Evolução liberada

A biologia evolucionária deve ser seriamente revisada ou não há “revolução” à vista?

Quando os pesquisadores da Universidade Amory, em Atlanta, treinaram os ratos para ficarem alarmados com o cheiro de amêndoas (usando descargas elétricas), descobriram, horrorizados, que tanto os filhos quanto os netos desses ratos tinham medo do cheiro de amêndoas. Mas isso não deveria ser. Muitas gerações de crianças em idade escolar foram informadas de que era impossível herdar propriedades adquiridas. Um rato não pode nascer com o conhecimento adquirido por seus pais - é como se um rato que perdesse a cauda durante um acidente desse à luz um rato sem cauda.

Não há nada de vergonhoso em não saber sobre o estado da biologia evolutiva moderna, a menos que você seja biólogo. Ela remonta à síntese das ciências que surgiu em 1940-60, casou-se com o mecanismo de seleção natural , descoberto por Charles Darwin , com a descoberta da herança genética de Gregor Mendel . A abordagem tradicional, ainda predominante, sugere que a adaptação - tudo, do cérebro humano ao rabo de um pavão - é completa e satisfatoriamente explicada pela seleção natural (e pela herança subsequente). No entanto, com o advento de novas idéias da genômica , epigenética e biologia do desenvolvimento, a maioria dos evolucionistas concorda que seu campo de conhecimento está mudando. Muitos dados sugerem que o processo de evolução é muito mais complexo do que se pensava.

Muitos especialistas em biologia evolutiva , inclusive eu, pedem a expansão da descrição da teoria da evolução para a chamada "síntese evolutiva estendida" (EES). A principal questão é se o que acontece aos organismos durante sua vida - seu desenvolvimento - é um papel importante e antes imprevisto na evolução. A opinião ortodoxa disse que o processo de desenvolvimento na maioria das vezes não está relacionado à evolução, mas os pontos de vista das FER o consideram o mais importante. Apoiadores competentes e eminentes de ambas as abordagens se reúnem em ambos os lados desta disputa; os principais professores das universidades da ivy league e os membros das academias estaduais se chocam com os mecanismos evolutivos. Algumas pessoas estão começando a suspeitar que uma revolução está se formando nessa área.

Em seu livro On the Nature of Man (1978), o biólogo evolucionário Edward Wilson afirmou que a cultura humana está sob uma coleira genética. Essa metáfora tem sido controversa por duas razões. Primeiro, como veremos, é igualmente verdade que a cultura mantém os genes presos. Em segundo lugar, se a aprendizagem cultural é influenciada por tendências genéticas, poucas diferenças culturais podem ser explicadas pelas diferenças genéticas existentes.

No entanto, esta frase pode explicar muito. Imagine uma pessoa (genes) andando e tentando controlar um mastim muscular (cultura humana). A trajetória desse par (o caminho da evolução) reflete o resultado de sua luta. Agora imagine que a mesma pessoa está lutando contra vários cães andando em trelas de comprimentos diferentes, com cada cão puxando-o em sua direção. Esses goles retratam a influência de fatores de desenvolvimento - epigenética, anticorpos, hormônios transmitidos pelos pais, bem como o patrimônio ecológico e cultural.
Os bandos de cães incluem herança epigenética, cultural e ambiental, bem como influência dos pais e plasticidade cerebral

Uma pessoa que luta com passear com cães é uma boa metáfora de como o RES descreve o processo de adaptação. Isso requer uma revolução na evolução? Para responder a essa pergunta, você precisa entender como a ciência funciona. E aqui as autoridades não são biólogos, mas filósofos e historiadores da ciência. O livro de Thomas Kuhn, The Structure of Scientific Revolutions (1962), popularizou a idéia de que a ciência está mudando através de revoluções no entendimento. Acreditava-se que essas “mudanças de paradigma” seguem a crise de confiança na velha teoria, que se manifesta durante o acúmulo de dados conflitantes.

Há também Karl Popper , e sua hipótese de que as teorias científicas não podem ser provadas, mas podem ser refutadas ou falsificadas . Considere a hipótese: "Todas as ovelhas são brancas". Popper argumentou que nenhuma quantidade de evidência confirmando essa hipótese pode servir como prova, uma vez que é impossível excluir a possibilidade de que, no futuro, haja evidência que a contradiga; por outro lado, observar uma única ovelha negra definitivamente refutará essa hipótese. Ele argumentou que os cientistas deveriam se esforçar para realizar experimentos cruciais que poderiam refutar sua teoria.

