Reversão geomagnética e equilíbrio pontuado: uma possível relação?

Este artigo não é um “post” no sentido convencional: não é um ensaio sobre algum assunto já conhecido, nem a análise de algum tema em biologia evolutiva. Na verdade, trata-se de uma idéia para pesquisa, provavelmente inexeqüível, que me veio à mente quando li um livro sobre Teoria do Caos. Costumo pensar em propostas de pesquisas em algumas áreas que nem são a minha; elaborar hipóteses é uma tarefa divertida. Como a maioria delas não podemos, por uma razão ou outra, testar, porque não divulgá-las, caso alguém se interesse em pesquisá-las? É o que pretendo fazer aqui. Esse “post”, portanto, é direcionado para quem trabalha nesta área de pesquisa. Já adianto, contudo, que a hipótese não se apresenta cientificamente rigorosa, e penso que é um trabalho muito complicado pô-la à prova.

Indo ao que interessa, penso que todos os pesquisadores da área da biologia evolutiva estão suficientemente familiarizados com o conceito de equilíbrio pontuado, de Gould e Eldredge. Para os estudantes desconhecedores do conceito que acompanham este blog não ficarem perdidos, uma breve explicação: Segundo Gould e Eldredge, as mudanças evolutivas não se dão de forma lenta e uniforme, ao longo do tempo geológico. Ao contrário, teríamos momentos de “calmaria”, em que poucas modificações fenotípicas são observadas, intercalados com momentos de grande atividade de especiação, em que diversas alterações fenotípicas são acumuladas, e em que grupos bifurcam-se evolutivamente, nos conhecidos processos de cladogênese.

Antes de prosseguir, quero deixar claro que compreendo que o conceito de equilíbrio pontuado é bastante complexo, e envolve diversos fatores evolutivos, cujas inter-relações não podem ser alvo de um reducionismo tolo. Contudo, quero focar apenas na questão da variação genética e sua relação com o equilíbrio pontuado. (deixando claro, novamente, que o equilíbrio pontuado é uma proposta bem mais complexa, e não depende apenas de possíveis variações no padrão temporal das mutações genéticas)

Costumamos supor que as mutações gênicas, que sabidamente se dão ao acaso, ocorrem em certa taxa relativamente constante. Essa suposição é exatamente a base para a construção de relógios moleculares. Contudo, se pudermos inferir a ocorrência de variações nas taxas de mutação, ou seja, a ocorrência de períodos onde as variações são mais freqüentes e a ocorrência de períodos onde as variações são menos freqüentes, poderíamos ter uma série de dados que dariam suporte adicional à idéia do equilíbrio pontuado, principalmente porque minha conjectura supõe alterações nas taxas de mutação em escala global.

E de que forma poderíamos ter períodos de elevação nas taxas de mutações, intercalados com períodos onde tais taxas retornam ao patamar “normal”? A idéia me meio na leitura do “Dos ritmos ao caos”, de Bergé, Pomeau e Dubois-Gance. Trata-se de um agradável livro de divulgação científica sobre a teoria do caos, ou para os matemáticos, caos determinístico. Trata-se de uma área da física, ou da matemática, como queiram, que procura explicar o funcionamento e o desenrolar de sistemas complexos. No terceiro capítulo, os autores descrevem o comportamento caótico das reversões geomagnéticas.

Alternâncias do sentido do campo magnético terrestre, deduzidas de medições realizadas em rochas constitutivas do fundo oceânico (Bergé, Pomeau e Dubois-Gance)

Alternâncias do sentido do campo magnético terrestre, deduzidas de medições realizadas em rochas constitutivas do fundo oceânico (Bergé, Pomeau e Dubois-Gance)

De tempos em tempos, o campo magnético da terra se inverte. Esse processo é conhecido e, como afirmei anteriormente, não é regular, periódico; ao contrário, temos um fenômeno caótico. Perceba, pelo gráfico, que só nos últimos quatro milhões de anos (bem pouca coisa, menos de 10% da totalidade do cenozóico…) tivemos mais de 10 inversões. Se a bússola aponta para o norte ou para o sul não tem (para a biosfera) importância, pois o campo magnético bloqueia radiações (estou falando aqui de partículas com carga; não confundir com radiações eletromagnéticas, que não são afetadas por campos magnéticos) nocivas, altamente energéticas, oriundas do sol. Porém, durante os fenômenos de inversão, o campo magnético praticamente desaparece, e o planeta é bombardeado com uma grande quantidade de radiação energética.

