Variações genéticas, fluxo gênico e novas espécies

RKA12C A seleção natural é a ideia central e mais brilhante de Darwin que permeia os mecanismos de evolução. Mas seleção de quê? Quais são as leis materiais sobre as quais estão agindo as forças da seleção e da natureza? Ainda que tivesse algumas ideias sobre, o que Darwin não sabia era que a variação consiste nas diferenças nas informações genéticas contidas em cada célula de cada organismo. É como se fosse um alfabeto feito de quatro letras, quatro letras que podem ser combinadas em palavras de qualquer tamanho. Os genes podem ser vistos como palavras feitas dessas letras. As sequências de nucleotídeos formam códigos que ordenam a máquina celular a fazer a célula funcionar. De fato, genes fazem as células serem elas mesmas, o que, em última instância, quer dizer ser responsável por ter a informação codificada que constrói todo o organismo. As sequências de nucleotídeos são organizadas em uma longa molécula que possui um nome também longo: ácido desoxirribonucleico. Eu gosto de quebrar palavras complexas até as suas raízes. Assim, "desoxirribo" são as longas moléculas de açúcar unidas chamadas desoxirribo, que formam uma espécie de espinha dorsal, pois estão ligadas umas às outras formando uma longa corrente paralela. A parte "nucleico" da palavra se refere aos nucleotídeos, as quatro moléculas especiais que conectam duas partes da corrente de açúcar e representam as letras que formam o código genético. A ordem específica dos nucleotídeos forma as palavras, ou genes, do código genético. Por fim, o termo "ácido" se refere à classificação química da molécula como um todo. Isso é, todas essas coisas, quimicamente falando, tratam-se de um ácido. Por isso, o chamamos de "ácido desoxirribonucleico", ADN ou, em inglês, DNA. Você pode imaginar como organismos complexos devem ter um monte de DNA que pode ser lido, um monte de palavras no código genético que ditam as ordens inteligentes que formam o organismo e permitem fazer todas as coisas que ele faz. Algumas estimativas nos falam que há cerca de 2 a 3 metros de DNA em cada célula humana. E isso em apenas uma única célula! Se você esticar todas as moléculas de DNA de todas as células de uma pessoa, o comprimento vai ser equivalente à distância da Terra até o Sol, indo e voltando umas 70 vezes. Trata-se de uma molécula muito, muito comprida, mas é também uma molécula muito, muito fina! Como eu falei, é uma única e longa molécula, e é por isso que o DNA pode ser empacotado em cada célula. De fato, o DNA está em forma de um emaranhado organizado. O DNA nas células de cada organismo é organizado em estruturas denominadas cromossomos. Bem, há um número específico de cromossomos que se apresenta em cada espécie. O número de cromossomos, então, varia de espécie para espécie. Humanos têm 46 cromossomos, mas golfinhos têm 44. Ornitorrincos têm 52, um pato tem 78. Um mosquitinho tem seis dessas pequenas moléculas de DNA. O musgo seco tem 12, ervilhas têm 14, o arroz tem 24. Uma planta conhecida como língua de cobra, 1.260. E alguns micróbios unicelulares chegam a ter mais de 15 mil pequenas moléculas de DNA em cada célula. Como você pode ver, o número de cromossomos não está relacionado com a complexidade do organismo. E você também pode ver como as espécies variam geneticamente. Mas é importante saber que os indivíduos da mesma espécie também variam. Então, por que os indivíduos variam? Cientistas que estudam genes sabem que mudanças de vários tipos acontecem no código genético por ele mesmo, o que introduz a variação entre indivíduos e, então, entre as espécies. Nós chamamos algumas destas mudanças de mutações. Mutações são, na verdade, mudanças nas sequências de letras das palavras que compõem o código genético. Mudanças nos nucleotídeos que compõem os genes promovem, por sua vez, mudanças nas instruções vindas do DNA. Mutações acontecem regularmente nos processos de replicação ou reprodução do DNA durante a divisão celular, a partir de produtos químicos que podem interferir na estrutura do DNA e a partir da radiação. Muitos desses fatos são naturais ou podem acontecer por interferência humana. O resultado é que mutações podem deletar ou mudar nucleotídeos. Eles podem até mudar pedaços inteiros de cromossomos ou até mesmo o cromossomo inteiro. Mutações resultam em diferentes formas do mesmo gene. Essas diferentes formas são chamadas de alelos. Por exemplo, a cor dos olhos é codificada por diferentes alelos do mesmo gene. Quando as instruções do DNA são lidas pela maquinaria celular, aqueles alelos diferentes podem causar variações em alguns traços do organismo, como a forma do corpo, o metabolismo, seu comportamento, e em qualquer outra característica cujo processo é geneticamente determinado. Por isso, não é surpreendente que cada indivíduo em uma população seja único. Cada indivíduo é composto de uma mistura complexa de muitos e muitos traços. E, por trás desses traços, existem muitos e diferentes alelos. Mas como esses alelos são distribuídos entre organismos que nascem? Isso era o que Darwin se questionava também. Agora, nós temos que falar sobre sexo! Por mais que seja improvável em uma conversa sobre sexo, temos que falar sobre como a variação contida na informação genética pode passar para uma certa prole. No processo de formação de espermatozoides e de óvulos, as células que participam da reprodução fazem uma enorme quantidade de recombinações genéticas. É um certo tipo de "reembaralhamento das cartas" do código genético. Isso resulta em cromossomos