E, embora as idéias de Kuhn e Popper sejam bem conhecidas, do ponto de vista dos filósofos e historiadores, elas permanecem controversas. O estado atual dessas áreas é melhor formulado pelo filósofo húngaro Imre Lakatos no livro “Metodologia da Pesquisa Científica” (1978):

A história da ciência refuta Popper e Kuhn: após uma inspeção mais detalhada, o critério de Popper e a revolução de Kuhn acabam sendo mitos.

O argumento de Popper pode parecer lógico, mas nem sempre corresponde ao modo como a ciência funciona no mundo real. As observações científicas estão sujeitas a erros de medição; cientistas são pessoas apegadas às suas teorias; as teorias científicas podem ser terrivelmente complicadas - por isso, a avaliação de hipóteses científicas é terrivelmente confusa. Em vez de aceitar que nossa hipótese pode estar errada, criticamos a metodologia (“Esta ovelha não é negra, seu instrumento está errado”), discutimos sobre interpretação (“A ovelha está suja”), sugerimos correções à hipótese (“Eu tenho mente carneiros domesticados, não muflões selvagens "). Lakatos chama essas correções e propõe "uma hipótese auxiliar"; os cientistas as propõem para proteger as idéias "básicas" para que não sejam rejeitadas.

Esse comportamento é claramente discernível no debate científico sobre evolução. Tome a ideia de que novas propriedades adquiridas pelo corpo ao longo da vida podem ser transferidas para a próxima geração. Essa hipótese tornou-se amplamente conhecida no início do século XIX, graças ao biólogo francês Jean-Baptiste Lamarck, que a usou para explicar a evolução. No entanto, há muito se acredita que ele tenha sido refutado experimentalmente - a tal ponto que o termo "Lamarckian" tem uma conotação depreciativa nos círculos evolucionários, e qualquer pesquisador que expresse simpatia por essa idéia, de fato, recebe o estigma de um "excêntrico". A sabedoria adquirida pelos pais não pode influenciar a caracterização de seus filhos.

Isso é realmente possível. A maneira como a expressão gênica forma o fenótipo do corpo - suas características reais - é influenciada por substâncias químicas que se ligam aos genes. Tudo, desde dieta a poluição do ar e comportamento dos pais, pode afetar a adição ou remoção desses marcadores químicos, que podem causar a ativação e desativação de genes. Geralmente esses chamados Os aditivos "epigenéticos" são removidos na produção de esperma e óvulos, mas acontece que alguns deles escapam da descarga e são passados ​​para a próxima geração junto com os genes. Esse processo é conhecido como "herança epigenética", e mais e mais pesquisas confirmam sua realidade.

Vamos voltar aos ratos, que tinham medo de amêndoas. Os ratos foram autorizados a herdar o medo por uma etiqueta epigenética transmitida no sêmen. Em 2011, outro estudo incomum relatou que os vermes respondem ao contato com o vírus, produzindo fatores que abafam o vírus - produtos químicos que o encerram - mas, curiosamente, as gerações subsequentes de vermes herdam epigeneticamente esses produtos químicos através de moléculas reguladoras conhecidas como " pequeno RNA ". Agora, existem centenas de estudos semelhantes, muitos deles publicados nas revistas mais prestigiadas e conhecidas. Os biólogos argumentam se a herança epigenética é lamarckiana ou se apenas se assemelha a ela , mas o próprio fato da herança de características adquiridas não pode ser evitado.

Segundo a lógica de Popper, a única demonstração experimental de herança epigenética - a única ovelha negra - deve ser suficiente para convencer os biólogos evolucionistas da possibilidade disso. No entanto, na maioria das vezes, os biólogos evolucionistas não se apressaram em mudar suas teorias. Em vez disso, como sugeriu Lacatos, criamos hipóteses auxiliares que nos permitem manter nosso ponto de vista de longa data (ou seja, que a herança se deve à transferência de genes através de gerações). Isso inclui idéias sobre a raridade da herança epigenética, que ela não afeta propriedades funcionalmente importantes, que é controlada pela genética e que é instável demais para apoiar a disseminação de propriedades por meio da seleção.

