Microevolução - Microevolution

Microevolução é a mudança nas frequências de alelos que ocorre ao longo do tempo dentro de uma população. Essa mudança se deve a quatro processos diferentes: mutação , seleção ( natural e artificial ), fluxo gênico e deriva genética . Essa mudança ocorre em um período de tempo relativamente curto (em termos evolutivos) em comparação com as mudanças denominadas macroevolução .

A genética populacional é o ramo da biologia que fornece a estrutura matemática para o estudo do processo de microevolução. A genética ecológica se preocupa em observar a microevolução na natureza. Normalmente, instâncias observáveis ​​de evolução são exemplos de microevolução; por exemplo, cepas bacterianas que apresentam resistência a antibióticos .

A microevolução pode levar à especiação , que fornece a matéria-prima para a macroevolução .

Diferença da macroevolução

A macroevolução é guiada pela classificação da variação interespecífica ("seleção de espécies"), em oposição à classificação da variação intraespecífica na microevolução. A seleção de espécies pode ocorrer como (a) macroevolução de efeito, onde características em nível de organismo (características agregadas) afetam taxas de especiação e extinção, e (b) seleção de espécies em sentido estrito, onde características em nível de espécie (por exemplo, faixa geográfica) afetam a especiação e taxas de extinção. A macroevolução não produz novidades evolutivas, mas determina sua proliferação dentro dos clados em que evoluíram e adiciona traços de nível de espécie como fatores não-organísmicos de classificação a esse processo.

Quatro processos

Mutação

Duplicação de parte de um cromossomo

Mutações são mudanças na sequência de DNA do genoma de uma célula e são causadas por radiação , vírus , transposons e substâncias químicas mutagênicas , bem como erros que ocorrem durante a meiose ou replicação do DNA . Erros são introduzidos com particular freqüência no processo de replicação do DNA , na polimerização da segunda fita. Esses erros também podem ser induzidos pelo próprio organismo, por processos celulares como a hipermutação . As mutações podem afetar o fenótipo de um organismo, especialmente se ocorrerem na sequência codificadora da proteína de um gene. As taxas de erro são geralmente muito baixas - 1 erro em cada 10–100 milhões de bases - devido à capacidade de revisão das DNA polimerases . (Sem a revisão, as taxas de erro são mil vezes maiores; porque muitos vírus dependem de DNA e RNA polimerases que não têm capacidade de revisão, eles experimentam taxas de mutação mais altas.) Processos que aumentam a taxa de alterações no DNA são chamados de mutagênicos : produtos químicos mutagênicos promovem erros no DNA replicação, muitas vezes interferindo com a estrutura do emparelhamento de bases, enquanto a radiação ultravioleta induz mutações, causando danos à estrutura do DNA. Danos químicos ao DNA também ocorrem naturalmente, e as células usam mecanismos de reparo de DNA para reparar incompatibilidades e quebras no DNA - no entanto, o reparo às vezes falha em retornar o DNA à sua sequência original.

Em organismos que usam crossover cromossômico para trocar DNA e recombinar genes, erros de alinhamento durante a meiose também podem causar mutações. Erros no cruzamento são especialmente prováveis ​​quando sequências semelhantes fazem com que os cromossomos parceiros adotem um alinhamento incorreto, tornando algumas regiões nos genomas mais propensas a sofrer mutação dessa maneira. Esses erros criam grandes mudanças estruturais na sequência do DNA - duplicações , inversões ou deleções de regiões inteiras ou a troca acidental de partes inteiras entre diferentes cromossomos (chamada translocação ).

