A fossilização gênica e os peixes de cavernas

Quando comecei a ensinar biologia, o que já faz relativamente um bom tempo, estava despreparado (como muitos de nós…) para uma série de questionamentos, e desconhecia boa parte do que sei hoje a respeito do corpo teórico da biologia evolutiva. Mea culpa. Esse despreparo me fez tomar certos caminhos em sala de aula que hoje, certamente, não tomaria; o tema deste artigo é um exemplo disso. Naquela época, como ainda hoje, os livros didáticos forneciam quase sempre os mesmos exemplos e as mesmas analogias nos capítulos sobre evolução: o pescoço das girafas, as patas anteriores de tetrápodos, o apêndice cecal, os olhos dos peixes cavernícolas etc… isso não só é maçante como, em algumas ocasiões (o pescoço das girafas…), incorreto. Lembro-me de estar numa turma de segundo grau (ainda não se chamava de ensino médio) falando de transmissão de caracteres adquiridos e da história da biologia evolutiva no século XIX quando um aluno me perguntou algo mais ou menos assim: “Se os peixes das cavernas descendem de ancestrais com olhos, e se seus olhos não são mais usados, deveríamos encontrar na população peixes com olhos, pois não há pressão seletiva para a perda dos olhos”. Logicamente, o aluno não se expressou exatamente com estas palavras, mas essa era a idéia central do seu questionamento: porque os peixes cavernícolas não têm olhos, se não há transmissão de caracteres adquiridos?

Naquela época, tentei tomar um caminho seletivo: expliquei que a formação de um olho é um processo embrionariamente complexo e dispendioso do ponto de vista energético; assim, variantes que simplesmente não desenvolvessem os olhos teriam uma vantagem seletiva sobre as variantes que desenvolviam os olhos, passando portanto a sobrepujá-las. Trata-se de uma explicação adequada, não tão absurda do ponto de vista evolutivo, a não ser por um fato: é incorreta e desnecessária.

A idéia que defenderei aqui é bem mais simples, apesar de sua defesa requerer um embasamento matemático bem mais poderoso do que a maioria dos professores de biologia (nostra culpa) possui. Dada a complexidade informacional dos genes, que em alguns casos chega a milhões de pares de bases, a sequência “correta”, ou em outras palavras o alelo funcional, deve ser continuamente mantida pelo processo seletivo, e não o contrário. Ou seja, quando um produto protéico não é mais necessário, o gene que o codifica rapidamente entra em erosão, chegando a desaparecer completamente. Essa é a fossilização gênica.

Um livro que trata desse processo de forma brilhante e bastante acessível é “The making of the fittest”, de Sean Carroll (WW Norton & Company, 2006). Creio que ainda não há tradução; portanto, o link que pus na figura vai para a Amazon.

The making of the fittest

Versão de capa dura do livro de Sean Carroll

Para se compreender adequadamente o conceito de fossilização gênica, é interessante ter em mente o conceito de entropia. Pense numa sequência gênica como uma informação, ou seja, um conjunto de dados que fazem sentido. Matematicamente, sendo S o número de elementos distintos da sequência (que, no caso do DNA, são quatro: adenina, guanina, citosina e timina) e n o comprimento da sequência, o número de combinações possíveis é Sn (S elevado a n). Por exemplo, para uma sequência gênica de 5000 pares de bases (o que não é muita coisa), o número de combinações é 45000. E o que o conceito de entropia tem a ver com isso? Imagine, para efeito de simplificação, que apenas uma sequência gênica é a “correta”, ou seja, é capaz de produzir a proteína de interesse corretamente. É claro que há muitas modificações na sequência gênica que ou não alteram o aminoácido ou, mesmo o alterando, não alteram a ação da proteína produzida; mas imaginemos aqui que apenas uma sequência é a correta. Ora, todas as outras sequências são incorretas, “recessivas”, ou seja, incapazes de produzir a proteína de interesse. Então, se temos um só estado “correto”, organizado do ponto de vista físico, e um conjunto de todos os outros estados, todos “incorretos”, desorganizados, a entropia crescente logicamente favorece o surgimento de variantes “incorretas” do gene, de alelos não-funcionais.

A explicação biológica mais simples é que uma dada proteína, e por conseqüência uma dada sequência gênica, deve ser constantemente “monitorada” pelo processo seletivo. Variantes “incorretas” da sequência gênica surgem constantemente, por diversos tipos de mecanismos mutacionais. Se seus portadores não produzem aquela proteína de interesse, seu ajustamento (fitness) é menor, e seletivamente aquelas variantes “incorretas” têm sua frequência reduzida na população. Ou seja, a grande freqüência de variantes “corretas” deve-se a um processo seletivo constante e incansável.

