Evolução, indivíduos e populações

Ao nível do indivíduo, o estudo da genética mostra como as características são transmitidas aos descendentes, permitindo a previsão das probabilidades de que um determinado indivíduo apresente alguma característica fenotípica.

Com relação ao grupo, o estudo da genética tem significação adicional, pois revela como os processos evolutivos são responsáveis pela diversidade da vida na Terra.

Um conceito importante em Genética é o de população, grupo de indivíduos que se reproduzem.

Agrupamento de genes refere-se a todas as variações genéticas apresentadas pelos membros de uma população.

É dentro das populações que a seleção natural acontece, uma vez que alguns membros não contribuem em igual medida para a geração seguinte.

No plano da genética de populações, a evolução pode ser definida como mudança na frequencia de alelos da população. Alelos são formas alternadas de genes. Conhecida como microevolução, esta proporção relativa se modifica geração após geração, conforme o sucesso reprodutivo variável dos indivíduos que compõem uma população.

Quatro forças evolutivas são responsáveis pelas mudanças genéticas que fundamentam a variação biológica presente nas espécies atuais. Como a variação está no centro da evolução, essas forças evolutivas criam e padronizam a diversidade. São elas:

Mutação

A fonte principal da mudança evolutiva é a mutação de genes, pois constantemente ela introduz novas variações. Embora algumas mutações possam ser benéficas ou prejudiciais para os indivíduos, a maior parte delas é neutra. Entretanto, no sentido evolutivo, a mutação aleatória é inerentemente positiva, pois é a fonte mais importante de novas variações genéticas.

Novos aspectos do organismo, como andar sobre duas pernas, em contraste a andar com as mãos, como nossos parentes mais próximos, chimpanzés e gorilas, dependeram da mutação genética.

Uma mutação aleatória pode gerar um novo alelo. Este, por sua vez, criará uma proteína modificada que possibilitará a realização de uma nova tarefa biológica. Sem a variação provocada por mutações aleatórias, as populações não podem se modificar, ao longo do tempo, como respostas às mudanças ambientais.

Para as espécies que se reproduzem sexualmente, como os seres humanos, as únicas mutações com alguma consequência evolutiva são aquelas que ocorrem nas células sexuais, já que essas células formam as futuras gerações.

As mutações podem surgir sempre que ocorrem erros na reprodução durante a divisão das células.

Isso pode envolver alguma mudança em uma única base de uma sequência de DNA ou, em outro extremo, na realocação de grandes segmentos de DNA, inclusive de cromossomos inteiros.

Agora mesmo, enquanto estudo nosso assunto, o DNA de cada célula de seu organismo está se danificando. Felizmente, as enzimas que reparam o DNA procuram erros constantemente, eliminando os segmentos danificados e preenchendo os espaços vazios.

Esses mecanismos de reparo evitam doenças como o câncer e garantem que tenhamos uma cópia exata da hereditariedade de nossos pais. Os genes que controlam os reparos do DNA, portanto, formam uma parte crítica da formação genética de qualquer espécie.

Como nenhuma espécie consegue reparar perfeitamente o DNA, novas mutações surgem continuamente, de modo que todas seguem evoluindo.

Os geneticistas calcularam as taxas em que os vários tipos de genes mutantes aparecem. Nas populações humanas, elas variam aproximadamente cinco mutações por milhão de células sexuais formadas; no caso de uma anormalidade que provoca a ausência da íris no olho, até quase cem por milhão; e no caso de um gene relacionado a um tipo de distrofia muscular, a média é de aproximadamente trinta mutantes por milhão.

Os fatores ambientais podem aumentar a taxa de ocorrência das mutações. Tais fatores incluem certos corantes, antibióticos e produtos químicos usados na preservação dos alimentos. A radiação, de origem industrial ou solar, representa outra causa importante. Também existem evidências de que o estresse pode acrescer essas taxas, aumentando a diversidade necessária para a seleção, caso ocorra a adaptação bem-sucedida.

Nos humanos, assim como em todos os animais multicelulares, a própria natureza do material genético garante a ocorrência de mutações.

Por exemplo, o fato de os genes serem divididos por trechos de DNA que não fazem parte daquele gene aumenta as chances de que um simples erro de "edição" no processo de cópia do DNA provoque mutações.

Embora os indivíduos possam sofrer com isso, as mutações também conferem versatilidade às populações, fazendo com que uma espécie se adapte com maior rapidez às mudanças ambientais. É importante compreender que as mutações ocorrem aleatoriamente; portanto, não surgem da necessidade de alguma nova adaptação.