A mutação pode resultar em vários tipos diferentes de mudança nas sequências de DNA; estes podem não ter efeito, alterar o produto de um gene ou impedir o funcionamento do gene. Estudos na mosca Drosophila melanogaster sugerem que, se uma mutação altera uma proteína produzida por um gene, isso provavelmente será prejudicial, com cerca de 70% dessas mutações tendo efeitos prejudiciais e o restante sendo neutro ou fracamente benéfico. Devido aos efeitos prejudiciais que as mutações podem ter nas células, os organismos desenvolveram mecanismos como o reparo do DNA para remover as mutações. Portanto, a taxa de mutação ideal para uma espécie é uma compensação entre os custos de uma alta taxa de mutação, como mutações deletérias, e os custos metabólicos de manter sistemas para reduzir a taxa de mutação, como enzimas de reparo de DNA. Os vírus que usam RNA como material genético têm taxas de mutação rápidas, o que pode ser uma vantagem, pois esses vírus evoluem constante e rapidamente e, portanto, evitam as respostas defensivas, por exemplo, do sistema imunológico humano .

As mutações podem envolver grandes seções de DNA que se tornam duplicadas , geralmente por meio de recombinação genética . Essas duplicações são uma importante fonte de matéria-prima para a evolução de novos genes, com dezenas a centenas de genes duplicados em genomas animais a cada milhão de anos. A maioria dos genes pertence a famílias maiores de genes de ancestralidade compartilhada . Novos genes são produzidos por vários métodos, geralmente por meio da duplicação e mutação de um gene ancestral ou pela recombinação de partes de diferentes genes para formar novas combinações com novas funções.

Aqui, os domínios atuam como módulos, cada um com uma função particular e independente, que podem ser misturados para produzir genes que codificam novas proteínas com novas propriedades. Por exemplo, o olho humano usa quatro genes para fazer estruturas que detectam a luz: três para visão em cores e um para visão noturna ; todos os quatro surgiram de um único gene ancestral. Outra vantagem de duplicar um gene (ou mesmo um genoma inteiro ) é que isso aumenta a redundância ; isso permite que um gene do par adquira uma nova função enquanto a outra cópia executa a função original. Outros tipos de mutação ocasionalmente criam novos genes a partir de DNA anteriormente não codificador.

Seleção

A seleção é o processo pelo qual as características hereditárias que tornam mais provável a sobrevivência e a reprodução bem-sucedida de um organismo tornam-se mais comuns em uma população ao longo de gerações sucessivas.

Às vezes é valioso distinguir entre seleção que ocorre naturalmente, seleção natural e seleção que é uma manifestação de escolhas feitas por humanos, seleção artificial . Essa distinção é bastante difusa. A seleção natural é, no entanto, a parte dominante da seleção.

Seleção natural de uma população para coloração escura.

A variação genética natural dentro de uma população de organismos significa que alguns indivíduos sobreviverão com mais sucesso do que outros em seu ambiente atual . Fatores que afetam o sucesso reprodutivo também são importantes, uma questão que Charles Darwin desenvolveu em suas idéias sobre seleção sexual .

A seleção natural atua no fenótipo , ou nas características observáveis ​​de um organismo, mas a base genética (hereditária) de qualquer fenótipo que dá uma vantagem reprodutiva se tornará mais comum em uma população (ver frequência de alelos ). Com o tempo, esse processo pode resultar em adaptações que especializam organismos para determinados nichos ecológicos e pode, eventualmente, resultar na especiação (o surgimento de novas espécies).

A seleção natural é um dos pilares da biologia moderna . O termo foi introduzido por Darwin em seu livro inovador de 1859, On the Origin of Species , no qual a seleção natural foi descrita por analogia à seleção artificial , um processo pelo qual animais e plantas com características consideradas desejáveis ​​pelos criadores humanos são sistematicamente favorecidos para reprodução. O conceito de seleção natural foi originalmente desenvolvido na ausência de uma teoria válida da hereditariedade ; na época em que Darwin escreveu, nada se sabia sobre a genética moderna. A união da evolução darwiniana tradicional com as descobertas subsequentes na genética clássica e molecular é denominada síntese evolutiva moderna . A seleção natural continua sendo a principal explicação para a evolução adaptativa .

