Estudos sobre os genes lançam luz sobre a evolução

Gareth Cook

Para entender uma das mais recentes teorias sobre a evolução, pense no
programa de televisão "Iron Chef" (literalmente, "Chef de Ferro").

Dois chefs concorrentes recebem um determinado ingrediente e, a seguir,
correm a criar pratos. Ambos começam com, digamos, carne de lagosta, mas um deles pode produzir uma salada de lagosta com algas, enquanto o outro pode apresentar almôndegas de lagosta e milho.

Substituam os ingredientes culinários por genes, e isso explicará como os humanos podem ser tão similares aos chimpanzés - que compartilham mais de 98% do nosso código genético - e ao mesmo tempo tão diferentes. Os cientistas acreditam que, para se tornarem humanos, os indivíduos não criam muitos genes novos. Eles fazem uso diferente daqueles genes que já possuem.

Em dezembro, pesquisadores da Universidade Duke anunciaram algumas das primeiras evidências concretas para reforçar esta idéia. Eles se concentraram em um gene responsável pela fabricação de uma proteína envolvida com a memória e a percepção. Embora a proteína seja exatamente a mesma nos cérebros dos humanos e dos chimpanzés, a equipe descobriu que os humanos desenvolveram minúsculas mudanças genéticas que fazem com que as células cerebrais façam, ou "expressem", uma parcela maior da proteína crucial, talvez ajudando o cérebro humano a funcionar melhor. Um pouco mais dessas proteínas aqui, um pouco menos delas acolá, e - voila -, um chimpanzé se transforma em um humano.

A pesquisa sobre os chimpanzés é parte de uma profunda mudança conceitual. Os biólogos há muito suspeitavam de que a "expressão de genes" - a forma como as células fabricam uma quantidade maior de certas proteínas, e menor de outras - poderia ser importante para responder a várias questões biológicas. Mas agora alguns cientistas acreditam que esse processo possa desempenhar um papel vital na explicação de como uma espécie evolui até se tornar uma outra com uma velocidade às vezes impressionante.

"Aquilo que costumávamos ver como mudanças grandes e complexas são de fato notavelmente fáceis de se conseguir por meio de mudanças na expressão dos genes", afirma Gregory A. Wray, professor de biologia da Universidade Duke que liderou a pesquisa sobre os chimpanzés. "Isso está modificando a forma como pensamos sobre a evolução".

A nova pesquisa sobre a expressão dos genes poderia fornecer uma resposta para um problema que vem confundindo os biólogos desde Darwin, e que foi recentemente adotado pelos proponentes do desenho inteligente: a idéia de que a vida é demasiadamente complexa para ter ocorrido sem o auxílio de um ser superior. Com a "sobrevivência do mais apto", é fácil enxergar que um leão que corre mais rapidamente será um melhor caçador e, portanto, terá mais chances de sobreviver e de passar esse atributo aos seus descendentes. Com o passar do tempo, essas melhorias se acumulam, e os leões evoluem.

Mas de onde vêm essas mudanças em primeiro lugar? Ou, em outras palavras, como é que uma única e aleatória mudança genética seria capaz de melhorar
algo tão complexo como, digamos, as pernas de um leão, com todas as suas
articulações, tendões, nervos e músculos?

"Precisamos entender como se chegam aos vários tipos de novidades - a primeira mão, o primeiro olho, o primeiro cérebro", argumentou Marc Kirschner, em uma recente palestra na Escola de Medicina da Universidade Harvard, da qual é professor. "É a variedade da vida que necessita de explicação". Kirschner é co-autor de um novo livro, "The Plausibility of Life" ("A Plausibilidade da Vida"), sobre as fontes biológicas da mudança evolucionária.

A pesquisa sobre a expressão de genes, e particularmente um campo ativo
chamado de "biologia do desenvolvimento evolucionário", está agora
respondendo a esta pergunta, segundo Sean B. Carrol, cientista da
Universidade de Wisconsin-Madison e do Instituto de Medicina Howard Hughes.

Em cada célula, existem genes que criam as proteínas, que são os blocos construtores da vida. Mas essas proteínas podem também funcionar como sinais, "ligando" ou "desligando" outros genes. As proteínas desses genes podem afetar ainda mais genes. Assim, uma proteína de um único gene pode desencadear uma série de outras mudanças. Um estudo publicado na revista "Nature" da semana passada por cientistas da Universidade Yale revelou que, à medida que os humanos evoluíam a partir dos seus ancestrais macacos, os genes reguladores tinham maior probabilidade de sofrer mudanças do que os genes que não modificavam outros genes.

As mudanças na expressão de genes são particularmente importantes durante o desenvolvimento embrionário. Segundo Carrol e outros cientistas, uma pequena, ou acidental, alteração genética pode provocar mudanças na expressão de muitos genes, o que altera a forma como o corpo de um animal se desenvolve antes que ele nasça. Por exemplo, a modificação de um único gene em uma mosca da fruta fará com que ela tenha uma perna, e não uma antena, na cabeça. De certa forma, a mutação modificou o sinal biológico que significa "ponha uma antena aqui" para "ponha uma perna aqui". Às vezes, tal mudança genética - e todas as mudanças físicas por ela causada - farão com que o animal se adapte melhor ao seu meio, e assim ocorre a evolução.