Ora, e o que acontece quando uma proteína não é mais funcional, ou seja, não é mais necessária? Simplesmente não há mais seleção (em relação ao produto protéico…), e as variantes mutantes começam a proliferar. O que S. Carroll nos mostra em seu livro é que, dado o número de gerações e a complexidade do material genético, isso ocorre em muito menos tempo do que nós costumamos imaginar. Assim, se não há uma pressão seletiva para manter uma determinada sequência gênica, ela rapidamente degenera, e, somando-se a isso tudo o processo de deriva, sua forma “normal” acaba por desaparecer completamente (sua frequência p=0).

No caso dos peixes das cavernas, portanto, a explicação torna-se bem mais adequada: quando essas populações passaram a não mais necessitar dos olhos, os genes para os produtos protéicos relacionados à formação ou funcionamento dos olhos passaram a erodir rapidamente. Deixemos aqui as coisas bem claras: as mutações ocorrem em todas as regiões do material genético, nas mesmas taxas, tanto nos genes utilizados como nos genes não mais utilizados. Porém, para estes últimos, a seleção não mais varre, não mais elimina os alelos não-funcionais. Esses alelos passam a se acumular cada vez mais, o alelo “normal” vai desaparecendo, até que, em bem pouco tempo, esses genes relacionados aos olhos não produzem mais suas proteínas “normais”, não são mais funcionais, e desta maneira fossilizam. Os peixes cavernícolas são cegos não porque a falta dos olhos seja uma vantagem, e sim porque a presença dos olhos é um estado organizado, que deve ser continuamente defendido e protegido.

About these ads

8 comentários sobre “A fossilização gênica e os peixes de cavernas

  1. Olá Gerardo!
    Muito interessante o texto, e bastante didático. Temos uma explicação fantástica do que a natureza faz, em se tratando de evolução biológica. Parabéns!

  2. Gerardo, sua explicação ficou muito boa… bem melhor que a do Ridley. Mas esclareça minha dúvida: a perda da funcionalidade dos olhos dos ancestrais dos peixes cavernícolas não constitui vantagem evolutiva alguma? Não interferi no fitness destes?

    • pois é, Rafael, essa era exatamente a explicação que eu dava antigamente, antes de passar a conhecer a fossilização gênica. mas seu comentário foi muito bom pra me alertar uma coisa: apesar de essa explicação em si não ser suficiente, ela não está de todo “incorreta”, como eu afirmei no artigo, porque o aumento do ajustamento dos peixes sem olhos e a fossilização gênica não são explicações excludentes, isto é, podem ocorrer simultaneamente. mas, contudo, é bom deixar claro que a meu ver a importância da fossilização é maior que o aumento do ajustamento, nesse caso.

  3. Pingback: Mais sobre fossilização gênica « Biologia Evolutiva

  4. A ideia da fossilização gênica parece muito atraente, mas talvez a seleção opere junto com esse precesso, veja se uma mutação produz o individuo sem olho, e se mesmo esse goza de uma vantagem infima, algo que por exemplo faça sua frequencia aumentar 1% a cada geração, então vamos dizer que um nova mutação nesse gene surge a cada 25gerações, entrão quando surgi uma nova mutação, a primeira já estará em algo com 25% e o alelo para olho 75%, essa nova mutação agiria como a outra e seria neutra em relação a ela, então começaria a crecer a mesma taxa (1%), quando surgi outra mutação a distribuição já estara 50% para a primeira, 25% para a segunda e 25% para o alelo do olho.

    Espero que meu ponto de vista tenha ficado claro, (eu poderia fazer calculos, mas como não tenho acesso a muitos livros tive que desenvolver meu proprio jeito usando o principio de Hardy-Weinberg, mas ainda não tenho total certeza se esta correto), o importante é que embora a seleção poderia dispor a frequencia dos genes mutantes numa ordem que é correspondente a “força” da seleção e o numero de gerações entre duas mutações, é claro que esse padrão irria se perdendo durante o tempo (pela fossilização gênica) mas talvez ainda assim poderiamos identificar a ação da seleção.

    espero ter ajudado e min desculpem (talvez) a tendencia selecionista, (espero que não) a inginorancia, e (com certeza) o pessimo portuques.

  5. Pingback: Quatro-olhos | Histórias Naturais

Deixe uma resposta

Preencha os seus dados abaixo ou clique em um ícone para log in:

Logotipo do WordPress.com

Você está comentando utilizando sua conta WordPress.com. Sair / Alterar )

Imagem do Twitter

Você está comentando utilizando sua conta Twitter. Sair / Alterar )

Foto do Facebook

Você está comentando utilizando sua conta Facebook. Sair / Alterar )

Foto do Google+

Você está comentando utilizando sua conta Google+. Sair / Alterar )

Conectando a %s