Deriva genética

Dez simulações de deriva genética aleatória de um único alelo dado com uma distribuição de frequência inicial 0,5 medida ao longo de 50 gerações, repetida em três populações reprodutivamente síncronas de tamanhos diferentes. Em geral, os alelos derivam para a perda ou fixação (frequência de 0,0 ou 1,0) significativamente mais rápido em populações menores.

A deriva genética é a mudança na frequência relativa em que uma variante do gene ( alelo ) ocorre em uma população devido à amostragem aleatória . Ou seja, os alelos na prole na população são uma amostra aleatória daqueles nos pais. E o acaso tem um papel em determinar se um determinado indivíduo sobrevive e se reproduz. A frequência de alelo de uma população é a fração ou porcentagem de suas cópias de genes em comparação com o número total de alelos de genes que compartilham uma forma particular.

A deriva genética é um processo evolutivo que leva a mudanças nas frequências dos alelos ao longo do tempo. Pode fazer com que as variantes do gene desapareçam completamente e, assim, reduzir a variabilidade genética. Em contraste com a seleção natural , que torna as variantes gênicas mais comuns ou menos comuns dependendo de seu sucesso reprodutivo, as mudanças devido à deriva genética não são impulsionadas por pressões ambientais ou adaptativas e podem ser benéficas, neutras ou prejudiciais ao sucesso reprodutivo.

O efeito da deriva genética é maior em populações pequenas e menor em populações grandes. Vigorosos debates acontecem entre os cientistas sobre a importância relativa da deriva genética em comparação com a seleção natural. Ronald Fisher sustentou a visão de que a deriva genética desempenha no máximo um papel menor na evolução, e esta permaneceu a visão dominante por várias décadas. Em 1968, Motoo Kimura reacendeu o debate com sua teoria neutra da evolução molecular, que afirma que a maioria das mudanças no material genético são causadas por deriva genética. As previsões da teoria neutra, com base na deriva genética, não se ajustam bem aos dados recentes sobre genomas inteiros: esses dados sugerem que as frequências dos alelos neutros mudam principalmente devido à seleção em locais vinculados , em vez de devido à deriva genética por meio de erro de amostragem .

Fluxo gênico

O fluxo gênico é a troca de genes entre populações, que geralmente são da mesma espécie. Exemplos de fluxo gênico dentro de uma espécie incluem a migração e a reprodução de organismos ou a troca de pólen . A transferência de genes entre espécies inclui a formação de organismos híbridos e a transferência horizontal de genes .

A migração para dentro ou para fora de uma população pode alterar as frequências dos alelos, bem como introduzir variação genética na população. A imigração pode adicionar novo material genético ao pool genético estabelecido de uma população. Por outro lado, a emigração pode remover o material genético. Como as barreiras à reprodução entre duas populações divergentes são necessárias para que as populações se tornem novas espécies , o fluxo gênico pode retardar esse processo ao espalhar as diferenças genéticas entre as populações. O fluxo gênico é prejudicado por cadeias de montanhas, oceanos e desertos ou até mesmo estruturas feitas pelo homem, como a Grande Muralha da China , que tem impedido o fluxo de genes de plantas.

Dependendo de até que ponto duas espécies divergiram desde seu ancestral comum mais recente , ainda pode ser possível para eles produzirem descendentes, como acontece com cavalos e jumentos que se acasalam para produzir mulas . Esses híbridos são geralmente inférteis , devido aos dois conjuntos diferentes de cromossomos serem incapazes de emparelhar durante a meiose . Neste caso, espécies estreitamente relacionadas podem cruzar regularmente, mas os híbridos serão selecionados contra e as espécies permanecerão distintas. No entanto, híbridos viáveis ​​são formados ocasionalmente e essas novas espécies podem ter propriedades intermediárias entre suas espécies parentais ou possuir um fenótipo totalmente novo. A importância da hibridização no desenvolvimento de novas espécies de animais não é clara, embora casos tenham sido vistos em muitos tipos de animais, com a perereca cinza sendo um exemplo particularmente bem estudado.

