Evolução

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"Há grandeza nessa visão da vida, com os seus vários poderes, tendo sua aparição original em alguns formulários; na qual, enquanto este planeta tem andado ciclicamente no acordo com a lei fixa da gravidade, a partir de um início, infinitas formas tão simples mais belas e maravilhosas se formaram e estão sendo formadas, evoluindo." - Charles Darwin, A Origem das Espécies [1]

Evolução refere-se a mudar em traços herdados de uma população biológica de geração em geração. Todas as espécies na Terra se originaram pelo mecanismo da evolução, através da descendência de ancestrais comuns. A evolução ocorre como mudanças se acumulando ao longo de gerações. Charles Darwin reconheceu a evolução por seleção natural, também chamado de "descendência com modificação", como o processo fundamental subjacente a toda a vida, se visto em grande escala acima do nível de espécie (macroevolução), em termos de formação de novas espécies, mudanças dentro linhagens e extinção, ou em pequena escala dentro de uma espécie (microevolução), em termos de mudança de frequência gênica. Em poucas palavras, a evolução por seleção natural pode ser simplificada para os seguintes princípios:

• Variabilidade: indivíduos com diferentes amostras populacionais em forma, fisiologia e comportamento.
• Academia diferencial: diferenças entre os indivíduos que conferem diferentes taxas de sobrevivência e reprodução.
• Hereditariedade: diferenças de aptidão que podem ser transmitidas entre as gerações.

Na terminologia genética moderna, a variabilidade das características de uma população é a expressão (fenótipo) de características hereditárias (genes), que, pelo menos na Terra, são armazenadas no DNA (ou, por vezes, RNA ou proteínas). A variabilidade dos traços, em última análise, provém da mutação, e novas combinações de genes são produzidas continuamente através de recombinação como parte da reprodução sexual. O resultado da seleção natural é a adaptação, como uma "mãozinha" para conciliar o organismo e o ambiente. Evolução, definido em genética de populações como as alterações na frequência genética numa população, pode ser influenciada por outros processos além da seleção natural, incluindo a deriva genética (mudanças aleatórias, especialmente em pequenas populações) e o fluxo de genes (em que novos genes entram em uma população de outros populações). Em certo sentido, a mutação é um processo criativo de expansão em que novas possibilidades vêm à existência (a maioria das quais não funcionam tão bem), e isto é equilibrado pela seleção natural, um outro processo criativo de contração que reduz as possibilidades para aqueles que funcionam melhor em um ambiente particular.

Com certeza nos sentíamos bem quando a Terra era plana, a Terra era o centro do universo, a Terra tinha apenas cerca de 6.000 anos, a vida na Terra se originando como a obra de um criador sobrenatural, e quando as espécies foram fixadas (e não evoluindo). E era muito bom quando os seres humanos eram especiais, criados separadamente das outras formas de vida na Terra, não descendendo de um ancestral comum. Assim que se compreendeu a evolução, revolucionou-se toda a nossa visão de mundo. A realidade era superestimada.

Etimologia

A palavra Evolução (do latim -e, que significa "de, fora de," e -volvo, "rolar", portanto, "a desenrolar [como um pergaminho]") foi inicialmente utilizada em 1662, e foi diversas vezes utilizada, inclusive no que concerne ao movimento físico, que descreve manobras táticas cíclicas para realinhamento de tropas ou navios. Na medicina, matemática e escrita em geral, o uso precoce do termo se refere ao crescimento e desenvolvimento dentro dos indivíduos [2] [3].; a sua primeira utilização em relação à mudança biológica ao longo de gerações veio em 1762, quando Charles Bonnet usou seu conceito, agora ultrapassado, de "pré-formação", em que as fêmeas carregavam uma forma de bebê em miniatura (homúnculo) de todas as gerações futuras. O termo ganhou gradualmente significado mais geral de mudança progressiva. Em 1832, o geólogo escocês Charles Lyell referiu a mudança gradual ao longo de grandes períodos de tempo. Charles Darwin só usou tal palavra uma vez, no parágrafo final de A Origem das Espécies (1859), e favoreceu bastante as frases de "transmutação, por meio da seleção natural" e "descendência com modificação". Na síntese moderna posterior da evolução, Julian Huxley e outros adotaram o termo, que assim se tornou o termo técnico aceito usado por cientistas. [4] [5] Embora no uso contemporâneo, o termo "evolução" mais comumente refere-se a evolução biológica, seu uso tem mudado, e a palavra também se refere mais genericamente, a "acumulação de mudança", incluindo em muitas disciplinas além da biologia.

