influenzae, permitindo os cientistas cortar trechos de DNA e a sua transferência entre organismos. Muitos avanços tecnológicos começaram a aparecer na década de 70. Logo no seu início o DNA é sequenciado pela primeira vez por Fred Sanger, Walter Gilbert e Allan Maxam. O laboratório de Sanger cria a sequência completa do genoma de Bacteriófago Phi-X174 (Wikipedia)..

Em 1978, Werner e amigos receberam o Nobel de Fisiologia/Medicina pela descoberta da enzima de restrição e suas aplicações em problemas envolvendo genética molecular. No ano de 1983 Kary Banks Mullis descobre a reação de polimerização em cadeia (PCR), proporcionando um meio fácil de amplificar DNA. Neste mesmo ano Barbara McClintock recebe o Nobel de Fisiologia/Medicina pelo seu trabalho com os transposons.

Transposons são muito importantes para a evolução e o trabalho de McClintock foi uma das maiores descobertas da genética desde os tempos de Mendel. Refere-se a uma sequência de ácido desoxirribonucleico capaz de se movimentar de uma região para outra em um genoma de uma célula. São encontrados em quase, se não, todos os ramos da arvore da vida. Segundo os geneticistas, eles podem ter se originado no último ancestral comum da vida (LUCA), surgido independentemente inúmeras vezes, ou ainda surgido em um dos ramos e se espalhado para outros através de transferência horizontal (Gilbert et al, 2013 & Schaack et al, 2010). Podem ser usados para estabelecer relações filogenéticas entre organismos de espécies diferentes. O único mecanismo conhecido pelo qual dois indivíduos compartilham grande similaridade genômica é através da hereditariedade, logo, se organismos de duas espécies diferentes apresentarem sequencias genômicas similares, é possível concluir que eles compartilham um ancestral comum recente. Então se duas espécies apresentam parentesco próximo elas devem possuir locais de inserção de elementos de transposição em comum (Oliveira et al, 2006). Todos os mamíferos possuem em comum um tipo de transposon chamado de elemento Alu, que na espécie humana compõem cerca de 10% do genoma total. A sequência Alu possui aproximadamente apenas 300 nucleotídeos (Hotmozdiari et al, 2011). Por exemplo, no cluster gênico da alfaglobina, 7 elementos Alu diferentes são reconhecidos na mesma localização tanto em chimpanzés quanto em humanos, o que indica uma ancestralidade comum recente (Sawada et al,1986).

Em 1989 Michael Syvanen foi um dos primeiros biólogos ocidentais a explorar o significado potencial da transferência horizontal de genes. Ele publicou uma série de artigos sobre transferência horizontal de genes começando em 1984, prevendo que a transferência de genes existe, tem significado biológico e que este processo moldou a história evolutiva desde o primórdios da vida na Terra (Syvanen, 1985).

No final de década de 60, e começo da década de 70, outro nome que se tornou popular foi o “DNA lixo” (ou Junk DNA) (Ehret et al, 1963 & Graur, 2013). De acordo com T. Ryan Gregory, um biólogo da genômica, a primeira discussão explícita sobre a natureza do DNA lixo foi feito por David Comings em 1972. O termo foi formalizado no mesmo ano por Susumu Ohno (1972) que observou que a carga de mutações deletérias colocava um limite máximo para o número de loci funcional que poderia ser esperado dado a taxa de mutação. Ohno previu que os genomas de mamíferos não poderiam ter mais de 30 mil loci, pois um excesso de carga mutacional causaria um declínio inevitável na aptidão (fitness), e, eventualmente, a extinção. Essa previsão se mantém, uma vez que os estudos mais recentes demonstram que o genoma humano contém aproximadamente 19 mil genes. Ohno também observou que as espécies estreitamente relacionadas podem ter ordens de grandeza diferentes no que se refere ao tamanho de seus genomas; ele já havia chamado isto de paradoxo valor C em 1971 (Eddy, 2012).

O termo “DNA lixo” foi muito questionado porque supunha, a priori, a não-funcionalidade do DNA embora alguns cientistas tenham recomendado usar uma terminologia mais neutra, como “DNA não-codificante” ou “DNA espaçador” (Gregory, 2005). De modo geral, este conceito precoce foi recebido com ceticismo pelos geneticistas quando começaram a notar que muitos grupos biológicos tinham genomas bem maiores que o de nossa espécie e que não fazia sentido ter tanto DNA com poucos genes codificando proteínas. O conceito de Junk DNA foi descartado pela própria ciência quando notou-se que várias partes desse material tinham funções biológicas importantes.

