Em nosso planeta, existem cerca de duas milhões de espécies de organismos descritas, além de uma infinidade de outras que ainda não conhecemos. Como explicar tamanha diversidade? Isso é ainda mais intrigante se você pensar na variedade de características que esses organismos apresentam. São muitas formas, tamanhos, cores, etc.
Muitas dessas características parecem ajustadas ao ambiente no qual os indivíduos vivem. Um exemplo são os pica-paus, que apresentam um bico forte que os ajuda a abrir buracos nas árvores. A língua longa com capacidade de “verificar” o interior da árvore e extrair possíveis presas também está bem ajustada a sua função. A Biologia Evolutiva moderna é capaz de explicar tanto a diversidade de espécies como o desenvolvimento desses “ajustes”, que são chamados de adaptações. Ao longo desta apostila, você vai descobrir mais sobre isso. Vamos começar definindo melhor o que queremos dizer com “evolução”.
O Que é Evolução?
A palavra evolução apresenta diversos significados. Você pode utilizar para dizer algo do tipo: “eu tive uma boa evolução em meus estudos esse ano”. Entretanto, para a Biologia, a evolução significa algo mais específico. De forma simples, podemos dizer que evolução é mudança nas características dos organismos ao longo das gerações. Isso inclui características anatômicas, fisiológicas, genéticas, comportamentais, etc. Mas perceba, então, que nem toda mudança é evolutiva. As mudanças que ocorrem ao longo da vida de um único organismo estão relacionadas ao seu desenvolvimento. Nesse sentido, seria mais adequado dizer que um Pokémon não evolui, ele se desenvolve. Agora, se estamos falando, por exemplo, que o tamanho médio dos indivíduos de uma população está diminuindo ao longo das gerações, podemos falar em mudança evolutiva.
A definição talvez mais aceita atualmente envolve mudança nas frequências dos genes ao longo das gerações. Digamos que exista um alelo dominante (A) em uma população com uma frequência de 60%. Se, na próxima geração, esse alelo teve sua proporção aumentada ou diminuída, ocorreu evolução. Obviamente, como qualquer definição, ela apresenta problemas. Mas a ideia é a mesma, mudança em alguma característica da população ao longo das gerações. Antes de o termo evolução ser amplamente empregado, Darwin usava “descendência com modificação”. Perceba que esse termo resume bem a ideia de mudança ao longo das gerações. Ou seja, os organismos apresentam descendentes que possuem modificações em relação ao anteriormente encontrado. Essas modificações podem levar ao surgimento de adaptações e de novas espécies.
Breve Histórico Sobre o Pensamento Evolutivo
A noção de que as espécies mudam ao longo do tempo não surgiu com Charles Darwin. Mesmo durante a antiguidade (como nos textos de alguns filósofos gregos) podem ser feitos paralelos com o pensamento evolutivo atual. Entretanto, por muito tempo prevaleceu a ideia de que as espécies não mudam ao longo tempo, sendo imutáveis, “fixas” – daí vem o nome fixismo. Isso começa a mudar com diversos naturalistas e pensadores, que especularam sobre a possibilidade da transformação das espécies. Entre eles, Maupertuis, Diderot, Buffon e o próprio avô de Darwin, Erasmus.
As Ideias de Lamarck
Lamarck foi um naturalista francês responsável por grandes contribuições para a Biologia, entre elas a criação do termo “biologia”. Estudava plantas e invertebrados. Era um anatomista competente, e a partir de seus estudos, chegou à conclusão de que os seres vivos se transformam ao longo do tempo. Concebeu uma teoria sobre a forma como ocorria essa “transmutação” das espécies e a publicou no livro Philosophie Zoologique (1809). As ideias de Lamarck eram diferentes das incorporadas pela biologia evolutiva moderna e, por isso, muitas vezes, o pensamento de Lamarck é chamado de transformismo, para diferenciar do evolucionismo. A despeito disso, foi, talvez, o primeiro pensador que formulou uma teoria evolutiva e, além disso, teve influência sobre o pensamento evolutivo de Darwin.
