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Leitura da evolução em genes

Charles Darwin desenvolveu a sua teoria da evolução através da selecção natural sem conhecer as leis da hereditariedade, quanto mais a existência de genes. As descobertas feitas na biologia molecular confirmaram essencialmente a intuição do cientista inglês

Towards the end of his life, Charles Darwin concebeu uma teoria que pode parecer bastante curiosa hoje em dia: os organismos dos seres vivos seriam, segundo ele, preenchidos com “gemmules”. Estes últimos, presentes em todos os órgãos, reunir-se-iam nos genitais no momento da reprodução para transmitir as características do indivíduo aos seus descendentes. Esta foi uma tentativa falhada do naturalista britânico para explicar o fenómeno da hereditariedade, uma das pedras angulares da sua teoria da evolução. Apesar dos seus esforços imaginativos, a transmissão de traços físicos de uma geração para a seguinte permaneceu um mistério para ele para o resto da sua vida. Dito isto, dificilmente se pode culpá-lo: a genética ainda não existia naqueles dias, e as leis de hereditariedade de Gregor Mendel, embora descobertas em 1865, ainda não eram conhecidas de ninguém.

Este “fracasso” científico só dá mais prestígio ao seu grande feito, a explicação da evolução das espécies por meio da selecção natural. Sem saber nada sobre genes ou ADN, Darwin conseguiu de facto o tour de force de desenvolver uma teoria que permanece válida hoje em dia, com alguma ligeira reformulação. Além disso, as descobertas feitas em biologia molecular apenas confirmaram a intuição do cientista inglês. Tanto que hoje podemos “ler a evolução nos genes”, como afirma o biólogo Jean-Michel Gibert.

Uma grande família

P>P>Embora céptico no início da sua vida, Darwin acabou por ser convencido pelo “transformismo”. Esta teoria, proposta muito antes dele pelo naturalista francês Jean-Baptiste de Lamarck, afirma que as espécies não são imutáveis, mas são originárias de outras espécies e podem elas próprias dar origem a novas espécies. Se este raciocínio estiver correcto, recuando mentalmente no tempo – o que o cientista inglês não deixou de fazer – devemos encontrar os antepassados comuns de cada vez mais animais, plantas, etc., até encontrarmos finalmente o último progenitor, pai (ou mãe) de todas as formas de vida. Por outras palavras, todos os organismos na Terra estão relacionados.

Esta intuição foi confirmada pela descoberta da molécula de ADN e do código genético, que são partilhados por todos os organismos vivos conhecidos por existirem. A hipótese de uma origem comum foi reforçada pelo facto de certos genes serem encontrados quase identicamente em espécies muito afastadas.

“Este é particularmente o caso de um gene chamado ‘gravado’, cuja uma das funções é dizer às células onde estão e o que devem fazer”, diz Jean-Michel Gibert. Este gene foi inicialmente identificado na mosca, mas podem ser encontrados homólogos em muitas espécies de vertebrados. Dependendo da espécie, os genes da família gravada são utilizados para construir diferentes estruturas. Alguns animais têm mesmo duas ou mesmo quatro cópias, mas a sequência de proteínas codificadas por estes genes é quase idêntica em algumas porções”

As diferentes versões de “gravados” são mesmo parcialmente intercambiáveis. Por exemplo, os investigadores substituíram o de um rato, com a sua contraparte mosca, dois animais que no entanto estão separados por mais de 500 milhões de anos de evolução. O roedor transgénico resultante desta manipulação desenvolveu-se muito melhor do que um animal cujo gene se tinha tornado inoperante por completo, mostrando que a função molecular do produto genético é notavelmente conservada.

Variações Genéticas

Darwin também descobre que indivíduos na mesma população apresentam ligeiras variações morfológicas. Esta observação, também tem uma base molecular. Os genomas que são encontrados dentro da mesma espécie nunca são de facto idênticos. Contêm pequenas variações devido a mutações que ocorrem de tempos a tempos no ADN e são transmitidas à descendência.