Infelizmente, junk DNA continua a ser um rótulo para os trechos de uma seqüência do genoma para a qual não foi identificada nenhuma função perceptível e que através de análise genômica comparativa aparecem sob nenhuma restrição funcional, sugerindo que a própria sequência não ofereceu qualquer vantagem adaptativa. Desde o final dos anos 70 tornou-se evidente que a maioria de DNA não-codificante em grandes genomas encontra sua origem na amplificação “egoísta” de elementos transponíveis, os quais Ford Doolittle e Carmen Sapienza, em 1980, descreveram na revista Nature

”Quando um dado DNA, ou classe de DNAs, de uma função fenotípica não comprovada pode ser mostrado ter evoluído de uma estratégia (como a transposição) que garante a sua sobrevivência genômica, então não há outra explicação para sua existência que é necessária”. (Doolittle & Sapienza, 1980)

A quantidade de DNA-lixo depende da taxa de amplificação desses elementos e da taxa na qual o DNA não-funcional é perdida e na mesma edição da Nature, Leslie Orgel e Francis Crick escreveram que o DNA lixo tem “pouca especificidade e transmite pouca ou nenhuma vantagem seletiva para o organismo”(Orgel & Crick, 1980). Hoje, sabemos que diversas evidências indicam que algumas sequências de junk DNA são susceptíveis a uma série de atividades funcionas ainda não precisamente identificadas e que o processo de exaptação de fragmentos de DNA originalmente “egoístas” ou não-funcionais tem sido comuns ao longo da evolução (Biémont, 2006). A polêmica do junk DNA se estendeu quando em 2012, quando o projeto ENCODE, um programa de pesquisa apoiado pelo Instituto Nacional de Pesquisa do Genoma Humano, relatou que 76% das sequências de DNA não-codificantes do genoma humano foram transcritas e que quase metade do genoma foi de alguma forma acessível a proteínas reguladoras genéticas, como os fatores de transcrição (Pennisi, 2012).

A sugestão do ENCODE é que mais de 80% do genoma humano é bioquimicamente funcional embora isto tenha sido criticado por outros cientistas (Robin, 2013) que argumentam que não há acessibilidade dos segmentos do genoma de fatores de transcrição, nem garantias de que a transcrição desses segmentos têm função bioquímica e que a sua transcrição é seletivamente vantajosa. Além disso, as estimativas muito menores de funcionalidade para codificar foram baseadas em estimativas de conservação genômicas através de linhagens de mamíferos (Eddy, 2012; Doolittle, 2013; Palazzo, Palazzo et al, 2010; Graur, 2013). Em contrapartida, outros cientistas argumentam que a transcrição ampla e splicing que é observada no genoma humano diretamente por testes bioquímicos é um indicador preciso da função genética e da conservação genômica porque as estimativas de conservação são relativas devido a variações no tamanho dos genomas até mesmo em espécies estreitamente relacionadas. Ela é parcialmente tautológica, e as estimativas não são baseadas em testes diretos para a funcionalidade no genoma (Kellis et al, 2014 & Mattick, 2013). Isso quer dizer que as estimativas de conservação podem ser usadas para fornecer pistas na identificação de possíveis elementos funcionais no genoma, mas ela não se limita a quantidade total de elementos funcionais que poderiam existir no genoma uma vez que os elementos que tem funções no nível molecular podem ser perdidos na genômica comparativa (Kellis et al, 2014). Além, claro, de que grande parte do junk DNA aparente está envolvido em regulações epigenéticas e parecem ser necessárias para o desenvolvimento de organismos complexos (ENCODE Project Consortium, 2012; Mattick, 2013; Morris, 2012). Porém a concepção da epigenética só se consolidou na década de 90.

Na década de 70 também ocorreu á ascensão da biologia evolutiva no desenvolvimento abordando comparativamente os mecanismos e sequências do desenvolvimento embrionário, de modo a esclarecer como os genes poderiam produzir novas formas, funções e comportamentos durante o curso da evolução. O desenvolvimento possui uma grande importância para o entendimento da evolução dos organismos multicelulares, uma vez que é a partir dele que a forma orgânica adulta é originada. Cunha-se o termo evo-devo como referência a evolução do desenvolvimento, na qual também abarcou uma nova síntese para a evolução biológica pautada completamente na genética do desenvolvimento. Toda novidade morfológica passa a ser vista também como resultado de alterações durante o desenvolvimento embrionário. Inicialmente, a biologia do desenvolvimento ficou (por muito tempo) à margem da síntese evolutiva, especialmente com o caso de Haeckel. A partir do final da década de 70 e expressivamente nos anos 80 o desenvolvimento ganhou um destaque maior no campo da evolução, especialmente com a descoberta de genes que regulam o desenvolvimento embrionário. Durante os anos 80 e os 90 mais dados comparativos de seqüências moleculares entre diferentes tipos de organismos foram massivamente produzidos e detalharam o entendimento das bases moleculares dos mecanismos de desenvolvimento que são codificados por esses genes tornou-se mais claro. Biologia evolutiva do desenvolvimento surgiu em reposta a esses dados (Carroll, 2006).

