SOBRE BACTÉRIAS, NYLON E PSEUDOCIÊNCIA.

Há pouco tempo atrás uma discussão fui citado em uma discussão que tocou no caso das bactérias que metabolizavam os polímeros de nylon. A discussão girava em torno de uma afirmação simples: se tal façanha era um fenômeno evolutivo? Resolvi discorrer sobre o assunto.

Colônia de bactérias. Fonte: Revista Galileu

Colônia de bactérias. Fonte: Revista Galileu

Discutir com proponentes do Design inteligente não é algo muito fácil. Nunca parte de um diálogo, no sentido stricto da palavra (o uso da razão), e sempre há de se fazer um trabalho de garimpeiro, separando os fatos da pathos religiosa. Para facilitar a discussão separei o comentário (feito em uma página sobre a pseudociência do Design inteligente) em etapas e resolvi discuti-los.

Desta vez o caso é sobre as bactérias competentes em metabolizar o nylon a partir da enzima nylonase. Caso que envolve necessariamente informação genética e como genes são perdidos ou adquiridos. A perda ou ganho de genes são mecanismos importantes na consolidação de uma informação em um ser vivo. Genes podem se perder em processos evolutivos ou podem ser duplicados, e esta dinâmica abre uma grande brecha a diversificação molecular crescente e especialização funcional. (Veja mais aqui e aqui)

Quando um gene é duplicado, ele pode sofrer mutações que o tornam não-funcional criando um códon de parada precoce, por exemplo. Neste caso o resultado é uma proteína incompleta e não-funcional. Pode ocorrer também uma mutação na região promotora do gene e converte-lo em um pseudogene. Em certos casos, pode adquirir funções novas e garantir uma adaptação diante de uma exigência ambiental, eventualmente separando a espécie em dois caminhos evolutivos distintos.

O caso das bactérias e o metabolismo do nylon começou na década de 70, quando algumas indústrias japonesas responsáveis por sua fabricação jogavam os restos da reação da produção de nylon em grandes tanques. Então começaram a perceber que onde esses monômeros eram misturados á água havia crescido colônias de bactérias. As bactérias haviam de alguma forma sintetizado uma nova enzima capaz de quebrar componentes do nylon em moléculas menores que pudessem ser utilizadas como fonte de energia metabólica. A enzima foi então chamada de nylonase. Na década de 90 pesquisadores em laboratório submeteram bactérias a um meio de cultura rico em monômero de nylon e observaram que as colônias de flavobacterium tinham a capacidade de se desenvolver nesse meio.

Na época em que o caso veio a tona, criacionistas alegam que o esquema é um processo de degeneração gênica e portanto degeneração não é evolução e sim um efeito negativo sob a biologia deste grupo de seres vivos, mesmo que ofereça benefícios á bactéria. Não há qualquer perda no caso das bactérias do nylon. De fato, o caso da bactéria que metaboliza o nylon somente o faz por um processo de duplicação de gene. Não há correspondência alguma com degeneração genômica.

Agora, novamente o caso da bactéria foi citado. Fui convocado a uma discussão nas redes sociais para discutir se tal façanha era um fenômeno evolutivo (e o comentário ao lado foi feito por um proponente do Design inteligente).

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Pra facilitar a discussão dividi os comentários em etapas (cores). O primeiro ponto (vermelho) destaca que isto não seria um processo evolutivo, e somente seria se: “para ter sido evolução elas não possuíam a enzima e depois, ao estarem na presença do nylon, passaram a produzir. O que não foi o caso…”.

Esta é uma visão equivocada do processo. Primeiro porque induz o leitor a pensar que a evolução ocorre somente na presença de uma situação e a enzima vai surgir, e não diz como a enzima surge. Evolução é um processo dinâmico. Há uma diferença entre fenótipo e genótipo, que aprendemos no ensino médio. Em uma situação como esta, estar na presença do nylon, a produção de tal enzima só se manifestaria se a bactéria já tivesse tal informação, pois a simples presença em uma condição não cria a informação para a enzima (genótipo), ela apenas seleciona uma característica (o fenótipo). Portanto, passar a produzir a enzima não diz nada sobre como aquele genótipo chegou naquela bactéria, apenas indica que o indivíduo que contém este gene para a enzima nylonase s expressará diante de tal condição e isto favorecerá ele na luta pela sobrevivência. Se suas chances de sobrevivência são maximizadas, é um processo evolutivo, como diria Darwin. Afinal, favorece a luta pela sobrevivência, ou como diz o título da obra de Darwin “Sobre a Origem das Espécies por Meio da Selecção Natural ou a Preservação de Raças Favorecidas na Luta pela Vida”.