História

Pré-história da evolução

A ideia de que a vida evoluiu ao longo do tempo não é recente, e Charles Darwin, na verdade, vão veio com toda a ideia geral da evolução. Por exemplo, antigos filósofos gregos, como Aristóteles, tinham ideias sobre o desenvolvimento biológico. [6] Mais tarde, em tempos medievais, Agostinho usou a evolução como uma base para a filosofia da história. [6]

Charles Darwin, creditado com a teoria da Seleção Natural

Origens da teoria

O primeiro passo significativo na teoria da evolução foi feito por Carl Linnaeus [7] Sua contribuição levada à ciência foi sua criação do sistema binomial de nomenclatura - Em termos leigos, o nome de duas partes dada às espécies, como Homo sapiens para seres humanos. Ele, assim como outros biólogos de seu tempo, acreditava na fixidez das espécies e, no scala naturae, ou a escala da vida. Suas ideias eram consistentes com os ensinamentos judaico-cristãos do seu tempo.

Erasmus Darwin, avô de Charles Darwin, foi o primeiro cientista a quem o crédito pode ser dado por algo começando a se aproximar dos modernos conceitos de evolução, conforme observado em suas contribuições para a botânica e zoologia. Seus escritos continham muitos comentários (a maioria feita em notas de rodapé e escritos laterais) que sugeriam suas crenças na descendência comum. Ele concluiu que os órgãos vestigiais (tais como o apêndice em humanos) são sobras de gerações anteriores. O Darwin mais velho, no entanto, não ofereceu um mecanismo pelo qual ele acreditava que a evolução poderia ocorrer.

Contribuições do final do século XVIII

Georges Cuvier propôs um mecanismo pelo qual o registro fóssil pode se desenvolver ao longo do tempo, sem evolução - Que até agora era entrado em uso como um termo [8]. Sua hipótese, o catastrofismo, era que uma série de desastres destruiu toda a vida dentro de uma área limitada, e que os organismos vivos se moveram para esta área recém-inaugurada. Esta ideia prefigura, em alguns aspectos, a hipótese de 1970 "equilíbrio pontuado".

Lamarck foi o primeiro cientista a quem o crédito pode ser dado para uma teoria da evolução. [9] A sua ideia foi centrada no uso e desuso, um conceito sobre, quanto mais um organismo usava uma parte específica do seu corpo, mais desenvolvido tal o órgão se tornava dentro de uma espécie. Tal ideia era plausível apenas a nível individual (por exemplo, um levantador de peso irá desenvolver músculos maiores ao longo do tempo, mas não vai passar essa característica para todas as crianças). No entanto, a pesquisa moderna em epigenética sugere que os pais podem induzir alguns traços em sua prole por herança não-genética e que Lamarck, portanto, não estava completamente errado.

Na primeira metade do século 19, os cientistas tinham reunido uma grande quantidade de informações sobre as espécies, e havia de se inferir que a vida na Terra já existia há muito tempo, e que algumas espécies tornaram-se extintas. [10] A seleção natural foi a primeira teoria que proporcionou um mecanismo para explicar estas observações. Antes da teoria da seleção natural, o conceito de que as espécies podem mudar ao longo do tempo havia sido proposto, mas sem uma explicação satisfatória. Alfred Russel Wallace e Charles Darwin chegaram à conclusão, de forma independente, que a competição por recursos e a luta pela sobrevivência ajudou a determinar as alterações tornando-se traços permanentes e sendo descartadas.

A teoria da evolução pela seleção natural, tal como a conhecemos hoje, foi publicada em um documento conjunto por Wallace e Darwin em 20 de Agosto de 1858, com base em observações de Wallace no arquipélago malaio e observações de Darwin ao longo de muitos anos, incluindo aqueles feitos durante sua viagem no HMS Beagle. Os Princípios de Geologia de Charles Lyell, que sugeriam mudanças lentas durante períodos muito longos de tempo, também contribuiu para a nova teoria. [11] Darwin se baseou fortemente em seu conhecimento da experiência humana na criação de animais domésticos (seleção artificial), especialmente as variedades produzidas pelos criadores de pombos (o próprio Darwin sendo um deles), para a sua compreensão de como variações podem se desenvolver dentro de uma população ao longo do tempo. Darwin expôs a sua teoria (na época, uma hipótese) da seleção natural em seus livros A Origem das Espécies e The Descent of Man. [12]

Outros mecanismos

Para mais informações, veja: Evolução Não-Darwiniana.