Infelizmente para os tradicionalistas, essas tentativas de limitar a herança epigenética não parecem convincentes. Já se sabe que a epigenética é muito comum na natureza, e todos os dias aparecem cada vez mais exemplos. Afeta propriedades funcionalmente importantes, como tamanho do fruto, tempo de floração e crescimento das raízes nas plantas - e, embora apenas uma pequena fração das variantes epigenéticas seja adaptativa, o mesmo se aplica às variantes genéticas, portanto essas bases dificilmente são adequadas para descartar isso. processo. Em alguns sistemas, onde a taxa de alterações epigenéticas foi cuidadosamente medida, por exemplo, uma planta Tal ceifeira (Arabidopsis thaliana), a taxa foi pequena o suficiente para a seleção ocorrer, levando à evolução cumulativa. Modelos matemáticos mostram que sistemas com herança epigenética não evoluem como sistemas que dependem exclusivamente da herança genética - por exemplo, a seleção de marcadores epigenéticos pode levar a alterações na frequência dos genes. Não há mais dúvida de que a herança epigenética nos obriga a mudar nossa abordagem para o estudo da evolução.

Epigenética é apenas parte da história. Da cultura e da sociedade, todos herdamos o conhecimento e as habilidades adquiridas por nossos pais. Os biólogos evolucionistas aceitaram esse fato há pelo menos cem anos atrás, mas até recentemente acreditava-se que isso se aplica apenas às pessoas. Mas isso não é tão simples : as várias criaturas do reino animal adotam socialmente dieta, tecnologia alimentar, prevenção de predadores, comunicação, migração, escolhas de acasalamento e locais de reprodução. Centenas de estudos experimentais demonstraram a disponibilidade de aprendizado social em mamíferos, aves, peixes e insetos.

Entre os dados mais interessantes estão os estudos sobre o cruzamento de grandes mamas e os quebra-cabeças comuns . Quando representantes de uma espécie são criados por representantes de outra, eles mudam vários aspectos do comportamento, aproximando-se do comportamento de seus pais adotivos (incluindo a altura das árvores onde se alimentam, sua escolha de presa, método de alimentação, chamada e canto e até a escolha de um parceiro de acasalamento). Todos assumiram que as diferenças comportamentais entre as duas espécies eram genéticas, mas descobriu-se que muitas tradições são culturais.

Nos animais, a cultura pode durar surpreendentemente. Restos arqueológicos mostram que os chimpanzés usavam ferramentas de pedra para abrir nozes por pelo menos 4300 anos. No entanto, para a herança epigenética, seria errado supor que a cultura animal deva exibir estabilidade semelhante à genética e ter significância evolutiva. No processo de uma única estação de acasalamento, os recursos podem ser desenvolvidos em qualidades que os indivíduos consideram atraentes em seus parceiros; esse processo foi demonstrado experimentalmente para moscas da fruta, peixes, pássaros e mamíferos, e modelos matemáticos mostram que essa “cópia da escolha do parceiro” pode afetar muito a seleção sexual.

Outra ilustração veio do campo do canto dos pássaros. Quando homens jovens aprendem suas canções (geralmente de homens próximos), eles alteram a pressão dos genes através da seleção natural, o que afeta a maneira como os homens adquirem as músicas e quais músicas as mulheres preferem. Sabe-se que a transmissão cultural de canções encoraja a evolução do parasitismo de incubação - quando pássaros, como os cucos, não fazem seus ninhos e põem ovos para outras aves - quando algumas dessas aves parasitas dependem de treinamento cultural para escolher um parceiro. Também promove a especiação, pois as preferências de certos "dialetos" das canções ajudam a manter as diferenças genéticas das populações.

Da mesma forma, o conhecimento culturalmente adquirido sobre a alimentação de baleias assassinas - quando diferentes grupos se especializam em diferentes tipos de peixes, focas ou golfinhos - leva à sua divisão em várias espécies. Certamente, a cultura atinge seu potencial máximo para nossas espécies - já é bem sabido que nossos hábitos culturais foram a principal razão da seleção natural que ocorreu em nossos genes. A produção de laticínios e o consumo de leite levaram à seleção de uma variante genética que aumenta a produção de lactase (uma enzima necessária para a absorção de laticínios), e as dietas agrícolas com amido contribuíram para o aumento da amilase (a enzima correspondente que decompõe o amido).

Todas essas dificuldades não podem ser conciliadas com a abordagem exclusivamente genética da evolução adaptativa, como muitos biólogos já reconheceram. Eles indicam que o processo evolutivo no qual genomas (em centenas e milhares de gerações), modificações epigenéticas e fatores culturais herdados (em várias, talvez dezenas ou centenas de gerações) e efeitos parentais (durante uma única geração) indicam juntos características de adaptação de organismos. Esses tipos extragenéticos de herança dão aos organismos a flexibilidade de se adaptar rapidamente ao ambiente e acarretam alterações genéticas - como um bando barulhento de cães.