A questão então não é se este caso trata-se ou não de um caso de evolução. Claramente ele é,  mas o foco é: como a enzima foi criada? Certamente a enzima presente naquela bactéria que conferiu uma vantagem metabólica em relação a outros grupos de bactérias não surgiu ali. Embora seja possível ter surgido ali como discutirei mais a frente.

Como destacou o autor do comentário, a informação da enzima já estava contida ali. Houve apenas um processo de seleção, no sentido de que se houvesse outras bactérias ali e elas não continham a nylonase, a dificuldade delas prosperarem neste meio seria maior. Mas ainda sim, a presença desta enzima neste grupo de bactérias favoreceu-as na competição por alimento, garantindo uma enzima que, em outras palavras, lhe garante também uma fonte extra de obtenção de energia. Portanto, é sim um processo evolutivo. É um processo tão evolutivo quanto as Escherichia coli de Lenski que conseguiram metabolizar citrato (veja: O MESTRE ARTESÃO DA BIOLOGIA EVOLUTIVA: UMA ENTREVISTA COM RICHARD LENSKI)

O coração da questão é: de onde esta enzima veio? Como tal informação foi elaborada e chegou até este grupo de bactérias?

Bem, o autor do comentário sucintamente cita que “a informação pode surgir de diversas formas…” mas se esquiva em dizer quais meios são estes, ele destaca apenas o meio pela qual ela chegaria naquele conjunto de bactérias, mas não como surgiu. E há uma diferença grande entre os verbos chegar e surgir. No caso, citou-se a da transferência de genes.

Isto não resolve a questão! Dizer que uma informação chega a uma bactéria a partir de transferência ou conjugação de informação explica no rodízio e recombinação de genes (que é evolutivamente importante), mas não como eles são criados.

Esta tática é comum entre os proponentes do design inteligente: dizer que a informação pode surgir de diversas formas, mas não citar os meios pelos quais ocorrem, porque ao cita-los, vão recorrer a um processo natural de duplicação de genes, e isto tira o papel do design inteligente como agente que intencionalmente cria genes. Afinal, nada mais conveniente que citar um Designer que tem um carinho especial por um grupo de bactérias e presentei-as com um gene para metabolizar nylon. Teria o Designer intencionalmente direcionado uma duplicação de genes ou direcionado mutações porque sente um carinho especial por tais bactérias? Duvido!

O caos desta afirmação começa aqui: transferência lateral de genes e conjugação são fenômenos evolutivos importantes. E claro, nada na biologia faz sentido exceto a luz da evolução.

Entre bactérias a transferência de material genético (conhecido como conjugação) entre elas ocorre de 3 formas básicas: a transformação (onde a bactéria absorve moléculas de DNA dispersas no meio e são incorporados à cromatina), transdução (adquire material genético a usando vírus como vetores: bactériófagos) e a conjugação em si (trechos de DNA passam diretamente de uma bactéria doadora para uma receptora). A vantagem evolutiva é a recombinação genética, fundamental para a sobrevivência.

A transferência lateral de genes é um processo em que um organismo transfere material genético para outra célula que não é sua descendente. Entre procariontes nos últimos 2 bilhões anos (portanto, desde a origem da mitocôndria) tem misturado os genes de procariontes de vida livre, confundindo assim as árvores (Gogarten et al, 2002) (Veja mais aqui).

Um caso muito interessante deste tipo de transferência ocorreu entre nós, Homo sapiens, e o protozoário P. vivax causador da malária, ou seja, entre dois organismos eucariotos. Análises dos dois genomas encontraram regiões muito similares entre as duas espécies. Alguns genes de muita importância para a vida do Plasmodium vivax foram encontrados no DNA humano, um deles é responsável pela síntese da enzima Oxido-nítrico-sintetase-1, essencial para a proteção do Plasmodium. Esse fato começa a lança luz sobre o funcionamento da transferência em eucariotos e processos de co-adaptação e evolução de parasitas. Casos como estes mostram que esse tipo de transferência pode alterar o valor adaptativo de uma espécie, e que conjuntos de outros fatores importantes no processo evolutivo, como seleção natural e deriva gênica, podem favorecer a espécie a se perpetuar (Bar, 2011). (Veja mais aqui).