Eis, enfim, minha proposta (louca…) de pesquisa: será possível associarmos esses eventos de reversão geomagnética a alterações conhecidas nas taxas de mutação? Será possível associarmos esses períodos a períodos onde há conhecidamente uma grande diversificação genética ou, se possível for do ponto de vista paleontológico, a uma grande diversificação fenotípica? Acho que essa pode ser uma linha de pesquisa interessante para termos dados adicionais sobre a pertinência ou não do equilíbrio pontuado.

A idéia é esta, se alguém se interessar em fazer um levantamento bibliográfico sobre o tema, fique à vontade. Não sei se tais pesquisas já foram feitas. Se não, suponho que a linha de pesquisa possa envolver as seguintes etapas:

  1. Determinar com exatidão (esses dados já são conhecidos) os momentos de reversão geomagnética
  2. Procurar dados sobre taxas (supostas) de alterações genéticas (mutações) ou de alterações na velocidade de relógios moleculares.
  3. Procurar, se possível, dados sobre concentrações de eventos de cladogênese nos registros paleontológicos.
  4. Associar estatisticamente essas variações nas taxas de mutação e de cladogênese aos momentos de reversão geomagnética, ou a períodos logo posteriores a essas reversões.

Uma das possíveis objeções para esta minha idéia maluca é que, quando postularam o equilíbrio pontuado, Gould e Eldredge pensaram em períodos de calmaria longos, com períodos de turbulência bem mais afastados uns dos outros: já as reversões geomagnéticas ocorrem, em média (nunca é demais lembrar que estamos tratando de um fenômeno caótico, portanto não-periódico), a cada 200 mil anos, o que é algo relativamente curto.

Se alguém souber que essas pesquisas já foram feitas, e que minha idéia não é nova, agradeço se postarem um comentário. Se acharem a idéia boba, agradeço se postarem também! Se ela for exeqüível, seria bom que alguém se interessasse em publicá-la.

5 comentários sobre “Reversão geomagnética e equilíbrio pontuado: uma possível relação?

  1. Sua proposta não é louca. Você pode encontrá-la, por exemplo, no primeiro parágrafo da página 690 do livro “Estudo da Biologia” de Jeffrey Baker e Garland Allen (creio que você o possui), claro que não tão pormenorizadamente como você descreve. Gosto dessa abordagem porque ela demonstra que essa possível correlação não necessariamente se trata de uma relação causa-consequência , com a maior incidência de radiações nos períodos de inversão do campo magnético terrestre provocando um aumento geral nas taxas de mutações e consequentemente um aumento nas diversidades genotípica e fenotípica, mas considera uma hipótese alternativa (porém não exclusiva) de que esse aumento repentino das radiações teria provocado extinções em massa que por sua vez teria provocado o aumento geral na biodiversidade devido as radiações adaptativas dos organismos sobreviventes que ocuparam os nichos dos organismos extintos.

    Minha principal dúvida é quanto a etapa 2 que você propõe para a linha de pesquisas. Como as análises moleculares poderiam fornecer evidências para um evento em tempo absoluto? Pelo que sei, a única informação que podemos obter a partir do relógio molecular é se uma determinada molécula evoluiu a uma mesma taxa ou não nas diferentes linhagens de um dado táxon. Porém se essas taxas variaram em uma ou outra linhagem, não podemos inferir em que momento no tempo absoluto elas aceleraram ou retardaram (no máximo poderíamos saber o intervalo de tempo no qual tais eventos teriam ocorrido), daí a impossibilidade de se correlacionar com os períodos de inversão do campo magnético. Tal incerteza não se aplica ao registro fóssil devido ao fato deste poder se datado em tempo absoluto através da técnica de datação radiométrica. Na verdade, o próprio relógio molecular é calibrado com base no registro fóssil, que fornece a variável tempo para se calcular as taxas de evolução das diferentes moléculas desde a sua separação no ancestral comum.