Apesar de todos esses novos dados empolgantes, é improvável que eles iniciem uma revolução na evolução, porque a ciência não funciona assim - pelo menos o estudo da evolução. A mudança de paradigma de Kunovsky, como os experimentos críticos de Popper, está mais próxima dos mitos do que da realidade. Estude a história da biologia evolucionária e você não verá nada parecido com uma revolução. Até a aceitação geral da teoria da evolução de Charles Darwin através da seleção natural levou cerca de 70 anos da comunidade científica e, na virada do século 20, eles a encararam com grande ceticismo. Nas décadas seguintes, surgiram novas idéias, foram avaliadas criticamente na comunidade científica e gradualmente se juntaram aos conhecimentos existentes. Na maior parte, a biologia evolutiva foi atualizada sem experimentar períodos de "crise" específica.

A mesma coisa está acontecendo hoje. A herança epigenética não refuta a genética, mas mostra que é apenas um dos vários mecanismos de herança de propriedades. Não conheço um único biólogo que queira quebrar livros didáticos ou jogar fora a seleção natural. O debate sobre biologia evolucionária é sobre se queremos expandir nossa compreensão das causas da evolução e se elas mudam a maneira como encaramos o processo como um todo. Nesse sentido, a "ciência comum" está apenas acontecendo.

Por que então os tradicionalistas entre os biólogos evolucionistas reclamam de errar os evolucionistas radicais que fazem campanha por uma mudança de paradigma? Por que os jornalistas escrevem artigos sobre cientistas pedindo uma revolução na biologia evolutiva? Se ninguém precisa de uma revolução, e as revoluções científicas raramente ocorrem em qualquer caso, de que se trata? A resposta a esta pergunta fornece uma compreensão muito interessante da sociologia na biologia evolutiva.

Uma revolução na evolução é um mito promovido pela improvável aliança de evolucionistas conservadores, criacionistas e mídia. Não tenho dúvida de que há um pequeno número de radicais sinceros e revolucionários, mas a maioria dos pesquisadores que trabalham na direção da síntese evolutiva avançada são simples trabalhadores da biologia evolutiva.

Todo mundo sabe que as sensações vendem bem os jornais, e os artigos que anunciam grandes revoltas estão se tornando populares. Criacionistas e defensores da "criação racional" alimentam essa impressão com propaganda que exagera as diferenças de opinião entre os evolucionistas e dá uma falsa impressão dos cataclismos que ocorrem no campo da biologia evolutiva. O que é ainda mais surpreendente é como os biólogos conservadores afirmam que seus colegas evolucionistas estão travando uma guerra contra eles. Retratar seu oponente como extremista e dizer às pessoas como eles estão sendo atacados é uma antiga tática retórica destinada a vencer uma disputa ou conquistar adeptos.

Sempre associei esses jogos à política, não à ciência, mas agora entendo que era ingênuo. Algumas das fraudes nos bastidores que observei, projetadas para impedir a disseminação de novas idéias por todos os meios, me chocaram e não corresponderam à prática em outras áreas da ciência que eu conhecia. Os cientistas também estão em jogo em carreiras e patrimônio, bem como em financiamento, influência e poder. Incomoda-me que a retórica dos tradicionalistas seja contraproducente, leve à confusão e, sem querer, alimenta o criacionismo, exagerando o tamanho das diferenças.Muitos cientistas respeitados sentem a necessidade de mudanças na biologia evolutiva, para que todos possam ser eliminados, classificados como radicais.

Se a síntese evolutiva estendida não é um apelo a uma revolução na evolução, então o que é e por que precisamos disso? Para responder a essas perguntas, é preciso admitir o que Kuhn estava certo - a saber, que em cada campo científico existem muitas maneiras de pensar compartilhadas por muitas, ou "plataformas conceituais". A biologia evolutiva não é muito diferente nesse sentido, e nossos valores e suposições compartilhados afetam quais dados são coletados, como são interpretados e quais fatores estão envolvidos na explicação de como a evolução funciona.

Portanto, o pluralismo é necessário para a ciência. Lakatos enfatizou que plataformas conceituais alternativas - o que ele chamou de "programas de pesquisa" - podem ser valiosas no sentido em que estimulam o desenvolvimento e o teste de novas hipóteses ou levam a idéias inovadoras. Essa é a principal função do RES - nutrir e descobrir novas áreas de pesquisa e métodos produtivos de pensamento.