Os biólogos são praticamente unânimes em concordar que a expressão de genes é importante, mas o seu papel na evolução ainda é uma questão bastante em aberto porque só recentemente os pesquisadores começaram a encontrar exemplos claros.

Uma das suas descobertas mais notáveis é a pesquisa publicada sobre aquilo que passou a ser chamado de "Os tentilhões de Darwin". Quando o navio de Charles Darwin, o Beagle, chegou às Ilhas Galápagos, ao largo da costa do Equador, em 1835, o jovem naturalista ficou particularmente fascinado pelos tentilhões. Em cada uma das ilhas, estes pássaros de penas amarronzadas pareciam similares, mas os seus bicos eram diferentes.

Em algumas das espécies, os tentilhões possuíam bicos largos e fortes, ideais para romper sementes duras, enquanto em outras os bicos eram mais finos, apropriados para atingir o pólen das flores ou perfurar frutas. Darwin concluiu que os tentilhões tiveram início como uma única espécie,mas depois se diferenciaram nas espécies que ele observou, possuindo cada uma delas bicos adaptados para aproveitar os tipos específicos de alimentos encontrados em seus respectivos ambientes. Os tentilhões contribuíram para inspirar a teoria da evolução de Darwin.

Em 2004, uma equipe liderada pelo professor da Escola de Medicina da
Universidade Harvard, Cliff Tabin, demonstrou que várias alterações
complexas no bico - uma estrutura mais robusta, que precisa se adequar aos ossos remodelados do crânio - poderiam ser explicadas por uma única
alteração genética. Quando um gene específico, chamado Bmp4, surgia
precocemente durante o desenvolvimento do bico, os tentilhões adquiriam
bicos mais robustos, de acordo com um trabalho publicado no periódico
"Science". A sua equipe, que incluía Arhat Abzhanov, da Escola de Medicina da Universidade Harvard, fez tal descoberta ao ativar artificialmente o gene no estágio inicial do desenvolvimento de uma galinha. O bico da galinha lembrava mais aquele dos tentilhões quebradores de sementes de Darwin.

A equipe de Tabin não identificou o que faz com que o gene se manifeste mais precocemente em alguns tentilhões, mas sabe-se que ele faz com que outros genes se tornem mais ou menos ativos. Tais genes, conhecidos como genes reguladores, agem como os coreógrafos de um animal em desenvolvimento. De certa forma, o gene pode ser imaginado como um ponteiro: mova-o para cima, e toda a estrutura do bico terá um determinado formato; mova-o para baixo, e o bico terá um formato diferente.

Assim, isso explica como pequenas mudanças genéticas aleatórias podem criar um conjunto coordenado de mudanças capaz de resultar em um animal mais bem adaptado. Trata-se apenas do girar de um ponteiro, motivado por uma alteração genética acidental.

Outros cientistas descobriram sistemas similares em funcionamento na
evolução de outras formas de vida. Carroll, autor de um recente livro sobre a biologia do desenvolvimento evolucionário, "Endless Forms Most Beautiful" ("As Formas Infinitas São as Mais Belas"), documentou alterações nos genes reguladores que modificam os padrões de manchas nas moscas das frutas. John Doebley, um outro cientista da Universidade de Wisconsin-Madison, identificou pequenas alterações que auxiliavam o teosinto, uma planta que se parece com uma grande gramínea, a se transformar no milho selvagem, a planta que era uma fonte de alimento para os nativos da América.

Um outro exemplo é o aumento dramático do tamanho dos cérebros humanos comparados àqueles dos nossos primos macacos, segundo Christopher A. Walsh, chefe do departamento de genética do Hospital Infantil de Boston. Ele ajudou a identificar um gene que, quando sofre mutação, faz com as crianças nasçam com cérebros com menos da metade do tamanho normal - na verdade, comparáveis em tamanho ao cérebro de um chimpanzé. O que é notável quanto a essa doença, denominada microcefalia, é que ela não é fatal. Ela é debilitante, mas os pacientes aprendem a andar por conta própria, e às vezes até a falar umas poucas palavras.

Walsh sugere que isso dá a entender que mudanças neste gene específico, ocorridas há muito tempo, podem ter ajudado os humanos a desenvolverem cérebros maiores. O gene não parece estar envolvido na regulação de outros genes, mas ele demonstra como uma mudança relativamente pequena pode causar um efeito dramático.

Embora Walsh e outros cientistas estejam utilizando as últimas ferramentas da genética, eles estão seguindo a trilha de questões que estão presentes desde um período bem anterior a Darwin: como explicar a enorme variedade da vida, de elefantes com presas de marfim a besouros, de humanos a beija-flores? A lenta acumulação de novos genes durante vários milhões de anos é uma parte crucial da resposta. Mas também importantes são as diminutas alterações que fazem com que algo surpreendente e novo venha a existir. Danilo Fonseca

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