P>A maior parte do tempo, estas mutações não conduzem a consequências visíveis. É quando afectam, por acaso, uma parte importante de um gene que podem ser traduzidas em mudanças visíveis, algumas mais espectaculares do que outras.

“A cor natural de uma pimenta é vermelha, mas também há amarelas nas prateleiras dos supermercados, nota Jean-Michel Gibert. O pimento amarelo tem na realidade uma mutação que afecta um gene particular cujo produto é necessário para sintetizar pigmentos vermelhos de pigmentos amarelos”

Quando as mutações afectam um gene chamado regulador, podem exercer uma influência no programa de desenvolvimento de um organismo. “Em princípio, uma flor é composta, começando pelo exterior, por sépalas, pétalas, estames e depois carpelos”, continua Jean-Michel Gibert. Quando o funcionamento de certos genes é alterado, o plano de construção da flor pode mudar e dar uma sequência do tipo: sépalas, pétalas, pétalas e novamente sépalas. Tais mutações foram seleccionadas (inconscientemente) pelos jardineiros porque produzem flores com mais pétalas, e portanto mais cores”

As variações sobre este tema são inúmeras, como mostra a diversidade de formas e cores que por vezes se encontram dentro da mesma espécie (não sendo os humanos excepção). Em termos concretos, todas as diferenças moleculares que observamos entre espécies eram inicialmente simples variações naturais dentro da mesma população”, continua Jean-Michel Gibert. Com o tempo, algumas destas mutações podem aumentar de frequência entre todos os indivíduos até se tornarem “fixas”, tornando-se assim a característica de uma nova espécie”

Selecção natural

O processo de fixação depende muito da demografia, ou seja, do tamanho das populações, da sua estrutura, do seu possível isolamento, dos movimentos migratórios, ou mesmo da deriva genética (algumas mutações podem tornar-se fixas numa população, mas não noutra, simplesmente por acaso). Uma novidade evolucionária irá, de facto, espalhar-se e tomar posse mais fácil e rapidamente se ocorrer numa população pequena e geneticamente isolada.

Além disso, há o mecanismo que Darwin introduziu, e que funciona como uma lei em biologia: a selecção natural. O mais apto terá mais hipóteses do que outro de se reproduzir e transmitir os seus genes aos descendentes. Assim, a pressão do ambiente escolhe, geração após geração, a mais adaptada, e as características que transmitem irão determinar o futuro da espécie.

“Há uma proteína que tem sido muito estudada, observa Jean-Michel Gibert. É o receptor de melanocortina 1, que está envolvido na pigmentação. Se este receptor receber um certo sinal, transmite à célula a ordem de sintetizar a melanina negra. Se não estiver activada ou não funcionar, a célula produz, por defeito, melanina vermelha. As variações de cor dentro de muitas espécies dependem deste gene”

p>Variantes deste receptor desempenham um papel fundamental na adaptação de um pequeno roedor que vive no sul dos Estados Unidos. Neste tipo de rato, o gene existe em várias versões com o resultado de que alguns indivíduos nascem ruivos e outros pretos. Os investigadores identificaram duas populações deste roedor, cada uma a viver sobre diferentes rochas rochosas, uma escura, a outra clara. Uma vez que os principais predadores são aves de rapina, a selecção rapidamente fez o seu trabalho. Na rocha escura, só sobreviveram roedores da mesma cor. Idem sobre a rocha leve.

Um ambiente subtil

A ligação, contudo, nem sempre é tão directa entre o gene e a aparência do indivíduo. O ambiente não só selecciona os genes, mas por vezes também influencia o seu papel. O gato siamês é um exemplo famoso. Estes animais devem ser todos negros, mas uma enzima envolvida na síntese do pigmento negro tem uma mutação que o torna sensível à temperatura. O resultado: funciona bem nas extremidades mais frias, que são negras, mas não nas partes mais quentes do corpo, que se tornam beges.