Um bom exemplo é o "viés de desenvolvimento". Imagine peixes ciclídeos interessantes da África Oriental. Para dezenas, e possivelmente centenas, de espécies de ciclídeos do Lago Malawi, existem “cópias” de espécies desenvolvidas independentemente no Lago Tanganyika- com forma e forma de alimentação surpreendentemente semelhantes. Essa semelhança é geralmente explicada através da evolução convergente: variantes genéticas aleatórias apareceram como de costume, mas condições ambientais semelhantes escolheram genes que levassem a resultados equivalentes. A maneira como os organismos crescem e se desenvolvem pode limitar as propriedades que aparecem, mas a variação em si é considerada essencialmente aleatória.

No entanto, o nível extremo de paralelismo na evolução nesses dois lagos sugere a possibilidade de fatores adicionais. E se alguns métodos de produção de peixes são mais prováveis ​​que outros? E se uma variação de propriedades estiver inclinada para certas decisões? A criação ainda faria parte da explicação, mas a evolução paralela seria mais provável.

Dentes molares em mamíferos fornecem algumas das evidências mais convincentes para essa distorção. Estudos mostram que você pode usar um modelo matemático baseado em ratos de laboratório para prever o tamanho e o número de dentes em 29 outros tipos de roedores. Em vez de desenvolver livremente qualquer forma ou número de dentes, a seleção natural parece levar as espécies a um caminho muito específico criado por mecanismos de desenvolvimento. A existência de exceções - roedores como ratinhos, com um número diferente de dentes - demonstra que a maneira antiga de pensar (que as restrições de desenvolvimento afetam a seleção) não é inteiramente verdadeira. A influência do desenvolvimento é mais sutil e mais interessante: os mecanismos de desenvolvimento distorcem o cenário para seleção e ajudam a determinar quais recursos devem aparecer.

Tais estudos são empolgantes porque ajudam a biologia evolutiva a se tornar uma ciência mais preditiva. Por que essas idéias não receberam tanta atenção até recentemente? Estamos voltando às plataformas conceituais. Historicamente, os biólogos evolucionários interpretaram a distorção das variações de fenótipo como uma "limitação" - uma explicação de por que a evolução ou adaptação não ocorreu. A maneira como os organismos crescem limita as oportunidades que você pode adquirir ou ao qual pode se adaptar. Os evolucionistas de mentalidade tradicional disseram pouco sobre isso e não aceitaram o papel positivo do desenvolvimento como a causa da mudança e a direção da evolução.

Foi adotado um ponto de vista diferente (neste caso, biologia evolutiva), para o surgimento da motivação para tais experimentos. Do ponto de vista da biologia evolucionária, a distorção explica parcialmente a evolução e adaptação que ocorreram. Os dentes dos roedores e os corpos dos peixes se parecem com isso, porque a maneira como essas criaturas cresceram aumenta a probabilidade de tais características aparecerem. Distorção está se tornando um conceito mais importante nas explicações evolutivas. Trazendo esse fenômeno à luz, o RES espera que ele seja investigado.

O RES, ou pelo menos o modo como é apresentado por meus colegas, é melhor visto como um programa de pesquisa alternativo para a biologia evolutiva. Ele foi inspirado por descobertas recentes na biologia evolutiva e em campos relacionados, e começa com a suposição de que os processos de desenvolvimento desempenham um papel importante como variações fenotípicas novas (e potencialmente úteis), causas de diferenças na capacidade de sobrevivência dessas opções e motivos de herança. Em contraste com a maneira como a evolução era tradicionalmente considerada, no RES, o ônus da criatividade na evolução carrega mais do que a seleção natural. Essa maneira alternativa de pensar é usada para apresentar novas hipóteses e novos programas de pesquisa. Até o momento, estamos apenas no início da jornada, mas já existem sinais visíveis de que esses estudos estão começando a dar frutos.

Se a evolução não puder ser explicada apenas por mudanças na frequência gênica; se mecanismos anteriormente rejeitados, como herança de características adquiridas, provam ser importantes; se a evolução de todos os organismos depende de desenvolvimento, treinamento e outros tipos de plasticidade - tudo isso significa o surgimento de uma avaliação radicalmente nova e muito profunda da evolução? Ninguém sabe: mas, do ponto de vista de nossa pessoa adaptável, passear com cães, a evolução é menos uma caminhada genética vagarosa e mais uma batalha feroz de genes que tentam acompanhar o duro processo de desenvolvimento.

Kevin Laland - Professor de Biologia Comportamental e Evolutiva em St. Andrews, na Escócia, líder do projeto, programa de pesquisa em síntese evolutiva avançada. Seu livro mais recente é Sinfonia Inacabada de Darwin: Como a Cultura Tornou a Mente Humana (2017) [Sinfonia Inacabada de Darwin: Como a Cultura Tornou a Mente Humana].