Segundo Lamarck, os seres vivos possuíam uma tendência ao melhoramento/aperfeiçoamento constante. Para ele, a partir de eventos de geração espontânea, os seres vivos simples e menos desenvolvidos se transformavam em seres mais desenvolvidos. Essa tendência teria relação com uma espécie de força externa (algo como a força da gravidade) que causa uma mudança progressiva ao longo do tempo. Além disso, Lamarck não aceitava a extinção das espécies. Para ele, além da “força externa”, outros dois princípios também alteravam os organismos ao longo do tempo. Esses princípios são a lei do uso e desuso e a lei de transmissão de caracteres adquiridos.
Segundo a lei do uso e desuso, utilizar (uso) uma determinada estrutura faz com que ela se desenvolva mais, ao passo que não utilizar (desuso) causa o atrofiamento. O uso ou desuso estariam relacionados com mudanças no ambiente, que fariam os organismos tentarem se adaptar pela necessidade. Por exemplo: se organismos com olhos passassem a viver em uma caverna, essa estrutura poderia ir se atrofiando. Essa característica nova (olho atrofiado), adquirida durante a vida do organismo (de seu desenvolvimento), poderia ser passada para os filhos, conforme a lei de transmissão dos caracteres adquiridos. Um exemplo que pode ser mais fácil de entender seria com um casal de halterofilistas: se um casal de pessoas com musculatura extremamente desenvolvida tivesse um filho, ele nasceria (herança de caracteres adquiridos) também com músculos muito desenvolvidos.
Veja a ilustração abaixo que mostra um exemplo desses com uma espécie hipotética de cacto.
Os espinhos dos cactos são folhas modificadas e estão relacionados a diversos outros fatores além da proteção, como adaptações para os ambientes secos nos quais eles vivem.
Vale ressaltar que tanto o uso e desuso como a transmissão dos caracteres adquiridos não são o aspecto central da teoria lamarckista (que é a tendência progressiva ao aumento de complexidade a partir da geração espontânea de organismos simples). Sendo mais exato, tanto o uso e desuso quanto a transmissão de caracteres adquiridos eram princípios aceitos mesmo antes de Lamarck e foram utilizados também por Darwin em vários momentos. Entretanto, as ideias lamarckistas diferem em vários elementos em relação às de Darwin, como veremos adiante. A teoria de Lamarck não teve grande aceitação em sua época. Isso também é verdade para a teoria de Darwin, que demorou para ser aceita de forma geral pelos cientistas. Entretanto, atualmente, a base da teoria evolutiva é a teoria darwiniana. Mas que teoria é essa? Por que Darwin é o naturalista mais importante da história da Biologia?
As Ideias de Darwin
A vida de Charles Darwin e os acontecimentos que resultaram na publicação da “Origem das Espécies” (em 1859) são muito interessantes. Nesta apostila, vamos falar mais de aspectos da teoria darwiniana sem entrar tanto na biografia de Darwin.
Ao longo de seus estudos, Darwin também chegou à conclusão de que as espécies se transformavam ao longo do tempo. Diferentemente de Lamarck, ele não acreditava que existisse uma tendência ao aperfeiçoamento. Ele chamava sua de teoria de “descendência com modificação”. Fez observações e experimentos durante muitos anos antes de resolver publicar suas ideias. Em parte, essa publicação ocorreu porque Darwin recebeu uma carta de outro importante naturalista chamado Alfred Russel Wallace. Na carta, estava anexado um resumo dos trabalhos de Wallace. Darwin percebeu que Wallace havia chegado a uma teoria muito parecida com a sua, inclusive sobre um dos mecanismos mais importantes, a seleção natural. Apesar de Darwin ser muito mais reconhecido do que Wallace, a teoria da evolução por seleção natural é de autoria tanto de Darwin como de Wallace. Entretanto, quando pensamos nas ideias de Darwin, não é apenas em seleção natural que falamos. Assim, pode ser mais interessante separar as ideias de Darwin em algumas teorias que, na verdade, são independentes (apesar de todas poderem ser vistas como uma unidade, inclusive por Darwin). Vamos falar sobre cinco delas.