A hibridização é, no entanto, um meio importante de especiação em plantas, uma vez que a poliploidia (tendo mais de duas cópias de cada cromossomo) é tolerada em plantas mais prontamente do que em animais. A poliploidia é importante em híbridos, pois permite a reprodução, com os dois conjuntos diferentes de cromossomos, cada um sendo capaz de emparelhar com um parceiro idêntico durante a meiose. Os híbridos poliplóides também têm maior diversidade genética, o que os permite evitar a depressão por endogamia em pequenas populações.

A transferência horizontal de genes é a transferência de material genético de um organismo para outro organismo que não é sua prole; isso é mais comum entre as bactérias . Na medicina, isso contribui para a disseminação da resistência aos antibióticos , pois, quando uma bactéria adquire genes de resistência, ela pode rapidamente transferi-los para outras espécies. A transferência horizontal de genes de bactérias para eucariotos, como a levedura Saccharomyces cerevisiae e o besouro do feijão adzuki Callosobruchus chinensis também pode ter ocorrido. Um exemplo de transferências em larga escala são os rotíferos bdeloides eucarióticos , que parecem ter recebido uma variedade de genes de bactérias, fungos e plantas. Os vírus também podem transportar DNA entre organismos, permitindo a transferência de genes até mesmo entre domínios biológicos . A transferência de genes em larga escala também ocorreu entre os ancestrais das células eucarióticas e procariotas, durante a aquisição de cloroplastos e mitocôndrias .

O fluxo gênico é a transferência de alelos de uma população para outra.

A migração para dentro ou para fora de uma população pode ser responsável por uma mudança acentuada nas frequências dos alelos. A imigração também pode resultar na adição de novas variantes genéticas ao pool genético estabelecido de uma determinada espécie ou população.

Existem vários fatores que afetam a taxa de fluxo gênico entre diferentes populações. Um dos fatores mais significativos é a mobilidade, pois a maior mobilidade de um indivíduo tende a conferir-lhe maior potencial migratório. Os animais tendem a ser mais móveis do que as plantas, embora o pólen e as sementes possam ser carregados a grandes distâncias pelos animais ou pelo vento.

O fluxo gênico mantido entre duas populações também pode levar a uma combinação dos dois pools gênicos, reduzindo a variação genética entre os dois grupos. É por essa razão que o fluxo gênico atua fortemente contra a especiação , recombinando os pools gênicos dos grupos e, assim, reparando as diferenças em desenvolvimento na variação genética que teriam levado à especiação total e à criação de espécies-filhas.

Por exemplo, se uma espécie de grama cresce em ambos os lados de uma rodovia, é provável que o pólen seja transportado de um lado para o outro e vice-versa. Se esse pólen for capaz de fertilizar a planta onde acaba e produzir descendentes viáveis, então os alelos no pólen foram efetivamente capazes de se mover da população de um lado para o outro da rodovia.

Origem e uso estendido do termo

Origem

O termo microevolução foi usado pela primeira vez pelo botânico Robert Greenleaf Leavitt no jornal Botanical Gazette em 1909, abordando o que ele chamou de "mistério" de como a ausência de forma dá origem à forma.

.. A produção da forma a partir da ausência de forma no indivíduo derivado do ovo, a multiplicação das partes e a criação ordenada da diversidade entre elas, em uma evolução real, da qual qualquer um pode averiguar os fatos, mas da qual ninguém dissipou o mistério em qualquer medida significativa. Esta microevolução é parte integrante do grande problema da evolução e está na base dele, de modo que teremos que entender o processo menor antes de podermos compreender completamente o mais geral ...

No entanto, Leavitt estava usando o termo para descrever o que agora chamaríamos de biologia do desenvolvimento ; não foi até o entomologista russo Yuri Filipchenko usar os termos "macroevolução" e "microevolução" em 1927 em sua obra em língua alemã, Variabilität und Variation , que atingiu seu uso moderno. O termo foi posteriormente trazido para o mundo de língua inglesa pelo aluno de Filipchenko, Theodosius Dobzhansky, em seu livro Genetics and the Origin of Species (1937).

