Evolução molecular: aplicações

Os princípios da evolução são fundamentais para a compreensão organização biológica ao nível das populações de organismos e para explicar o desenvolvimento de genomas e função macromolecular. A evolução adaptativa também se tornou uma ferramenta química para descobrir e optimizar macromoléculas funcionais no tubo de ensaio.

Num estudo publicado em 2008 foi descrito um sistema que se baseia em controlo por computador e tecnologia de chips microfluídicos para automatizar a evolução dirigida de moléculas funcionais, sujeitos a parâmetros definidos com precisão. Foi usada uma população de biliões de enzimas de RNA (com actividade de RNA-joining), que foram desafiados a reagir na presença de concentrações progressivamente mais baixas de substrato. As enzimas que reagiram foram amplificadas e as resultantes foram desafiadas de forma semelhante. Sempre que o tamanho da população atingia um limiar predeterminado, operações baseadas no chip foram executadas para isolar uma fracção da população, e misturá-la com reagentes. Observou-se a evolução em tempo real, ao modo como a população se adaptou às limitações impostas e alcançou taxas de crescimento progressivamente mais rápidos ao longo do tempo.

O enzima final possuía 11 mutações que conferem uma melhoria de 90 vezes na utilização do substrato, coincidindo com a pressão aplicada selectiva.

 

Referências:

 

http://www.plosbiology.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pbio.0060085

“The edge of evolution”: revisão

Anteriormente mencionei um estudo por Richard Lenski onde se demonstrava a acumulação de várias mutações benéficas, cujo conjunto no total teria uma probabilidade bastante baixa – inferior a 1:10^20, a qual Behe considerou um limite para a evolução. No entanto pode-se afirmar que não é significativo, uma vez que Behe assume que as mutações em separado são prejudiciais, tendo por isso que acontecer ao mesmo tempo ou são eliminadas por selecção. Mas isso não é verdade. De acordo com a teoria da neutralidade aproximada, tem-se que mutações ligeiramente prejudiciais podem persistir e até fixar-se (não falando nas neutras).

 

Relembrando "A caixa Preta de Darwin": Michael Behe admite (nesta obra) que os sistemas irredutivelmente complexos podem evoluir por "vias indirectas", mas que na sua opinião não são uma boa explicação.

Referências:

http://sandwalk.blogspot.pt/2012/01/understanding-mutation-rates-and.html

A evolução, as probabilidades e os criacionistas

Um dos argumentos típicos dos criacionistas é que quando sai uma mão de bridge, esta tem que ter sido inteligentemente escolhida (e não ao acaso) devido á sua improbabilidade (1: 635 biliões). Pode parecer ridículo, mas para dizer que certo acontecimento não ocorre sem intervenção divina porque demoraria demasiado tempo (Gauger e Axe), os criacionistas utilizam argumentos probabilísticos, sendo isso o equivalente ao caso do bridge (1). Este tipo de argumentação é semelhante á do William Dembski (uma vez que CSI apenas significa improbabilidade) e do Michael Behe (2). Quando se aplica este raciocínio a uma situação trivial, o argumento parece ainda mais ridículo. As coisas simplesmente acontecem não são necessários deuses e unicórnios na explicação.

Uma curiosidade: uma mulher ganhou 2 lotarias em 3 meses e outra ganhou 2 lotarias no mesmo dia (3). Segundo os criacionistas isto é impossível sem intervenção divina.

E sim, muitas mutações neutras (aproximadamente) acumulam-se por deriva genética (aleatória) e podem contribuir para o desenvolvimento de novas funções moleculares.   

 

Referências:

1. http://scienceblogs.com/pharyngula/2011/10/20/how-not-to-examine-the-evoluti/ 

2. http://ncse.com/rncse/27/3-4/has-natural-selection-been-refuted-arguments-william-dembski

3. http://g1.globo.com/planeta-bizarro/noticia/2012/11/bisavo-ganha-na-loteria-duas-vezes-em-tres-meses-e-acumula-r-800-mil.html

Evolução molecular e mutações neutras

Muitas das mutações acumuladas naturalmente em proteínas são neutras no
sentido de que não alteram significativamente a capacidade de uma proteína para desempenhar a sua função biológica primária.
No entanto, novas funções de proteínas evoluem quando a selecção começa a favorecer outras funções “promíscuas”. Se as mutações que são neutras em relação a mudanças nas funções biológicas primárias causam mudanças substanciais nas funções promíscuas, estas podem permitir a evolução funcional no futuro.
Foi investigada esta possibilidade experimentalmente, examinando como enzimas que se desenvolveram de forma neutra com respeito à actividade sobre um único substrato (o citocromo P450), foram alteradas nas suas habilidades para catalisar reacções em cinco outros substratos.

A partir da diversidade de sequências dos P450s foi elaborada uma árvore filogenética.
Acumularam uma média de quatro mutações não-sinónimas cada. A maior parte das mutações nas variantes P450 são únicas – de um total de 105 diferentes substituições de aminoácidos, apenas 12 ocorrem em mais do que uma variante.