► Evolução: essa seria a teoria de que as espécies (linhagens) mudam ao longo do tempo. Como vimos, muitas pessoas, desde tempos antigos, já defendiam isso. Mas, talvez, nenhuma delas tenha reunido um número tão grande de evidências quanto Darwin para suportar essa teoria;
► Ancestralidade comum: segundo essa teoria, todos os organismos possuem um ancestral comum. Desde plantas, animais, fungos, protistas e bactérias, todos foram originados a partir de um único organismo (inclusive os humanos, que são animais);
► Multiplicação das espécies: segundo essa teoria, as espécies se multiplicam ao longo do tempo, ou seja, novas espécies surgem a partir do ancestral comum. Perceba a diferença em relação às ideias de Lamarck, que acreditava em gerações espontâneas e mudanças (rumo à perfeição) dentro da própria linhagem. Note também que a ideia de ancestralidade comum, junto à de multiplicação das espécies a partir desse ancestral, está na base da noção de árvore da vida.
da vida emerge da ideia de que todos os organismos possuem um ancestral comum. Ao final do ramos, existem as espécies atuais (como A ou N). Muitas espécies foram extintas (como B ou R). O total de espécies existentes no planeta é de mais de 2 milhões (sem contar as desconhecidas). O total de espécies que já foram extintas é muito maior do que isso.
► Gradualismo: conforme essa teoria, a transformação das linhagens se dá pela mudança gradual (pequenos passos). Muitos pensadores da época de Darwin, inclusive ele, defendiam que a idade da Terra era maior do que se imaginava. Atualmente, sabemos que nosso planeta possui 4,6 bilhões de anos. Muito tempo para pequenas mudanças graduais levarem ao surgimento de organismos bem diferentes. Uma alternativa para o gradualismo seria o saltacionismo, que defende que as mudanças ocorrem de forma rápida. Entretanto, uma ideia não necessariamente exclui a outra (mas mudanças saltacionistas seriam eventos raros).
► Seleção natural: Essa é possivelmente a teoria (ou elemento) mais importante das ideias de Darwin (e Wallace). Vamos detalhar melhor a seleção natural a seguir.
Seleção Natural
Vamos listar algumas observações para entender o mecanismo de seleção natural e, a partir delas, o que podemos esperar. Uma das características dos seres vivos é a capacidade de reprodução. Entretanto, mesmo com grande capacidade de reprodução, as populações das diferentes espécies não são tão grandes. Ocorre mortalidade e nem todos os indivíduos sobrevivem. Outra característica das populações é a presença de variação. Nenhum indivíduo é exatamente igual a outro e, apesar de existir uma tendência dos seres vivos se parecerem com seus pais (hereditariedade), eles também são diferentes. Agora perceba esse cenário. Existe variação na população, existem características hereditárias e existe uma luta pela existência, porque o ambiente não suporta todos os seres vivos (ocorre competição por recursos, como alimentos, por exemplo).
A partir disso, podemos imaginar que vai ocorrer sobrevivência diferencial, ou seja, organismos com características que favoreçam sua sobrevivência vão deixar mais descendentes que podem ter essas características vantajosas, se elas forem hereditárias. Essas características vantajosas são chamadas de adaptativas. Podemos perceber que esse processo explica, ao longo do tempo, o surgimento de adaptações (características que parecem ajustadas ao ambiente, como no exemplo do pica-pau). Veja o esquema abaixo que ilustra o processo de seleção natural.
Darwin chamou esse processo de sobrevivência diferencial de seleção natural, em comparação à seleção artificial. Nesse último processo, criadores de animais ou plantas selecionam características desejáveis. Na seleção natural não existe nenhuma entidade selecionando variedades. O que ocorre é que, devido a características do ambiente, alguns indivíduos com determinadas características conseguem deixar mais descendentes do que outros. Essas mudanças vão se acumulando ao longo do tempo.
Perceba como o papel do ambiente para Lamarck e para Darwin é diferente. Para Lamarck, o ambiente de certa forma induz a transformação das linhagens que, por necessidade, mudavam. Para Darwin, o ambiente “seleciona” variedades que já ocorrem na população e que, ao longo do tempo, podem aumentar sua frequência. Veja a ilustração a seguir, que utiliza o famoso exemplo do pescoço da girafa para comparar as ideias de Darwin e Lamarck. Esse exemplo serve mais para ilustrar do que para comparar explicações que Darwin e Lamarck realmente formularam para a evolução dessa característica das girafas.