Ok, isto não é novo.

Mas então quando a novidade nylonase surge?

Bem, um estudo feito pelo japonês Negoro e seus colegas (2007) usou a cristalográfica de raios-X e análises da hidrolase 6-aminohexanoate-dímero. Esta é uma enzima responsável pela degradação de nylon-6, e a 6-aminohexanoate linear dímero, respectivamente. Com base nestas descobertas, os japoneses propuseram que mutações que levaram as substituições de aminoácidos na fenda catalítica de uma enzima esterase pré-existente com a β-lactamase e isto resultou na origem da hydrolase-11 oligômero de nylon. O estudo identificou estruturas tridimensionais de hidrolase 6-aminohexanoate-dímero/complexo Ald, e o mecanismo catalítico da enzima. Além disso, destacou como as atividades hidrolíticas em direção ao oligômero de nylon emergiram na fenda catalítica desta esterase com β-lactamase, mantendo a função de origem esterolítica.

De modo objetivo, isto significa que a degradação do nylon é o resultado da alteração de uma enzima pré-existente. Ou seja, que uma alteração estrutural do gene de uma hidrolase alterou o genótipo e criou uma nova enzima, uma nova informação genética, modificada que condicionou uma vantagem metabólica. Vale lembrar que hidrolases são enzimas associadas a moléculas de água, elas promovem a cisão de ligações covalentes, como por exemplo ocorre com as peptidases.

De fato, Negoro já havia sugerido isto em um artigo anterior, publicado em 2005 em que propôs que as substituições de aminoácidos na fenda catalítica de uma esterase pré-existente com a β-lactamase resultou na evolução de uma enzima hidrolase que degrada o nylon. A nylonase, na verdade é, então, uma hidrolase alterada, demonstrando a evolução ocorrendo no nível molecular, favorecendo a luta pela sobrevivência e consolidando o paradigma vigente da biologia, a evolução, e que nada dentro desta ciência faz sentido exceto a luz desses processos evolutivos.

Um artigo de 1995 publicado por Prijambada e amigo (incluindo Negoro) conseguiu estudar este fenômeno evolutivo em bactérias Pseudomonas aeruginosa. Eles fizeram um cultivo seletivo com o 6-aminohexanoate dímero linear (subproduto de nylon-6), como a única fonte de carbono e nitrogênio para estas bactérias.

Eles usaram uma variedade de Pseudomonas aeruginosa chamada PAO, que tem genes defeituosos para a produção da enzima elastase. E estas bactérias não tem atividade enzimática para degradar compostos xenobióticos, como o nylon. Entretanto, sua capacidade metabólica foi expandida durante o experimento. Duas novas atividades enzimáticas, 6-aminohexanoate dímero cíclico e 6-aminohexanoate dímero hidrolase foram detectadas nas estirpes adaptadas.

Isto indica que se uma nova peculiaridade metabólica pode diretamente evoluir sob condições de laboratório, seria interessante do ponto de vista evolutivo as enzimas proporcionar um bom sistema para estudar a adaptação dos microrganismos aos compostos xenobióticos. Neste estudo, eles concluíram a possibilidade de se criar uma nova atividade metabólica que iria degradar um oligômero que não é inerentemente capaz de tal degradação por tal bactéria.

O resultado foi que houve uma forte adaptação dos microrganismos aos substratos fisiologicamente não convencionais, e várias bases moleculares têm sido propostas: alteração da especificidade do substrato de uma enzima (amidase/P aeruginosa) (Clarke & Slater, 1986); a ativação de um gene críptico por mutação na região promotora (evoluiu b-galactosidase/Escherichia coli) (Hall & Clark, 1977), ou ainda a alteração da especificidade do regulador (xylS/Pseudomonas sp.) (Ramos et al, 1986).