Em 1987 Susumu Tonegawa recebeu o Prêmio Nobel de Fisiologia/Medicina pela sua descoberta do fundamento genético da formação de uma ampla variedade de anticorpos.

Em 1989 Michael Bishop e Varmus receberam o Nobel de Fisiologia/Medicina pela compreensão do modo como a produção de tumores malignos a partir de alterações nos genes normais de uma célula, produzidos por radiações, substâncias químicas e outros fatores. No mesmo ano um gene humano é sequenciado pela primeira vez por Francis Collins e Lap-Chee Tsui. Este gene codifica uma proteína que no seu estado defeituoso provoca a fibrose cística.

Em 1900, Robin Holliday definiu epigenética como “o estudo dos mecanismos de controle temporal e espacial da atividade de um gene durante o desenvolvimento de organismos complexos” (Holliday, 1990) Assim, epigenética pode ser utilizado para descrever qualquer coisa diferente de sequência de DNA mas que influencia o desenvolvimento de um organismo.

Somente em 1993 Richard J. Roberts e Phillip A. Sharp receberam o Nobel de Fisiologia/Medicina pelo seu trabalho sobre os íntrons e fragmentos de DNA não relacionados com a informação genética. E somente agora estamos entendendo como a dinâmica de íntrons e éxons evoluíram. No ano de 1995 o primeiro sequenciamento completo de genoma foi concluído (Haemophilus influenzae). Neste mesmo ano Edward B. Lewis e colegas receberam o Nobel de Fisiologia/Medicina pela identificação dos genes que controlam o início do desenvolvimento embrionário dos animais, os genes homeóticos (Saiba mais em BIOLOGIA AVANÇADA – RUMO AOS VERTEBRADOS). No ano seguinte o primeiro genoma de um eucariota foi sequenciado (Saccharomyces cerevisiae).

Em 1997, Stanley Prusiner recebe o Nobel de Fisiologia/Medicina descoberta do príon como partícula infecciosa proteica. Em 1998, é publicada a primeira sequência genômica de um organismo eucariota multicelular (C. elegans).

No ano de 2001 publica-se o primeiro rascunho da sequência do genoma humano. Somente em 2003 sai o resultado completo (Icahn School of Medicine, 2015). No ano de 2002, Sydney Brenner, e amigos receberam o Nobel de Fisiologia/Medicina por estudos feitos sobre a morte celular programada (apoptose) em os Caenorhabditis elegans e regulação genética do desenvolvimento dos órgãos.

Em 2008, uma definição consensual feita em uma reunião do Cold Spring Harbor (Berger et al, 2009) definiu epigenética referindo-se ao fenótipo de forma estável resultantes de variações do cromossomo sem alterações na sequência de DNA.

Tais redefinições no entanto não são universalmente aceitas e ainda são objeto de disputa (Ledford, 2008). O para o “Roadmap Epigenomics Project”, desde 2013, utiliza a seguinte definição:

“…para os fins deste programa, a epigenética refere-se tanto a alterações hereditárias na atividade do gene e a expressão (na progenitura de células ou de indivíduos) e também estáveis, alterações a longo prazo no potencial da transcrição de uma célula que não são necessariamente hereditárias”. (NIH Roadmap Epigenomics Project)

A similaridade da palavra com a “genética” gerou muitos usos paralelos. O “epigenoma” é um paralelo com a palavra “genoma”, referindo-se ao estado epigenético global de uma célula, enquanto epigenomica refere-se as análises globais das mudanças epigenética ao longo de todo o genoma (NIH Roadmap Epigenomics Project.). A expressão “código genético” foi igualmente adaptado-a “código epigenético” e tem sido usado para descrever o conjunto de características que criam diferentes fenótipos de células diferentes. Levado ao seu extremo, o “código epigenético” pode representar o estado total da célula, com a posição de cada molécula contabilizada em um mapa epigenômico com uma representação esquemática da situação a expressão do gene, desde a metilação do DNA e a modificação da histona de uma dada regiáo do genôma. Geralmente, o termo é usado em referência as formas específicas, relevantes de informação epigenética, como o código de histonas ou padrões de metilação do DNA.