Embora a seleção natural tenha sido o primeiro mecanismo proposto na teoria da evolução (e continua a ser o mais comum), outras formas de selecção desempenham um papel também importante. A mais notável delas é a seleção sexual, que ocorre devido a alguma preferência hereditária para uma característica em parceiros. A derivação de características através deste mecanismo é impulsionado (geralmente) pela escolha do sexo feminino no parceiro de acasalamento, em vez do impacto direto sobre a aptidão. A seleção sexual, muitas vezes, leva ao aumento de recursos que provavelmente não ocorreriam sob seleção natural, tais como a cauda de um pavão ou os longos pescoços das girafas. [13]

Deve notar-se que a seleção sexual pode ser dividida em duas formas distintas, que na verdade "fazem" as decisões de acasalamento. A primeira delas é a seleção intersexual, e nesta forma de seleção que o sexo limitante (que é geralmente o sexo feminino) vai escolher um parceiro. A outra forma é a seleção intrasexual ou competição de companheiros. Nesta forma de seleção, um sexo (geralmente machos) compete pelo "direito do acasalamento" com membros do outro sexo.

Em adição à seleção, outros mecanismos têm sido propostos, derivados principalmente da genética. A mais controversa é a importância da simbiose (que foi reconhecida no caso das origens das eucariontes). Uma ideia universalmente rejeitada é o Lamarckismo ou variações dirigidas (e não aleatórias).

O eclipse do Darwinismo

O "eclipse do Darwinismo" é uma frase usada para descrever o estado de coisas antes da síntese moderna, quando a evolução foi amplamente aceita nos círculos científicos, mas relativamente poucos biólogos acreditavam que a seleção natural era o seu principal mecanismo. Mecanismos não-darwinianos alternativos à evolução como o neo-Lamarckismo, o Saltacionismo ou a Orto-gênese foram defendidos. Estes mecanismos foram incluídos na maioria dos livros até a década de 1930, mas foram rejeitadas pelos teóricos da síntese neodarwinista da década de 1940, por terem provado o papel da seleção natural na evolução. [14]

Síntese Moderna

A síntese evolutiva moderna é uma união de ideias de várias especialidades biológicas que tentam explicar como a evolução prossegue. Foi aceita por muitos cientistas. Também é referida como a síntese moderna, a síntese evolutiva, a síntese neodarwiniana, ou a teoria sintética da evolução. A síntese foi produzida entre 1936 e 1947 devido à conciliação da genética mendeliana com a seleção natural em um quadro gradual de evolução. A síntese de seleção natural darwiniana (1859) e a herança mendeliana (1865) são as pedras angulares do neodarwinismo. [15]

Julian Huxley (1887 - 1975) inventou o termo, quando produziu seu livro, Evolution: The Modern Synthesis (1942). Outras figuras importantes na síntese moderna incluíram R.A. Fisher (1890 - 1962), Theodosius Dobzhansky (1900 - 1975), Ernst Mayr (1904 - 2005), George Gaylord Simpson (1902 - 1984), e G. Ledyard Stebbins (1906 - 2000).

Extensão da Síntese Evolucionária

Durante a última década, as novas concepções da teoria da evolução surgiram sob o "termo guarda-chuva" de "Síntese estendida", que se destina a alterar a Síntese Moderna existente. Esta proposta síntese estendida incorpora novas possibilidades de integração e expansão na teoria da evolução, como o desenvolvimento evolutivo, a Herança epigenética e o Nicho de construção. Seus defensores incluem Massimo Pigliucci, Gerd Müller, e Eva Jablonka. [16] Em 2008, dezesseis cientistas reuniram-se no Instituto Konrad Lorenz, em Altenberg, Áustria, para propor a síntese estendida. [17]

Princípios da Evolução

A teoria da evolução tem em seu núcleo três princípios, observações de padrões dentro da natureza. Estes três padrões foram observados tanto por Darwin quanto por Wallace, e eles eventualmente deram origem à moderna teoria da evolução por seleção natural. [18]

Variabilidade natural

Darwin e Wallace tanto observaram que populações exibem tanto variabilidade natural em forma, quanto fisiologia e comportamento (variabilidade fenotípica). Por exemplo, dentro de uma população, alguns membros podem ser muito grandes, alguns podem ser muito pequenos, e outros podem estar no meio desses. Esta variabilidade natural é a fonte fundamental sobre o qual a seleção natural age.