“Esta interacção do ambiente com o funcionamento dos genes existe em todo o lado”, diz Jean-Michel Gibert. O nosso tamanho, peso e forma corporal dependem dos nossos genes, mas também da nossa dieta. A lebre da montanha, cujo casaco muda de cor no Inverno, não muda o seu genoma entre as estações. De facto, é a luz que influencia indirectamente a expressão de certos genes. São também os estímulos do ambiente que actuam sobre as hormonas envolvidas na reprodução e que estabelecem o ritmo dos ciclos biológicos anuais, por exemplo. Algumas plantas produzem mais ou menos sementes dependendo das condições climáticas, etc.”

De uma forma subtil, o ambiente vem assim seleccionar características que são mais ou menos sensíveis a variações nesse mesmo ambiente. Além disso, alterações no ambiente podem tornar o efeito de certas mutações muito mais visível. As possibilidades de evolução aumentam dez vezes, algo que Darwin não previu realmente.

Os limites da selecção

No entanto, apesar da rica diversidade que conseguiu gerar, a selecção natural não pode fazer tudo. Os genes não funcionam sozinhos, mas em redes. Um gene pode estar envolvido em vários processos, e um processo particular envolve geralmente vários genes. A mais pequena alteração pode, portanto, ter múltiplas consequências e é por isso que certas especificidades parecem já não ser capazes de mudar. Este é o caso, por exemplo, do número de vértebras cervicais em mamíferos. São sete, seja na baleia ou na girafa. Este número não se alterou ao longo de dezenas de milhões de anos de evolução. E quando é diferente (isto tem sido observado em fetos humanos nados-mortos e bebés), está sempre associado a muitos efeitos secundários graves. É por isso que tal variação já não é seleccionada.

De Darwin ao genoma

1865: o monge austríaco Gregor Mendel descobre as leis da hereditariedade enquanto estuda as ervilhas comestíveis. Ele estabelece que os “factores” que determinam cada traço hereditário são encontrados em duas versões em todos os indivíduos, mas apenas um deles é transmitido aos descendentes.
1869: o biólogo suíço Friedrich Miescher isola uma substância rica em fósforo no núcleo das células, que ele denomina nucleína. Mais tarde seria identificado como DNA.
1882: a bióloga alemã Walther Flemming descreve a divisão celular (mitose) e ao mesmo tempo descobre cromossomas que se condensaram no núcleo. Nenhuma ligação é feita entre estas estruturas e a hereditariedade.
1900: Os botânicos holandeses Hugo de Vries, Carl Correns alemão e Erich von Tschermak-Seysenegg austríaco redescobrem de forma independente as leis de Mendel.
1909: O botânico dinamarquês Wilhelm Johannsen cunhou o termo gene. É também o primeiro a falar de genótipo e fenótipo.
1911: o geneticista americano Thomas Morgan demonstra a existência de mutações usando uma mosca Drosophila com olhos brancos. Ele mostra que os cromossomas são portadores de genes.
1943: Utilizando a difracção de raios X, o físico inglês William Astbury descobre que o DNA tem uma estrutura regular e periódica.
1944: os geneticistas americanos Oswald Avery, Colin MacLeod, e Maclyn McCarty demonstram que o DNA é o material a partir do qual os genes e cromossomas são feitos e que esta molécula é o portador da hereditariedade. Até então, a maioria dos cientistas ainda pensava que a hereditariedade era transportada por proteínas.
1953: Usando imagens de difracção de raios X tiradas pela biofísica inglesa Rosalind Franklin, o biólogo americano James Watson e o biólogo britânico Francis Crick descobrem que o ADN tem uma estrutura de dupla hélice
1961: Crick e colegas demonstram que os aminoácidos (dos quais as proteínas são compostas) são codificados por grupos de três bases de ADN (um códão).
1961: o geneticista americano Marshall Nirenberg decifra o primeiro códão que corresponde ao aminoácido fenilalanina.
2003: O genoma humano é totalmente sequenciado.

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