Em um artigo de 2014, pesquisadores ENCODE tentaram resolver a questão do Junk DNA e descobrir se essas regiões são bioquimicamente ativas e verdadeiramente funcionais. Eles observaram que partes funcionais do genoma foram identificadas em estudos anteriores de maneiras diferentes, ou seja, com abordagens distintas. As três abordagens utilizadas para identificar as partes funcionais do genoma humano foram: genéticas, que dependem de mudanças no fenótipo; abordagens evolutivas, que dependem de conservação; e as abordagens bioquímicas, que dependem de testes bioquímicos e foi usada por ENCODE.

Todas têm limitações. Abordagens genéticas podem perder elementos funcionais que não se manifestam fisicamente no organismo; as evolutivas têm dificuldades em alinhamentos precisamente as seqüência dos genomas de espécies mesmo que estreitamente relacionadas já que variam consideravelmente; e nas abordagens bioquímicas, apesar de ter alta reprodutibilidade, as assinaturas bioquímicas nem sempre significam automaticamente uma função. Ainda sim, no estudo observaram que 70% da cobertura de transcrição eram menos do que 1 transcrito por célula. Eles observaram que essa maior proporção do genoma estava representada no sinal bioquímico reprodutível, porém, mais baixa e menos conservada evolutivamente, criando um desafio para analisar e distinguir as funções específicas dos ruídos biológicos. Por outro lado, foi constatado que cerca de 12 a 15% do DNA humano atua sob restrição funcional, como estimado por uma variedade de métodos evolutivos subestimado. Desta forma, ainda que em contraste com a evolução e a evidência genética, dados bioquímicos oferecem pistas sobre a função molecular de elementos do DNA que atuam de modo subjacente aos tipos de células em que atuam. Em última análise, as abordagens genéticas, evolutivas e bioquímicas podem ser utilizadas de uma forma complementar para identificar regiões que podem ser funcionais em biologia humana e doenças (Kellis et al, 2014).

A Síntese Estendida

Ao contrário da opinião majoritária, nem toda a variação genética é aleatória ou cega. Parte dela pode ser regulada e parcialmente dirigida. Isso pode significar que existem mecanismos lamarckistas que permitem uma “herança branda”, ou seja, mudanças genômicas induzidas por fatores ambientais. Até recentemente, a certeza de que variações adquiridas podiam ser herdadas era considerada uma concepção errada e que não deveria ter lugar na teoria evolutiva. Ao revelar a natureza dinâmica do genoma e a complexidade das interações entre os genes, a biologia molecular está nos forçando a repensar a dimensão genética da teoria evolutiva. (A Evolução em 4 Dimensões” Eva Jablonka e Marion J. Lamb pag 22 – Editora Companhia das Letras).

Essa primeira dimensão com base genética mostra bons exemplos de mutações não-aleatórias que são semi-dirigidas. Diferente do neo-darwinismo que afirma que todas as mutações são aleatórias.

Existem graus de aleatoriedade. Algumas mutações ocorrem em maiores probabilidades e em locais específicos no DNA. Além disso, são induzíveis pelo ambiente e têm uma maior probabilidade de serem adaptáveis. O que segue a premissa de Lamarck, a imparcialidade do fator ambiental e dirigibilidade de certas características.

Em um artigo recente publicado por Laland e amigos (2015) a síntese estendida é caracterizada por completo. Ele destaca que se o genoma é um sistema organizado, ao invés de apenas uma coleção de genes, os processos que geram variação genética podem ser uma propriedade evolutiva do sistema, que é modulada pelo genoma e a célula. Contrariamente a opinião da maioria, nem todas as variações genéticas são totalmente aleatórias ou cegas. Algumas delas podem ser reguladas e parcialmente dirigidas seguindo alterações genômicas induzidas por fatores ambientais. A herança epigenética faz parte deste tipo de interação.\

Síntese estendida

Síntese estendida. Clique para ampliar

Existem diversos fatores epigenéticos ligados a variação no genoma. O mais recente demonstrou que príons estão emergindo como agentes deste tipo de herança em resposta a estímulos ambientais, gerando novos traços biológicos, que podem ser transmitidos para as gerações descendentes, dando-lhes vantagens fixando alterações genéticas.

Há grupos de pesquisadores evolucionistas que olham para essa síntese e subestima suas implicações evolutivas. Para os adeptos da síntese, o significado causal aos genes e seleção são insuficientes para entender a totalidade da dinâmica dos processos de desenvolvimento que criam novas variantes, ou contribuir para a hereditariedade gerando ajuste adaptativo, e, assim, direcionar o curso da evolução. Assim, a síntese não só cria novas direções de pesquisa, mas também novas maneiras de pensar sobre as atuais e futuras problemáticas dentro biologia evolutiva. O principal foco dessa síntese envolvendo o desenvolvimento construtivo que refere-se à capacidade de um organismo em moldar sua própria trajetória de desenvolvimento respondendo a e alterando internamente a estados externos. Essa abordagem vai além do conceito quantitativo e da interaçao gene-ambiente proposto pela genética, e culmina atendendo aos mecanismos de desenvolvimento enfatizando como o gene e sua expressão e o meio ambiente são interdependentes e como isto atua na evolução da vida.