Deriva genética

Durante o período de vida, cada indivíduo está sujeito a uma série de eventos aleatórios que afetam sua sobrevivência.

Por exemplo, um esquilo com boa saúde e determinadas características positivas pode morrer em um incêndio casual na floresta; um filhote de puma geneticamente bem adaptado talvez não sobreviva mais que um dia, se a mãe morrer em uma avalanche, enquanto o filhote mais fraco de uma fêmea que não morre pode sobreviver.

Em uma população grande, tais acidentes naturais não são importantes. Os acidentes que preservam os indivíduos com certos alelos serão equilibrados pelos acidentes que os destroem. Entretanto, em populações pequenas, essa média talvez não seja possível e podem variar em função da casualidade.

Como hoje as populações humanas são muito grandes, podemos supor que o ser humano não seja afetado pela deriva genética. Contudo, um evento casual, como o deslizamento de uma rocha que mata cinco indivíduos em uma cidade pequena, com população de 10 mil pessoas, poderia alterar significativamente a frequência de alelos no agrupamento local de genes.

Fluxo de genes

Intercâmbio genotípico entre as populações

Outro fator que promove mudanças no agrupamento de genes de uma população é o fluxo de genes, a introdução de novos alelos (formas alternadas de genes) de populações próximas.

O cruzamento permite que genes "já testados" entrem e saiam de populações, aumentando assim a quantidade total de variação presente.

A migração de grupos ou indivíduos para territórios ocupados por outros pode provocar o fluxo de genes. Os fatores geográficos também afetam o fluxo.

Por exemplo, se um rio separa duas populações de mamíferos pequenos, evitando o cruzamento, elas começarão a acumular diferenças genéticas aleatórias por causa desse isolamento. Se o rio mudar seu curso e essas populações conseguirem cruzar livremente, os novos alelos, que podem estar presentes em apenas uma delas, passarão a existir em ambas, como resultado do fluxo de genes.

Entre os seres humanos, fatores sociais, como regras de acasalamento, conflitos entre grupos, ou nossa capacidade de viajar por grandes distâncias, afetam o fluxo de genes.

Por exemplo, nos últimos quinhentos anos, houve introdução de alelos nas populações das Américas Central e do Sul, tanto dos colonizadores espanhóis e portugueses quanto dos africanos trazidos como escravos.

As migrações mais recentes de pessoas da Ásia aumentaram essa mistura. Quando o fluxo de genes está presente, a variação aumenta. Em toda a história da vida humana na Terra, o fluxo de genes é importante porque evita que as populações se transformem em espécies diferentes.

Seleção natural

Embora o fluxo de genes e a deriva genética possam provocar mudanças na frequência de alelos de uma população, essa mudança não faria necessariamente com que ela fosse mais bem adaptada a seu ambiente social e biológico.

A seleção natural, força evolutiva descrita por Darwin, é responsável pela mudança adaptativa.

Adaptação corresponde a uma série de ajustes benéficos ao meio ambiente. Ela não é um processo ativo, é resultado da seleção natural.

Como veremos em nosso curso, os seres humanos conseguem se adaptar ao meio ambiente por intermédio da cultura, assim como da biologia. Quando a adaptação biológica ocorre no nível genético, a seleção natural entra em ação.

Seleção natural refere-se ao processo evolutivo pelo qual a variação genética no nível da população é formada para se adaptar a condições ambientais. Em outras palavras, em vez de uma seleção completamente aleatória de indivíduos cujas características serão transmitidas para a geração seguinte, existe a seleção realizada pelas forças da natureza. Nesse processo, a frequência das variações genéticas para características prejudiciais ou não adaptativas na população diminui, enquanto a frequência das variações genéticas para características adaptativas aumenta. Com o tempo, as mudanças na estrutura genética da população se tornam visíveis na biologia ou no comportamento, e tais mudanças podem resultar na formação de novas espécies.

A capacidade de adaptação de estruturas e funções orgânicas, mesmo que seja fonte de fascínio e admiração, não é perfeita. Isso acontece porque a seleção natural só opera com o que existe no estoque de variação genética; ela não consegue criar algo completamente novo.

A variação evita que as populações morram ou que as espécies desapareçam do ambiente em constante mudança. Citando um biólogo evolutivo, evolução é um processo de conserto, não de criação. Esse conserto geralmente envolve o equilíbrio de efeitos benéficos e prejudiciais de um determinado alelo em um ambiente específico.