Aptidão Diferencial

Tendo observado que existe variabilidade natural, os biólogos evolucionários primitivos também observaram que algumas destas variantes dotam seu possuidor com alguma vantagem competitiva sobre os outros membros da espécie, conferindo maior sobrevida ou reprodução. Embora, no início, as implicações desse fato não estivessem claras, os escritos de Thomas Malthus estimularam Darwin e Wallace a reconhecer que os indivíduos que têm traços que aumentam a sua capacidade de sobreviver e se reproduzir repassam esses traços às gerações seguintes. Aptidão diferencial, também conhecida como sucesso reprodutivo diferencial, em essência, é o processo pelo qual características aumentam a sobrevivência e reprodução ganham maior representatividade nas gerações subsequentes.

Hereditariedade

Só se a variação é hereditária, irá conferir uma vantagem para as gerações futuras. Embora os cientistas evolucionários primitivos não tivessem o benefício de ferramentas moleculares modernas, eles supuseram que a fonte de variação deve, em parte, ter uma base hereditária, em contraste com a variação expressa unicamente em resposta a diferentes condições ambientais. Na verdade, uma das primeiras previsões feitas pela teoria evolutiva foi a existência de um fator hereditário, agora conhecido como DNA!

Assim, a combinação da variabilidade fenotípica, conveniência diferencial e hereditariedade da aptidão definem a evolução por seleção natural. Darwin e Wallace chegaram independentemente à conclusão de que esses organismos mais adaptados ao seu ambiente iriam sobreviver para produzir mais descendentes. Por conseguinte, o fator hereditário responsável iria aumentar a frequência na população. [19]

Padrões na natureza

A biologia evolutiva procura explicar os seguintes três grandes padrões observáveis ​​em toda a vida.

Diversidade

A diversidade é fundamental à vida em todos os níveis de organização: ecossistemas, comunidades, espécies, populações, indivíduos, órgãos e moléculas.

De acordo com o Genetic Variation Program arm of the National Human Genome Research Institute, cerca de 99,5% do DNA humano é o mesmo de pessoa para pessoa. As outras contas de 0,5% para um número são traços simples e complexos que possuímos. [20] Existe uma enorme diversidade genética dentro de quase todas as espécies, incluindo humanos. Não existem dois indivíduos que tenham uma sequência idêntica de DNA, com excepção de gémeos ou clones idênticos. Esta variação genética contribui para a variação fenotípica - isto é, a diversidade na aparência e no comportamento dos indivíduos da mesma espécie.

Adaptação

Populações tem de adaptar-se ao seu ambiente para sobreviver.

Organismos vivos têm características morfológicas, bioquímicas e comportamentais que os tornam bem adaptados para a vida nos ambientes em que são normalmente encontrados. Por exemplo, considere os ossos ocos e penas de aves que lhes permitem voar, ou a coloração enigmática que permite que muitos organismos se escondam de seus predadores ou presas. Esses recursos podem dão a aparência superficial de que os organismos foram desenhados por um criador (ou engenheiro) para viver em um ambiente particular. A biologia evolutiva tem demonstrado que as adaptações surgem através da seleção sobre a população através de variação genética.

Divergência

As espécies evoluíram por caminhos diferentes de um ancestral comum.

Todas as espécies vivas diferem uma da outra. Em alguns casos, estas diferenças são sutis, enquanto em outros casos as diferenças são dramáticas. Carl Linnaeus (1707-1778) propôs uma classificação que é usada ainda hoje com ligeiras alterações. No esquema moderno, espécies relacionadas são agrupadas em gêneros, gêneros relacionados em famílias, e assim por diante. Este padrão hierárquico de relacionamento produz um padrão de árvore, o que implica um processo de divisão e divergência de um ancestral comum. Enquanto Linnaeus classificava as espécies usando características físicas semelhantes, biólogos evolutivos modernos usam a classificação com base na análise de DNA, onde podem distinguir as semelhanças superficiais entre as espécies e as que são devidas à ancestralidade comum.

Mecanismos da Evolução

A evolução biológica resulta de alterações ao longo do tempo na constituição genética das espécies. A acumulação de variações genéticas frequentemente, mas nem sempre, produz mudanças perceptíveis na aparência ou no comportamento dos organismos. A evolução requer tanto a produção de variação quanto a propagação de algumas variantes que substituem outras. [21]

Descendência com mutações genéticas sendo diferentes de seus pais

A variação genética surge através de dois processos, mutação e recombinação. A mutação ocorre quando o DNA é copiado imperfeitamente durante a replicação, ou por alterações no material genético causado por agentes mutagênicos, tais como a radiação, que conduzem a uma diferença entre o gene de um pai e de sua descendência. Algumas mutações afetam apenas um pouco do DNA; outras produzem rearranjos de, ou alterações, nos grandes blocos de DNA.