A causalidade recíproca também é outro ponto em que esta sintese toca. Ele expressa a ideia de que os organismos em desenvolvimento não são apenas produtos, mas também são causas, da evolução. O termo é oposto a causalidade ‘unidirecional’ . Um exemplo de causalidade unidirecional é a migração de aves, que não altera a duração das estações do ano, e, portanto, tal comportamento poderia ser retratado como uma resposta evolutiva independente do ambiente externo. Se estiver correto, esta forma de causalidade evolutiva é unidirecional: inicia-se no ambiente externo (ou seja, com a seleção) e termina com uma mudança adaptativa no organismo; no comportamento migratório modificado.

A causalidade reciproca simplesmente diz que um dado processo é uma causa de outro processo, e este último, é a causa de um processo que re-alimenta potencialmente repetidas cadeias de causalidade. Esta é uma característica comum de ambos os sistemas em evolução, quando, por exemplo, as atividades biológicas de certos grupos modificam ambientes seletivos e sistemas de desenvolvimento, onde este se processa através de modificação dos ambientes internos e externos.

De acordo com a perspectiva darwiniana tradicional, uma variação, reprodução diferencial e/ou hereditariedade são vistos como necessários para a evolução adaptativa. Isto difere da forma como ele conceitualiza cada um destes componentes e as suas conexões. Explicar a origem de adaptações exige a compreensão de como os processos de desenvolvimento pré-existentes geram variantes fenotípicas hereditárias da genética, epigenética e variáveis ambientais. Um viés de desenvolvimento e plasticidade, desempenha um papel central como geradores de novidades evolutivas potencialmente funcionais e coordenadas com variação fenotípica.

A síntese demonstra que os mecanismos de herança extra-genéticos interagem com a genética e variáveis ambientais para construir o organismo em desenvolvimento, contribuindo assim para a semelhança entre “transmissão” em indivíduos afetados.

O que os autores da síntese propõem é que a biologia evolutiva nunca foi tão vigorosa quanto no momento atual, e que esta síntese mantem todos os processos centrais para a teoria evolucionária contemporânea (por exemplo, a seleção natural, deriva genética, herança mendeliana), e os seus resultados empíricos, deixando a síntese estendida como um adendo, uma atualização do conhecimento produzido pela biologia evolutiva e não exige nenhuma “revolução”.

A análise dos sintetizadores deixa mais do que simplesmente uma extensão do usual da ciência da biologia evolutiva. Ele traz em seu bojo um mudança conceitual.

Os processos evolutivos adicionais são mais do que apenas não-essenciais e podem ser tão importantes para moldar a evolução como aqueles já reconhecidos dentro do campo ao longo do século passado. As alterações necessárias não são triviais, pelo contrário, independentemente da forma como a aceitaçao dela se dê, as pesquisas vão permenecer e continuar a fazer uso da maquinaria quantitativa existente da teoria da evolução; criando e formalizando modelos que incorporam aspectos de plasticidade do desenvolvimento, herança inclusiva e nicho de construção que já estão sendo desenvolvidos. A síntese já facilita a implementação de abordagens da ciência da computação que permitem representação matemática de sistemas dinâmicos conexionistas complexos da memória e aprendizagem para modelar as relações genótipo fenótipo, por exemplo.

Na síntese estendida á abordagem de certos conceitos será mais ampla e aprofundada. Por exemplo, em evo-devo, ela deve fornece uma compreensão causal-mecanicista da evolução usando biologia comparativa e experimental para identificar os princípios de desenvolvimento que estão subjacentes ás diferenças fenotípicas dentro e dentre as populações, espécies e táxons mais elevados. Entre os principais conhecimentos empíricos estão as variações fenotípicas que envolvem frequentemente alterações na maquinaria reguladora do gene que altera o momento, a localização, quantidade ou tipo de produto do gene. Esta modificação dos processos de desenvolvimento pré-existentes pode trazer mudanças coordenadas em caracteres permitindo a diversificação através do acoplamento e desacoplamento diferencial de módulos fenotípicos. Como consequência, as propriedades de desenvolvimento podem afetar as taxas e padrões fenotípicos contribuindo para evolubilidade da espécie e do potencial de linhagens biológicas na evolução adaptativa.