com uma nova combinação de alelos. E, uma vez que os espermatozoides e o óvulo se unem na fertilização, o resultado é um monte de indivíduos geneticamente únicos na prole. Mesmo as bactérias, que não fazem sexo do mesmo jeito que as espécies que possuem machos e fêmeas, possuem um processo semelhante de embaralhamento de código genético que possibilita bastante variação nas bactérias das gerações seguintes. Lembre-se: são essas diferenças individuais que são o foco da seleção natural. Isso porque algumas dessas diferenças fazem com que alguns indivíduos se adaptem melhor ao ambiente do que outros, sejam mais capazes de sobreviver e mais capazes de produzir descendentes. É aí que entra a seleção natural, removendo os indivíduos pouco adaptados, e, por outro lado, selecionando os mais adaptados. Essa é a ideia por trás da sobrevivência do mais forte, sobrevivência do mais apto. Nós vimos que a reprodução sexual pode levar a uma imensidão de variação individual em uma população, e como uma população pode mudar ao longo do tempo como resultado da ação da seleção natural. Mas, ironicamente, ao mesmo tempo, quando há o amplo crescimento entre os membros de uma população, o resultado das combinações genéticas dentro dessa mesma população também significa que os indivíduos de dentro dessa população não irão variar muito uns dos outros em forma, em comportamento ou em sua fisiologia. Isso também significa que uma população de uma espécie não irá variar muito de outra população da mesma espécie. Essa mistura de informação genética entre membros de populações diferentes, ou mesmo de espécies diferentes, é chamada de fluxo gênico. Isto mantém consistência suficiente entre indivíduos nas populações da mesma espécie, e, assim, seus membros conseguem continuar se reproduzindo uns com os outros. O que acontece quando o fluxo gênico diminui ou, de alguma forma, é interrompido? Imagine uma população na qual a reprodução sexual e a variação estão acontecendo o tempo todo, e alguma barreira aparece e separa essa população em duas partes. Um famoso caso real aconteceu há milhões de anos quando o oceano ficou raso o suficiente para permitir que emergisse um trecho completo de terra firme, o Istmo do Panamá, separando as águas do Oceano Pacífico a Oeste e a terra do Mar do Caribe a Leste. Espécies de organismos marinhos que se espalhavam dos dois lados do Istmo, agora, encontravam uma barreira que as impedia de ter acesso aos membros do lado oposto. Contudo, os indivíduos de cada lado continuaram a se reproduzir entre si normalmente e continuaram a ter descendentes que possuíam variações que poderiam ser selecionadas ou não. Cada uma das subpopulações continua a fazer isso sem a influência dos genes da subpopulação do outro lado da barreira causada pela presença do Istmo. Dessa forma, nós temos o que hoje nós chamamos de restrição do fluxo gênico entre dois grupos separados, tornando o que era uma única população em duas populações separadas sem o fluxo genético em função de uma barreira física. Cientistas sabem de vários exemplos de espécies marinhas de um lado do Istmo do Panamá que possuem parentes muito próximos, espécies-irmãs, do outro lado do Istmo do Panamá, dessa importante barreira. Essas espécies próximas têm até uma nomenclatura especial. São chamadas de espécies geminadas, da mesma raiz da palavra latina "gemini", que significa gêmeos. Com o tempo, e esse é um ingrediente crucial aqui... Com o tempo suficiente para ter gerações de reprodução, as duas populações irão divergir em seus traços. Isso pode acontecer por mudanças aleatórias que podem ocorrer em cada lado da barreira. Mas, às vezes, as condições ambientais de cada lado da barreira ficam ligeiramente diferentes, criando forças seletivas diferentes para cada uma das populações, o que leva a aumentar as diferenças entre as populações ao longo do tempo. Em algum ponto, as duas populações irão divergir o suficiente em suas características para serem reconhecidas como duas espécies diferentes. Essa divergência é crucial para entender como a evolução acontece, e como as novas espécies são formadas. É sobre isso que estamos falando aqui: especiação. Isso é, para mim, o ponto principal da evolução! Especiação não é o acúmulo de mudanças em uma determinada espécie até um certo ponto, quando você possa dizer que, de alguma forma, essa espécie se transformou completamente em outra espécie. Em vez disso, especiação é a divisão de uma única espécie em duas espécies diferentes a partir dos mesmos descendentes. E tudo isso acontece de forma aleatória, por recombinação, por mutação. A evolução não tem objetivo específico, não tem finalidade. Eu gosto de dizer para meus alunos que coisas acontecem... Essas coisas se tratam de eventos aleatórios, mutações e novas recombinações de alelos, que produzem a variabilidade do código genético e, assim, das características dos indivíduos. Circunstâncias ambientais selecionam para permanência ou não dessas características genéticas, características que são selecionadas ao longo do tempo com a sucessão de gerações. Mas a verdadeira maravilha de tudo isso é o resultado! As populações divergem e continuam divergindo por um longo tempo, formando uma árvore cheia de ramos de ancestrais de diversas espécies de descendentes que são formadas e que não para de crescer. Essa é a árvore da vida, cheia de espécies que divergiram umas das outras e formam infinidades das formas mais bonitas, sobre as quais Darwin nos falou. Em outras palavras, no final, o resultado é a biodiversidade!