Uso no criacionismo

No criacionismo e baraminologia da Terra jovem, um princípio central é que a evolução pode explicar a diversidade em um número limitado de tipos criados que podem se cruzar (que eles chamam de "microevolução") enquanto a formação de novos "tipos" (que eles chamam de "macroevolução") é impossível. Essa aceitação da "microevolução" apenas dentro de uma "espécie" também é típica do criacionismo da velha Terra .

Organizações científicas como a Associação Americana para o Avanço da Ciência descrevem a microevolução como uma mudança em pequena escala dentro das espécies, e a macroevolução como a formação de novas espécies, mas por outro lado não sendo diferente da microevolução. Na macroevolução, um acúmulo de mudanças microevolutivas leva à especiação. A principal diferença entre os dois processos é que um ocorre dentro de algumas gerações, enquanto o outro ocorre ao longo de milhares de anos (ou seja, uma diferença quantitativa). Essencialmente, eles descrevem o mesmo processo; embora a evolução além do nível de espécie resulte em gerações iniciais e finais que não poderiam cruzar, as gerações intermediárias poderiam.

Os oponentes do criacionismo argumentam que as mudanças no número de cromossomos podem ser explicadas por estágios intermediários nos quais um único cromossomo se divide em estágios geracionais, ou vários cromossomos se fundem, e citam a diferença cromossômica entre os humanos e os outros grandes macacos como um exemplo. Os criacionistas insistem que, uma vez que a divergência real entre os outros grandes macacos e os humanos não foi observada, a evidência é circunstancial.

Descrevendo a semelhança fundamental entre macro e microevolução em seu livro "Biologia Evolutiva", o biólogo Douglas Futuyma escreve:

Um dos princípios mais importantes da teoria forjada durante a Síntese Evolutiva das décadas de 1930 e 1940 foi que as diferenças "macroevolutivas" entre os organismos - aquelas que distinguem táxons superiores - surgem do acúmulo dos mesmos tipos de diferenças genéticas encontradas dentro das espécies . Os oponentes deste ponto de vista acreditam que a "macroevolução" é qualitativamente diferente da "microevolução" dentro das espécies, e é baseada em um tipo totalmente diferente de padrões genéticos e de desenvolvimento ... Estudos genéticos das diferenças entre as espécies refutaram decisivamente [esta] afirmação. As diferenças entre as espécies na morfologia, no comportamento e nos processos que fundamentam o isolamento reprodutivo têm as mesmas propriedades genéticas da variação dentro das espécies : ocupam posições cromossômicas consistentes, podem ser poligênicas ou baseadas em poucos genes, podem apresentar aditivos, dominantes ou efeitos epistáticos, e eles podem, em alguns casos, ser atribuídos a diferenças especificáveis ​​em proteínas ou sequências de nucleotídeos de DNA. O grau de isolamento reprodutivo entre as populações, sejam pré-zigóticas ou pós-zigóticas, varia de pouco ou nenhum a completo . Assim, o isolamento reprodutivo, como a divergência de qualquer outro caráter, evolui na maioria dos casos pela substituição gradual de alelos nas populações .

-  Douglas Futuyma, "Evolutionary Biology" (1998), pp.477-8

Ao contrário do que afirmam alguns proponentes da antievolução, a evolução das formas de vida além do nível da espécie (isto é, a especiação ) foi de fato observada e documentada por cientistas em várias ocasiões. Na ciência da criação , os criacionistas aceitaram a especiação como ocorrendo dentro de um "tipo criado" ou "baramin", mas se opuseram ao que chamaram de "macroevolução de terceiro nível" de um novo gênero ou classificação superior na taxonomia . Há ambigüidade nas idéias de onde traçar uma linha em "espécies", "tipos criados" e quais eventos e linhagens se enquadram na rubrica de microevolução ou macroevolução.

Veja também

Referências

links externos