A plasticidades fenotípica é a capacidade que um organismo tem em alterar o seu fenótipo em resposta ao ambiente. A plasticidade é onipresente em todos os níveis de organização biológica, e, embora ele está intimamente ligada à evo-devo há um interesse renovado em seu estudo pela sintese estendida não apenas como uma consequência da evolução fenotípica, mas porque ela facilita a colonização de novos ambientes e porque afeta a conectividade da população e o fluxo de genes. Isto contribui para a variação temporal e espacial na seleção e pode aumentar a chance de desvios adaptativos, radiações adaptativas e eventos de especiação e macroevolução.

A herança biológica é tipicamente definido coma a transmissão dos genes de pais para filhos. No entanto, é cada vez mais reconhecido que existem vários mecanismos que contribuem para a hereditariedade. Semelhanças entre pais e filhos foram estabelecidas pelas Leis de Mendel como vimos acima, mas elas não ocorrem só por causa da transmissão de DNA. Ela ocorre porque os pais transferem uma variedade de recursos de desenvolvimento que permitem a reconstrução de nichos de desenvolvimento. Estes incluem componentes dos recursos dos gametas e componentes pós-fertilização (por exemplo, hormônios), interações comportamentais entre pais e filhos (por exemplo, cuidados materno), a modificação dos pais de outros componentes do ambiente biótico e abiótico e a herança de simbiontes através células germinativas da mãe ou por infecção.

Além disso, pesquisa recente revela que a transmissão social, vertical e horizontal é generalizada em ambos; os vertebrados e invertebrados, e pode iniciar a divergência populacional engatilhando a especiação. Sob esta noção mais ampla da hereditariedade, a herança pode ocorrer a partir de células germinativas, da soma de células germinativas, da soma da soma do conteúdo das celulas germinativas e claro, do ambiente externo, o que pode proporcionar oportunidades para algumas características adquiridas serem herdadas.

As vias de herança que derivam de um fenótipo parental têm uma série de consequências evolutivas semelhantes as da plasticidade, herança cultural e nicho de construção. Por exemplo, a herança não-genética podem influenciar a expressão e retenção de fenótipos induzidos pelo meio ambiente, influenciando assim na taxa e na direção da evolução (68).

Há também a participação estável da herança epigenética transgeracional, ou da transmissão entre gerações de estados celulares sem modificação da sequência de DNA. Isto demonstra que a evolução adaptativa pode prosseguir através da seleção de variantes epigenéticas assim como a variação na seqüência do DNA.

No caso dos nichos de construção , temos um processo pelo qual o metabolismo, atividades e escolhas de organismos modificam ou estabilizam os estados do ambiente, e, assim, afetar a seleção agindo em si mesmos e outras espécies. Por exemplo, muitas espécies de animais fabricar ninhos, tocas, teias e pupas; algas e plantas alterar opotencial redox da atmosférica, tornando-a mais ou menos redutora. Isso modifica os ciclos de nutrientes e altera populaçoes de fungos e bactérias que decompõem a matéria orgânica e assim os nutrientes podem fixar e liberar compostos que alteram os ambientes.

Nicho construção freqüentemente partem de indivíduos de uma população, e ao longo do tempo geram mudanças estáveis e direcionais em condições ambientais. Eles também influenciam a ontogenia e constitui uma forma importante em que os factores ambientais são incorporados no desenvolvimento normal, por vezes, tornando-se muito fieis a fatores genômicos.

A herança ecológica é outro componente que entra na síntese estendida com maior enfase. Ela refere-se ao acúmulo de alterações ambientais, como solo, atmosfera , oceano e estados alterados que as gerações anteriores traziam através da sua atividade nos nicho de contrução. Eles influenciam o desenvolvimento de organismos descendentes. Através das suas atividades, organismos também podem alterar os nichos de outras espécies em um ecossistema e, assim tomando a liderança e mudando ou alterando a co-evolução entre espécies tornando-mais difusa. Isso leva a impactos potencialmente profundos sobre a estabilidade e dinâmica dos ecossistemas em micro e macro escalas de tempo evolucionárias.
O que mais fica evidente nessa atualização do pilar da biologia é que a vigorosidade da teoria da evolução se mantém mais atual do que nunca, e isto causa desconforto aos movimentos anti-ciência que mais uma vez ficaram marginalizados por não conseguir se firmar nem como hipótese científica por não contemplarem suas afirmativas dentro do método empirico da ciência.

A vida da evolução continua, a teoria da evolução esta evoluindo, esta mudando e podemos aguardar ansiosamente por novidades.