Embora a base molecular para o surgimento de metabolismo de nylon ainda seja pouco conhecida, é provável que os mecanismos básicos que atuam durante o stress ambiental estejam envolvidos nesta adaptação. Sabe-se, por exemplo, que erros em enzimas polimerase aumentam a taxa de mutação e adaptação de genes Lac2 de Lac1 em E. coli (Foster &  Trimarchi, 1994 & Rosenberg, et al, 1994) e que os mecanismos moleculares pelos quais ocorre a mutação adaptativa incluem recombinação (Harris et al, 1994).

O próprio Richard Lenski e Mittler (1993) observaram um aumento de dez mil vezes em um elemento genético (Mu) por esgotamento. Uma vez que o oligômero de nylon tem nenhuma toxicidade detectável para microrganismos, as células do tipo selvagem podem ser mantidas em um estado de carência por um longo período.

Após as células acumularem alterações genéticas uma região ativa críptica pode emergir, e as células crescem em meio aos oligômeros de nylon. Pode ser uma consequência de uma alta taxa de mutação sob a condição de inanição (stress ambiental), mas tal estudo, mostrou que os microrganismos podem adquirir uma capacidade totalmente nova para metabolizar compostos xenobióticos tais como o nylon através do processo de adaptação. Portanto, confere sim um exemplo de evolução, caracterizando a origem de tal enzima e como ela emerge como resultado da alteração e criação de uma nova informação genética. (Sobre informação genética veja aqui, aqui e aqui)

Estes estudos são fundamentais para a expansão artificial da diversidade metabólica dos microrganismos em relação a vários compostos não-naturais seria importante em termos de biodegradação de poluentes ambientais.

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D.I sempre em xeque pelo Método científico e filosofia da ciência

Em outra postagem de proponentes do Design Inteligente, um dos argumentos apresentado para dar um caráter científico a esta estrutura metafísica vem da tentativa de tornar falseável algo que não pode ser experimentado (quadro ao lado).

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Infelizmente este argumento é frágil e facilmente desconstruído exatamente pela falta de objetividade, excesso de subjetividade, e claro, pela ambiguidade.

O argumento parte do uso da complexidade irredutível para justificar a inexistência do Design Inteligente. Argumento oposto ao convencional, portanto, ambíguo.

O problema é que várias estruturas moleculares e anatômicas surgiram em cada um dos seres vivos e fósseis. Durante bilhões de anos, de genes básicos á teias de aranha, de eletrorreceptores em âmpolas de Lorenzini a metabolismo do leite em mamíferos, nenhum deles é irredutivelmente complexo; e de fato, eles nem mesmo precisam ser. Eles precisam favorecer a luta pela sobrevivência, a variação dos desenhos da vida é secundária a luta pela sobrevivência. O que mostra que não há fixismo ou essencialismo, seja na conjugação de bactérias, ou nas ligeiras variedades anatômicas de uma espécie.

Ora, tantos bilhões de anos e simples mecanismos naturais explicam a dinâmica da vida por si só já coloca um designer em xeque. Note que o argumento em si oferece toda a estrutura que deixa a ideia de um Designer em xeque. Usamos algo que não muda na natureza para explicar a mudança da natureza.

Primeiro, não há estrutura irredutivelmente complexa, e o julgamento de Dover em 2005 deixou claro qual era a real intenção dos proponentes do Design. Segundo, notem que houve uma inversão do argumento a favor do Design. Em “A caixa preta de Darwin” de Michael Behe, a argumentação era de que existiriam estruturas moleculares que são supostamente complexas o suficiente a tal ponto que a teoria da evolução não daria conta de explicar, logo, tais estruturas foram projetadas. Agora, neste comentário acima, o argumento é que se durante um período de tempo qualquer (que é subjetivo, por sinal) encontrarem um exemplo de complexidade irredutível, ele não é mais um exemplo de Design inteligente, mas surgiu  naturalmente pela evolução.

Ora, neste sentido, a argumentação pode servir a qualquer uma das duas chaves, e portanto não falseia um designer, afinal, a complexidade irredutível, para os proponentes do Design sempre vai representar um exemplo de criação intencional, afinal, ela é complexa demais para a evolução. O argumento parte de uma pseudo-falseada para justificar o injustificável da metafísica.

Por fim, como medida para estabelecer uma falsa equidade na incapacidade de falsear a tese, usam seletivamente uma citação de Karl Popper contra a teoria da evolução.