Os genes podem ser embaralhadas entre os organismos

A recombinação ocorre quando os genes de ambos os pais são embaralhados para produzir uma prole, como acontece em todos os casos da reprodução sexual. Normalmente, os dois pais pertencem à mesma espécie, mas às vezes (especialmente em bactérias) genes movem-se entre os organismos de parentesco mais distante.

Nem todas as mutações se fixam numa população

O destino de qualquer variante genética particular depende de dois processos, a deriva e a seleção. A deriva refere-se a flutuações aleatórias na frequência do gene, e os seus efeitos são geralmente vistos ao nível do DNA. Dez jogadas de uma moeda nem sempre (ou mesmo nem geralmente) produzem exatamente cinco caras e cinco coroas; A deriva refere-se à mesma questão estatística aplicada à transmissão de variantes genéticas através das gerações. A deriva genética é inversa ao tamanho da população; isto é, deriva genética tem um efeito maior em populações pequenas do que em maiores. Por exemplo, se uma pequena parte da população tornar-se isolada geograficamente, os seus membros irão desenvolver novos traços mais rápido.

A seleção natural garante que os mais aptos sejam mais suscetíveis de transmitir seus genes

O princípio da seleção natural foi descoberto por Charles Darwin (1809-1882) e é o processo pelo qual os organismos se adaptam aos seus ambientes. A seleção ocorre quando alguns organismos individuais têm genes que codificam características físicas ou comportamentais que lhes permitam ter melhores recursos de colheita, evitar predadores, reproduzir com sucesso, e assim por diante, em relação a outros indivíduos que não carregam esses genes. Os indivíduos que têm mais recursos úteis (adaptativos) tendem a deixar mais descendentes do que outros indivíduos, de modo que os genes responsáveis ​​se tornarão mais comuns ao longo do tempo, levando a população como um todo a se adaptar melhor.

A duplicação de genes permite que novos genes sejam adicionados a um genoma

Através de uma variedade de mecanismos, a duplicação do gene pode ocorrer e dar origem a dois genes idênticos no genoma. Uma vez que apenas um destes genes é necessário, o outro gene pode sofrer mutações sem ter um efeito adverso sobre a função original do gene. Estes genes duplicados chamados parálogos pode dar origem a famílias de proteínas com funções semelhantes, mas distintamente diferentes. Por exemplo, a família das proteínas olfativa é composta por cerca de 900 receptores de cheiro diferentes que todos surgiram através de duplicação de genes seguido por mutação desimpedida.

Espécies distintas divergindo de um ancestral e já não podendo cruzar

O processo que muitas pessoas acham mais confuso sobre a evolução é a especiação, que não é um mecanismo separado do todo, mas sim uma consequência dos mecanismos anteriores jogados fora no tempo e no espaço. A especiação ocorre quando uma população muda suficientemente ao longo do tempo que se torna conveniente referir as formas precoce e tardia por nomes diferentes. A especiação também ocorre quando uma população se divide em duas formas distintas que não podem procriar. O isolamento reprodutivo não costuma acontecer em uma geração; ele pode necessitar de muitas milhares de gerações quando, por exemplo, uma parte de uma população torna-se geograficamente separada do resto e adapta-se a um novo ambiente. Dado o tempo, é inevitável que duas populações que vivem distante irão divergir por mutação, com a deriva e a seleção, até que, eventualmente, os seus genes não são mais compatíveis para reprodução bem sucedida.

Evolução Espacial

Trabalhando ao lado da seleção natural (morte e pressão de sobrevivência), a evolução espacial é causada por indivíduos com variação aleatória que são selecionados de forma não-padronicamente pela rapidez com que são levados para longe das populações de origem. Quanto mais rápido o indivíduo se prolifera, mais rapidamente ocorrerá o acasalamento, levando a prole rápida. Isto é tanto morfológico quanto comportamental. Os indivíduos "correm" seu caminho para se tornar uma espécie distinta. Exemplos de evolução espacial são recentes. Por exemplo, pesquisadores australianos têm detalhado um novo mecanismo de evolução que não é baseado na seleção natural, mas sim sobre a forma como as populações de organismos, tais como sapos-cururu, movimentam-se. [22] [23]