Victor Rossetti

Palavras Chave: NetNature, Rossetti, Genética, Mendel, Evolução, Darwin, DNA, Síntese Moderna, Alelos, Epigenética.

 

Referências

Akiba T, Koyama K, Ishiki Y, Kimura S, Fukushima T. On the mechanism of the development of multiple-drug-resistant clones of Shigella. Jpn J Microbiol. 1960 Apr;4:219-27.
Allen, Garland. Thomas Hunt Morgan: The Man and His Science, Princeton University Press, 1978
Alvarez-Buylla ER, Chaos A, Aldana M, Benítez M, Cortes-Poza Y, Espinosa-Soto C, Hartasánchez DA, Lotto RB, Malkin D, Escalera Santos GJ, Padilla-Longoria P (November 3, 2008). “Floral Morphogenesis: Stochastic Explorations of a Gene Network Epigenetic Landscape.”. PLoS ONE.
Ayala F. J. and Walter M. Fitch (1997) Genetics and the origin of species: An introduction.
Berger SL, Kouzarides T, Shiekhattar R, Shilatifard A (2009). “An operational definition of epigenetics”. Genes Dev. 23 (7): 781–3.
Biémont, Christian; Vieira, C (2006). “Genetics: Junk DNA as an evolutionary force”. Nature 443 (7111): 521–4
Carroll. S. B. Infinitas formas de grande beleza. Editora Jorge Zahar. 2006
Cooper GM.Sunderland (2000) The Cell: A Molecular Approach. 2nd edition. (MA): Sinauer Associates.
Crick FH (December 1968). “The origin of the genetic code”. Journal of Molecular Biology 38 (3): 367–79.
Curiae Brief of 72 Nobel Laureates, 17 State Academies of Science, and 7 Other Scientific Organization in Support of Appellees filed in the case Edwards v. Aguillard before the U.S. Supreme Court (1986).
Doolittle WF, Sapienza C; Sapienza (1980). “Selfish genes, the phenotype paradigm and genome evolution”. Nature 284 (5757): 601–603.
Doolittle, W. Ford (2013). “Is junk DNA bunk? A critique of ENCODE”. Proc Natl Acad Sci USA 110 (14): 5294–5300.
Eddy, S.(2012) The C-value paradox, junk DNA, and ENCODE, Curr Biol 22(21):R898–R899.
Edlund, JA; Adami, C (Spring 2004). “Evolution of robustness in digital organisms.”. Artificial life 10 (2): 167–79.
Ehret CF, De Haller G; De Haller (1963). “Origin, development, and maturation of organelles and organelle systems of the cell surface in Paramecium”. Journal of Ultrastructure Research. 9 Supplement 1: 1, 3–42.
Frazer (2013) For Plants, Polyploidy Is Not a Four-Letter Word. Blog Scientific American. May 19, 2013
Graur, D. The Origin of Junk DNA: A Historical Whodunnit. 2013
Gilbert, C; CORDAUX, R. Horizontal transfer and evolution of prokaryote transposable elements in eukaryotes. Genome Biology and Evolution Advance. Abril. 2013.
Gordon M. Shepherd (2010). “Mendel’s proposal that heredity is the outcome of ‘‘independent factors’’. p. 17
Gregory, T. Ryan, ed. (2005). The Evolution of the Genome. Elsevier. pp. 29–31.
Hall BK (15 January 2004). “In search of evolutionary developmental mechanisms: the 30-year gap between 1944 and 1974”. 302 (1): 5–18.
Holliday R (Jan 30, 1990). “DNA Methylation and Epigenetic Inheritance”. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences 326 (1235): 329–338.
Hotmozdiari, F; ALKAN, C. Alu repeat discovery and characterization within human genomes. Genome Research, v. 21, p. 840–849, 2011.
Huang, S. (2008) The genetic equidistance result of molecular evolution is independent of mutation rates. J. Comp. Sci. Syst. Biol., 1: 92-102.
Icahn School of Medicine at Mount Sinai. Retrieved 26 May 2015.
Kellis, M. et al. (2014). “Defining functional DNA elements in the human genome”. PNAS 111 (17): 6131–6138.
Kenneth M. Weiss and Anne V. Buchanan (2014) Is Life Law-Like? Genetics August 1, 2011 vol. 188 no. 4 761-771
Ledford H (2008). “Disputed definitions”. Nature 455 (7216): 1023–8.
Kumar S (August 2005). “Molecular clocks: four decades of evolution”. Nat. Rev. Genet. 6 (8): 654–62.
Laland, Tobias Uller, Marcus W. Feldman, Kim Sterelny, Gerd B. Müller, Armin Moczek, Eva Jablonka, John Odling-Smee. The extended evolutionary synthesis: its structure, assumptions and predictions. 5 August 2015