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A falseabilidade ou sua tentativa é o critério de demarcação de Popper entre o que é científico e o que é metafísico ou mítico, substituindo o conceito de verificabilidade. A partir da seleção do objeto a ser observado, e verificada a insuficiência do quadro de referências, o cientista formula uma hipótese geral da qual se deduzem consequências que permitem a possibilidade de uma experiência. Assim, não mais é necessário verificar para atribuir significado, isto é, verdade ou falsidade, mas a tentativa é de refutar a teoria que permite o estabelecimento de um conhecimento e a possibilidade de seu desenvolvimento. É o critério da Falseabilidade.

Inicialmente ele chegou a pensar que a Teoria da Seleção Natural de Charles Darwin não seria testável nesse sentido, sendo portanto, um programa de pesquisa metafísico “quase tautológico”:

“I have come to the conclusion that Darwinism is not a testable scientific theory, but a metaphysical research programme—a possible framework for testable scientific theories.”

“Tenho chegado à conclusão de que o darwinismo não é uma teoria científica testável, mas um programa de pesquisa metafísica, um enquadramento possível para teorias científicas testáveis.”

Popper mais tarde mudou seu ponto de vista, concluindo que a teoria da seleção natural seria falseável e que o próprio exemplo de Darwin para a cauda do pavão tinha refutado uma variação extrema do mesmo, de que toda evolução é impulsionada pela seleção natural (Evolution Academy, 2013).

Durante muito tempo as críticas de Karl Popper ao caráter científico da teoria da evolução foram apresentadas para tentar descaracterizar pesquisas e retirar a mesma do meio científico. Essa atitude não se restringiu a criacionistas, sendo que mesmo após a retratação de Karl Popper vemos pessoas utilizando suas citações fora de contexto.

Evolução é sim falseável. Encontrar um coelho no período geológico do Cambriano poderia sugerir uma teoria paralela passiva de refutação da evolução biológica. Um registro fóssil estático poderia sugerir também nova teoria, bem como quimeras (seres com diversas partes diferentes e de diversas linhagens combinados formando um novo grupo misto), e que não pudessem ser explicados por transferência genética (cuja transferência ocorre por pequenas quantidades de DNA entre gerações), ou por simbiose (quando dois organismos se unem). Um mecanismo que impeça as mutações de acumularem-se, ou ainda, a observação de organismos sendo criados divinamente.

Conclusão

Em conclusão, temos um exemplo de evolução no caso das bactérias que metabolizam nylon, a concepção de Design inteligente é metafísica, recorre a uma entidade externa a natureza para explicar as suas mudanças, e confere em vários sentidos um discurso mítico-religioso, e por fim, Popper se retratou com a evolução biológica aceitando seu caráter falseável. Todas estas tentativas de falsear, estabelecer uma falsa correspondência entre evolução e Design inteligente/Criacionismo faz parte de uma pseudo-criticísmo (pautado na seletividade e não no livre-pensar) e falso ceticismo que rui diante dos artigos e publicações. São desconstruídos por serem respaldados no castelo de cartas da intolerância do movimento inteligentista (que não parece tão inteligente) frente aos limites epistemológicos. Infelizmente, para os proponentes do Design inteligente, nenhum artigo justificando um projeto intencional na questão do Nylon foi publicado, de tal forma, que o paradigma vigente ainda é a melhor explicação.

Victor Rossetti

Palavras chave: NetNature, Rossetti, Bactérias, Nylon, Hidrolase, Evolução, Informação, Falsear, Popper.

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Referências

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Clarke, P. H., and J. H. Slater. 1986. Evolution of enzyme structure and function in Pseudomonas, p. 71–144. In J. R. Sokatch (ed.), The bacteria, vol. 10. The biology of Pseudomonas. Academic Press, Inc., Orlando, Fla
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Negoro, S., Ohki, T., Shibata, N., Mizuno, N., Wakitani,Y., Tsurukame, J. et al. (2005). X-ray crystallographic analysis of 6-aminohexanoate-dimer hydrolase: molecular basis for the birth of a nylon oligomer degrading enzyme. J. Biol. Chem. 280, 39644–39652
Prijambada, I. Seiji Negoro,* Tetsuya Yomo, and Itaru Urabe. Emergence of Nylon Oligomer Degradation Enzymes in Pseudomonas aeruginosa PAO through Experimental Evolution. Applied and Environmental Microbiology, May 1995, Vol. 61, No. 5. p. 2020–2022
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