Evidências da Evolução
Atualmente, a evolução por seleção natural é amplamente aceita pela comunidade científica, devido ao grande poder explicativo dessa teoria e ao fato de ter corroboração de diferentes áreas. Nesta sessão, vamos falar sobre algumas das evidências para a teoria evolutiva.
Evidências Paleontológicas
Os fósseis são restos de seres vivos ou indícios de suas atividades que ficam preservados em diversos materiais. São evidência de que os seres vivos que existiam no passado são diferentes dos atuais e também de que muitas espécies são extintas. Além disso, a análise do registro fóssil permite entender de que forma as mudanças ocorreram ao longo da evolução de muitos grupos.
É relativamente raro encontrar um fóssil, pois, normalmente, as estruturas são decompostas ao longo do tempo e o registro acaba sendo episódico. Só ocorre fossilização quando condições favoráveis permitem. Em alguns casos, por exemplo, quando um ser vivo morre, ele pode ser soterrado por sedimentos. Os sedimentos podem se solidificar sobre o organismo ou por dentro dele, preservando-o como fóssil. Outro fator que deve ser considerado é que estruturas duras são mais facilmente preservadas. Assim, é mais comum encontrar dentes, ossos e conchas no registro fóssil do que estruturas relacionadas a tecidos moles, como músculos e gordura.
O registro fóssil também permite testar evidências de outras áreas. Por exemplo: a partir de estudos sobre anatomia comparada, foi sugerido que os anfíbios atuais são descendentes de vertebrados que colonizaram o ambiente terrestre. Caso isso esteja correto, você não espera encontrar fósseis de anfíbios mais antigos do que fósseis de vertebrados. E realmente não ocorre. Os fósseis de anfíbios mais antigos são mais recentes do que os fósseis de vertebrados mais antigos. Podemos exagerar um pouco para você perceber isso como uma evidência da evolução também. Por exemplo: humanos são organismos multicelulares que possuem ancestrais unicelulares. Uma evidência contrária à evolução seria encontrar um fóssil de ser humano mais antigo do que os primeiros indícios de vida unicelular – o que seria esperado (pelo menos fósseis de mesma idade) caso eles tivessem sido criados de forma independente.
Evidências Biogeográficas
De forma geral, pensando nos padrões de distribuição dos organismos, existe mais semelhança entre espécies que são encontradas mais próximas. Esse padrão faz todo sentido se você pensar que espécies de uma ilha são mais parecidas com as do continente próximo porque possuem um ancestral comum que vivia no continente e também colonizou as ilhas. Se as espécies tivessem sido criadas de forma independente, esse padrão não seria assim.
Veja esse exemplo relacionado com Wallace (coautor da seleção natural), que fez importantes contribuições para a biogeografia e (possivelmente) foi um dos primeiros naturalistas a discutir a relação da distribuição geográfica dos diferentes grupos de organismos com a evolução. Wallace estudou a fauna do arquipélago Malaio. Entre suas observações, percebeu que os animais que vivem nas ilhas da região norte do arquipélago são mais parecidos com os animais do sul do continente asiático. Além disso, que os animais que vivem nas ilhas da região sul são mais parecidos com os animais australianos. Wallace relacionou esse padrão com a evolução da seguinte forma: organismos ancestrais da Austrália colonizaram as ilhas do sul, enquanto organismos ancestrais do sul da Ásia colonizaram as ilhas do norte. Ao longo do tempo, novas espécies foram surgindo, mas com muitas semelhanças com os ancestrais próximos. A fronteira que separa essas duas regiões zoogeográficas é atualmente chamada de Linha de Wallace.
Uma questão interessante sobre a Biogeografia e Paleontologia é que muitos organismos fósseis parecidos são encontrados na América do Sul e na África (ou outros continentes/locais distantes). Entretanto, esses fósseis são datados de uma época na qual essas regiões estavam unidas. A deriva dos continentes também explica porque alguns grupos de locais distantes são muito relacionados. Isso porque os ancestrais viviam quando os locais estavam unidos e as populações que foram divididas acabaram originando esses grupos.