    • Ricardo,
      você está totalmente correto quanto aos relógios moleculares; não atentei para isso quando escrevi o post.
      obrigado pela indicação do “velho” Baker & Allen (um dos primeiros livros de biologia que comprei…), e parabéns pela memória.

    • Aqui vão as minhas impressões, aquelas de quem ainda não pensou muito a respeito. Sei lá se é louca, mas certamente é muito interessante a sua idéia. Em linhas gerais, minha impressão é a de que faz todo sentido, mas não me parece de muita relevância para a teoria do equilíbrio pontuado como proposta por Gould e Eldridge, no que diz respeito às causas do padrão estase/mudança. Digo isso tendo em mente os seus avisos de que você não está reduzindo o equilíbrio pontuado às taxas de mutações. Espero me fazer entender.

      Preciso enfatizar que conheço a teoria apenas de fontes de divulgação e que ainda não li uma exposição rigorosa. Por favor corrija o que lhe parecer equivocado. O que Gould e Eldridge argumentam ser a origem da estase é a baixa probabilidade que uma mutação vantajosa tem de se estabelecer em uma população “grande”. Não sei exatamente que argumentação teórica eles usam a favor dessa afirmação, mas um exemplo de argumento semelhante pode ser derivado do clássico modelo simples de seleção a favor de um alelo dominante: a taxa de aumento da frequência gênica de um alelo dominante vantajoso (e, é claro, das frequências genotípicas do homozigoto dominante e do heterozigoto) depende da frequência desse alelo. Ora, quanto maior a população, menor é a frequência de um alelo vantajoso no momento em que ele aparece, e mais lentamente a seleção espalha o gene na população. Disso segue que, quanto maior a população, maiores são as chances de uma mutação vantajosa vir a ser eliminada por “acaso” antes que se torne suficientemente frequente para resistir a eventos populacionais estocásticos (um ano de seca anormal, uma doença, etc.) Assim (repito: não sei se sob esse argumento em particular), os pontuacionistas sugerem que a mudança evolutiva se dá essencialmente em populações geograficamente periféricas, menores, em que a seleção espalha as características vantajosas com mais eficiência. Uma etapa de contato secundário (será esse o termo técnico?) entre a população original e a população periférica (em que se deu a mudança), seguida da exclusão relativamente repentina da população original, explica as transições abruptas do registro fóssil.

      Pois bem, me parece que a sua idéia sobre as reversões geomagnéticas é consistente com um padrão de estase/mudança, mas de causas distintas do padrão proposto por Gould e Eldrige: não se trata de restrições à mudança impostas pela dinâmica das populações, e sim de perídodos alternados de fartura e de vacas magras, em termos de variação genética disponível. Bom, nada impede que se sobreponham, esses dois padrões, mas não me consta que tenha sido sugerido que a disponibilidade de novas mutações tenha qualquer relação com o argumento a favor da estase (mais uma vez: não sou muito informado a respeito). Em outras palavras, no modelo pontuacionista, não é muito importante, a princípio, se as mutações serão abundantes ou escassas, posto que as populações “grandes” tenderiam igualmente a excluí-las em ambos os casos.

      É claro que nada disso invalida uma vírgula sequer da sua idéia e, como eu disse, é perfeitamente possível que ambos os padrões ocorram.

      Essas especulações me divertem!

      • de fato, Gould e Eldredge não requerem alterações nas taxas mutacionais para validar o equilíbrio pontuado; a intercalação de estase e mudança depende, na visão deles, de dinâmicas próprias do processo evolutivo, como você muito bem explicou, e é a validade dessas dinâmicas que muitos biólogos evolutivos contestam. na verdade, minha idéia (que não é nova, como já evidenciou o ricardo em seu comentário, mais acima…) é pesquisar novos fatores causais para as alternâncias estase/mudanças, nomeadamente as alterações nas taxas mutacionais, mesmo que essas não tenham sido originalmente requeridas para o estabelecimento das hipóteses do equilíbrio pontuado.

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