Landsteiner K (1900). “Zur Kenntnis der antifermentativen, lytischen und agglutinierenden Wirkungen des Blutserums und der Lymphe”. Zentralblatt Bakteriologie 27: 357–62.
Landsteiner K, Wiener AS (1940). “An agglutinable factor in human blood recognized by immune sera for rhesus blood”. Proc Soc Exp Biol Med 43: 223–4
Landsteiner K, Wiener AS (1941). “Studies on an agglutinogen (Rh) in human blood reacting with anti-rhesus sera and with human isoantibodies”. J Exp Med 74 (4): 309–320.
Linhares, S. & Gewandsznadjer, F. Biologia – Programa Completo. Editora Ática. 1999
Margoliash E (October 1963). “PRIMARY STRUCTURE AND EVOLUTION OF CYTOCHROME C”. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 50 (4): 672–9.
Mattick JS, Dinger ME (2013). “The extent of functionality in the human genome”. The HUGO Journal 7 (1): 2
Morris, Kevin, ed. (2012). Non-Coding RNAs and Epigenetic Regulation of Gene Expression: Drivers of Natural Selection. Norfolk, UK: Caister Academic Press.
NIH Roadmap Epigenomics Project.
Ochiai, K., Yamanaka, T Kimura K and Sawada, O (1959) Inheritance of drug resistance (and its tranfer) between Shigella strains and Between Shigella and E.coli strains. Hihon Iji Shimpor 1861: 34 (in Japanese)
Oliveira, Eder Jorge et al . Origin, evolution and genome distribution of microsatellites. Genet. Mol. Biol., São Paulo, v. 29, n. 2, 2006.
Ohno, Susumu (1972). H. H. Smith, ed. So Much “junk” DNA in Our Genome. Gordon and Breach, New York. pp. 366–370. Retrieved 2013-05-15.
Orgel LE, Crick FH; Crick (April 1980). “Selfish DNA: the ultimate parasite”. Nature 284 (5757): 604–7
Palazzo, Alexander F.; Gregory, T. Ryan (2014). “The Case for Junk DNA”. PLoS Genetics 10 (5): e1004351
Pennisi, E. (6 September 2012). “ENCODE Project Writes Eulogy for Junk DNA”. Science 337 (6099): 1159–1161.
Pesole G, Gissi C, De Chirico A, Saccone C (April 1999). “Nucleotide substitution rate of mammalian mitochondrial genomes”. J. Mol. Evol. 48 (4): 427–34.
Rabajante JF, Babierra AL (January 30, 2015). “Branching and oscillations in the epigenetic landscape of cell-fate determination”. Progress in Biophysics and Molecular Biology.
Richmond, Marsha L. (2006). “The ‘Domestication’ of Heredity: The Familial Organization of Geneticists at Cambridge University, 1895–1910”. Journal of the History of Biology (Springer) 39 (3): 565–605.
Richmond ML (March 2001). “Women in the early history of genetics. William Bateson and the Newnham College Mendelians, 1900-1910”. Isis 92 (1): 55–90.
Robin McKie (24 February 2013). “Scientists attacked over claim that ‘junk DNA’ is vital to life”. The Observer.
Sawada, I; SCHMID, CARL, W. Primate Evolution of the alpha-globin Gene Cluster and Its Mu-like Repeats. J.Mol. Biol, v. 192, p. 693-709, 1986.
SchaacK, S; GILBERT, C; FESCHOTTE, C. Promiscuous DNA: horizontal transfer of transposable elements and why it matters for eukaryotic evolution. Trends in Ecology and Evolution. 2010.
Syvanen, Michael. (1985). “Cross-species Gene Transfer; Implications for a New Theory of Evolution”. J. Theor. Biol. 112.
Szendro, Ivan G; Schenk, Martijn F; Franke, Jasper; Krug, Joachim; de Visser, J Arjan G M (16 January 2013). “Quantitative analyses of empirical fitness landscapes”. Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment 2013
The ENCODE Project Consortium (2012). “An integrated encyclopedia of DNA elements in the human genome”. Nature 489 (7414): 57–74.
Vogel F. (1964) A preliminary estimate of the number of human genes. Nature. 1964 Feb 22; 201():847.
Waddington (1953). The Epigenetics of Birds. Cambridge University Press. pp. 1
Zuckerkandl, E. and Pauling, L.B. (1962). “Molecular disease, evolution, and genic heterogeneity”. In Kasha, M. and Pullman, B (editors). Horizons in Biochemistry. Academic Press, New York. pp. 189–225.

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