Evidências Anatômicas
Muitas espécies possuem estruturas que são anatomicamente parecidas. De acordo com a hipótese da ancestralidade comum, é possível que muitas dessas estruturas sejam parecidas, porque são modificações dessa estrutura que já estava presente no ancestral. Podemos utilizar o exemplo clássico dos membros anteriores. Veja na imagem a seguir:
A explicação evolucionista para essa semelhança é que esses grupos de mamíferos possuem um ancestral comum que tinha membros anteriores com esses mesmos ossos. Modificações ocorreram ao longo da evolução de cada grupo, mas ainda podemos perceber as semelhanças.
A partir da noção de que existem estruturas/órgãos em diferentes organismos que possuem uma mesma origem evolutiva, podemos diferenciar entre órgãos homólogos e órgãos análogos. Órgãos ou estruturas homólogas possuem uma mesma origem evolutiva/ embrionária. O exemplo sobre os membros anteriores se encaixa nessa categoria, ou seja, a asa de um morcego, o braço humano, a nadadeira da baleia e a pata do cavalo são estruturas homólogas. As diferenças entre essas estruturas se desenvolveram ao longo da evolução desses grupos, como adaptações específicas relacionadas a diferentes modos de vida. Dizemos que ocorreu divergência evolutiva a partir do ancestral.
Perceba, então, que estruturas homólogas podem apresentar diferentes funções (ou a mesma função), mas sempre possuem origem evolutiva comum. Já estruturas ou órgãos análogos possuem a mesma função, mas origens evolutivas independentes, como no caso da asa de insetos e de uma ave, em que essas estruturas são análogas.
As estruturas análogas podem ser resultado de convergência evolutiva. Isso ocorre quando diferentes espécies, sem possuírem necessariamente parentesco próximo (porque parentes todas são), apresentam adaptações semelhantes relacionadas a ambientes parecidos. O exemplo mais clássico está relacionado à forma do corpo em golfinhos, tubarões e ictiossauros (extintos). Em todos esses grupos, o corpo apresenta um formato que facilita o deslocamento de forma rápida na água. Podemos imaginar que esse formato evoluiu de forma convergente nesses três grupos como uma adaptação ao seu hábito de vida aquático e predador – os três grupos são formados por predadores aquáticos. Dessa forma, o formato do corpo semelhante não tem relação com origem comum (não é homólogo), mas sim com adaptação convergente devido ao ambiente e comportamento semelhante (é análogo).
Estruturas Vestigiais
Outro exemplo de evidência anatômica está relacionado às estruturas ou órgãos chamados de vestigiais. Essas estruturas são pouco desenvolvidas e, em muitos casos, não se conhece nenhuma função específica delas. Um exemplo interessante é o do apêndice vermiforme em humanos (que pode inflamar e causar apendicite). O apêndice abriga microrganismos fundamentais para a digestão da celulose em certos herbívoros. É possível que essa estrutura estivesse presente no ancestral de humanos e outros mamíferos herbívoros. Ao longo do tempo, com uma dieta menos herbívora, o apêndice virou uma estrutura vestigial. Sendo mais exato, atualmente sabemos que o apêndice possui algumas funções nos seres humanos relacionadas ao sistema imunológico. Outros exemplos de estruturas vestigiais podem ser observados para o que seriam os membros posteriores de serpentes ou baleias. O cóccix seria outro exemplo de estrutura vestigial em seres humanos, um vestígio da cauda presente nos ancestrais.
Embriologia Comparada
Quando estudamos os embriões (nas fases iniciais) de diferentes espécies de animais, percebemos semelhanças anatômicas que normalmente não são percebidas quando comparamos os adultos. Um exemplo é que todos os embriões, todos os cordados (entre eles, os vertebrados), possuem um cauda localizada após o ânus. Outras semelhanças percebidas nos embriões de todos os cordados é a presença de fendas faringeanas e da notocorda. Todas essas semelhanças servem de evidência para a teoria da ancestralidade comum.