Foi sugerido que a deriva genética com mutações inicialmente neutras pode levar a mudanças substanciais nas funções de proteínas que não estão actualmente em fase de selecção, sendo favorecida a evolução de novas funções num futuro. (1)

A engenharia de proteínas (com métodos baseados na teoria da evolução) tem também fornecido dados que ajudam a compreender a evolução natural das proteínas: podem ocorrer mutações benéficas em sequência ou as mutações podem ser neutras (ou próximas disso) e acumularem-se sem selecção, podendo contribuir para o desenvolvimento de novas funções. (2) 

Referências:

1. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1914045/

 2. http://www.pnas.org/content/106/suppl.1/9995.full#ref-17

Fósseis: Tiktaalik e Panderichthys

O Tiktaalik foi proposto como sendo o fóssil que melhor demonstrava a transição entre peixes e tetrapodes. Mais recentemente foi encontrado um fóssil,  Panderichthys, que mais provavelmente demonstra a transição entre estes. Estes teriam uma relação mais distante com os primeiros tetrapodes e teriam provavelmente evoluído convergentemente algumas estruturas.

Uma das características de identificação de tetrápodes (vertebrados com membros) é a presença de dedos das mãos e pés. Considerando que a parte proximal do esqueleto dos membros dos tetrápodes podem ser facilmente como homólogos dos esqueletos  de nadadeiras pareadas de peixes sarcopterígeos, tem havido muito sobre a origem dos dedos. Desde 1990, a idéia de que os dígitos são novidades evolutivas sem equivalentes diretos em esqueletos  de barbatana ganhou aceitação. Isto foi em parte baseado em dados genéticos, do desenvolvimento. Foi realizado um estudo tomográfico de uma barbatana peitoral do Panderichthys demonstrando que a placa 'ulnare "de reconstruções anteriores é um artefato e que os radiais distais estão de fato presentes. Esta porção distal é mais  como a dos tetrápodes do que a encontrada no Tiktaalik, e está de acordo com novos dados sobre o desenvolvimento da barbatana em vários tipos de peixe, o constitui um forte argumento para os dedos não serem uma novidade dos tetrápodes, mas derivado de radiais distais pré-existentes, presentes em todos os peixes sarcopterígeos.

Esta situação ilustra uma diferença significativa entre ciência e religião: enquanto que na ciência se corrigem os erros e imprecisões na religião impera o pensamento dogmático, com a ideia de que se algo tem que ser corrigido é sinal de que uma teoria está a ser destruída e tem que ser reposta por uma outra (mesmo que não existam razões para tal), que passa a ser uma verdade absoluta e incontestável. Por isto (e por outras razões) não se deve misturar ciência com religião (e eu nem estaria a escrever sobre isso se não existissem pessoas que pretendem que o pensamento dogmático impere no meio científico)

Referências:

http://www.nature.com/nature/journal/v456/n7222/full/nature07339.html

http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/26757/title/Ancient-fingers-and-toes

Os criacionistas, as letrinhas do DNA e os erros gramaticais

Os bioquimicos, biólogos moleculares e afins são bastante comodistas. Normalmente representamos as sequências de DNA com as letras ACTG (e U em vez de T no caso do RNA). O problema com isto é que há criacionistas que acham que isto é uma boa representação da realidade, pois na sua opinião dá fundamento á sua ideia de que o código genético é um código convencionado (como 1 corresponde a um). Não podiam estar mais enganados. Há uns tempos insisti com o criacionista (como de costume, o Jónatas Machado) para que representasse uma molécula de DNA (ou RNA, á escolha) com sequência ao critério e um péptido. Este referênciou em resposta vários esquemas que usam essa representação cómoda e simplista com letrinhas e disse que era escusado, pois essa sim, era uma óptima representação. Então eu especifiquei o tipo de representação (com a composição quimica, as ligações, tudo como deve ser). O Jónatas Machado continuou a insistir. Mas não há mesmo nada nem ninguém que meta juízo na cabeça de um criacionista? Acho que não.
Outra situação "traumatizante" é os erros gramaticais perpetuados pelos criacionistas e, pior ainda, o facto destes quererem que outras pessoas façam o mesmo. Voltei a fazer uma visita ao blog criacionista "Darwinismo" e lá estava o mesmo aviso numa resposta a um comentário: "Deus" (sic)  deveria ser escrito escrito com letra maiúscula. Não resisti a enviar um comentário a dizer que era errado. Provavelmente este não será publicado, mas ainda assim não resisti.
Ás vezes os criacionistas dizem (e fazem) tanto disparate que de certo conseguem fazer perder a cabeça ao menino Jesus. Acho que tenho que passar a ser mais "Zen" e não atribuir tanta importância a estas parvoíces.

Espécies em anel (revisitadas)

Uma espécie em anel é uma série de populações vizinhas, cada uma das quais pode cruzar com outras nas proximidades, mas para os quais existem, populações do extremo oposto da série, que são muito distantemente relacionadas e com as quais não se cruzam. Populações do “fim” podem coexistir na mesma região, fechando assim o "anel".

Um exemplo deste tipo de registo é o das salamandras do género Ensatina nas montanhas de Central Valley, Califórnia.

Existem 2 explicações possíveis para a sua origem que se podem traduzir no seguinte (de um modo simplista):

Especiação parapátrica: com zonas híbridas primárias a mostrarem os intermediários.

 

Especiação alopátrica ou geográfica: com zonas híbridas secundárias. Esta é a que mais se encontra de acordo com os dados actuais.   

De qualquer modo, é um bom exemplo de divergência (durante a qual podem ter ocorrido fases intermédias com hibridação) e da importância da situação geográfica para a mesma.

 

Referências:

http://www.icb.ufmg.br/labs/lbem/aulas/grad/evol/especies/especie8.html

Wake, D. (1997) Incipient species formation in salamanders of the Ensatina complex Proceedings of the National Academy of Science USA 94:7761-7767 (http://www.pnas.org/content/94/15/7761.full)

https://ib.berkeley.edu/labs/wake/2005_Evolution_Ensatina.pdf