Evidências Moleculares
É razoavelmente fácil comparar organismos presentes em diferentes grupos animais para tentar compreender suas semelhanças. Mas e humanos, bactérias ou fungos? Independente do organismo que seja analisado, pelo menos até o momento, sabemos que todos utilizam DNA e RNA, além de um código genético praticamente universal. Essa é uma grande evidência de que todos os organismos conhecidos apresentam um ancestral comum.
Dessa forma, a explicação mais simples é que essas características já faziam parte da biologia do ancestral que deu origem a todos os seres vivos. Podemos pensar que a presença de DNA é uma característica homóloga de todos os seres vivos. A análise de dados moleculares (assim como os morfológicos) também nos ajuda a compreender melhor as relações de parentesco. Por exemplo: humanos e chimpanzés possuem similaridade genética maior do que a que possuem com roedores. Isso indica que humanos e chimpanzés possuem um ancestral comum mais recente do que aquele que compartilham com roedores. As análises não precisam ficar limitadas ao material genético e, muitas vezes, são realizadas comparações entre as similaridades das proteínas ou outras moléculas de diferentes grupos de organismos.
Evidências e Seleção Artificial
O estudo da seleção artificial foi muito importante para o desenvolvimento das ideias de Darwin. Ele próprio era criador de pombos. Destinou uma parte considerável da “Origem das Espécies” para discutir a seleção artificial. Apesar de não ser “seleção natural”, ou seja, estar relacionada à seleção planejada de características desejáveis, a seleção artificial mostra como grandes mudanças podem ocorrer em pouquíssimo tempo. Por exemplo: alguns milhares de anos foram suficientes para a diversificação das centenas de raças de cachorros que existem atualmente, todas descendentes de um ancestral muito parecido com os atuais lobos cinzentos, e que até podemos considerar um lobo cinzento. Se em tão pouco tempo pudemos produzir tamanha diversidade utilizando uma única espécie, imagine o que pôde acontecer ao longo dos bilhões de anos desde que a vida se originou em nosso planeta!
Evidências e Seleção Natural
Atualmente, existem muitos estudos, muitos deles relacionados à evolução de organismos patogênicos, que mostram a seleção natural ocorrendo e as adaptações resultantes. Exemplos são a evolução de bactérias ou vírus resistentes a medicamentos. Também existem diversos trabalhos com outros grupos, em que observações e experimentos são muito bem explicados pela seleção natural. Por exemplo: para uma determinada espécie de peixes, os pesquisadores observaram que os machos mais brilhantes atraem mais fêmeas, mas que também são mais facilmente percebidos por predadores. Dessa forma, observando populações de peixes nas quais não estavam presentes muitos predadores, perceberam que os machos são mais brilhantes do que em locais nos quais existem mais predadores. A presença do predador está atuando em favorecimento de variedades menos brilhantes e que sobrevivem mais. Experimentos em laboratório corroboraram a hipótese. A evolução natural em ação!
Adaptações como essa (ser menos brilhante), para evitar predadores visualmente orientados, são ótimos exemplos de como a seleção natural funciona. Pense em camuflagem, por exemplo, na qual um indivíduo se assemelha à coloração de fundo do ambiente. Muitas vezes observamos animais com camuflagens incríveis e parece difícil explicar como isso evoluiu. Entretanto, se um ancestral levemente parecido com o ambiente deixasse mais descendentes do que um mais chamativo, ao longo do tempo, a semelhança poderia se acumular. Veja esse vídeo para ter uma ideia melhor: https://www.youtube.com/watch?v=M3bROOvWMcM. Um organismo pode ser camuflado para predar melhor também, como um tigre com suas listras.
Outro tipo de adaptação interessante é chamado de mimetismo. Pode ser mimetismo batesiano, quando uma espécie não perigosa “imita” outra que é percebida como perigosa pelos predadores. Assim, uma serpente com peçonha pouco tóxica (falsa-coral) é semelhante à outra com peçonha poderosa (coral) e não é predada porque os predadores preferem não arriscar. Outro tipo de mimetismo é chamado de mülleriano, no qual duas espécies “perigosas” são parecidas e acabam “amplificando” o sinal de perigo, que é mais facilmente memorizado pelo predador.
