Descobertas contestam hegemonia de Darwin e recuperam Lamarck

Características adquiridas em vida afetam genética e evolução das espécies, escreve professor escocês
por Kevin Laland

Resumo

Autor afirma que pesquisas recentes indicam que a evolução das espécies é um fenômeno mais complexo do que se imaginava e não pode ser explicado apenas pela seleção natural. Defensor de uma teoria alternativa (a síntese evolutiva estendida), ele argumenta que a ciência tem dificuldade para incorporar novas ideias.

Quando pesquisadores da Universidade Emory, em Atlanta, treinaram camundongos para sentir medo do cheiro de amêndoas (aplicando choques elétricos acompanhados pelo odor), eles descobriram, consternados, que os filhos e netos desses camundongos temiam espontaneamente o mesmo cheiro. Isso não deveria acontecer.

Gerações de estudantes sempre souberam que é impossível herdar características adquiridas. Um camundongo não deveria nascer com algo que seus pais aprenderam durante a vida, assim como aquele que perde a cauda em um acidente não dá à luz filhotes sem cauda.

Se você não é biólogo, pode ser perdoado por estar confuso com o estado da ciência evolutiva. A biologia evolutiva moderna data de uma síntese que emergiu nas décadas de 1940 a 1960, casando o mecanismo da seleção natural de Charles Darwin com as descobertas de Gregor Mendel sobre como os genes são herdados.

A visão tradicional e ainda dominante reza que as adaptações — desde o cérebro humano até a cauda do pavão— são integral e satisfatoriamente explicadas pela seleção natural (e a subsequente transmissão de características aos descendentes).

Porém, com a chegada de ideias novas vindas da genómica, epigenética e biologia do desenvolvimento, a maioria dos especialistas em evolução concorda que seu campo se encontra em transformação. Boa parte dos novos dados indica que a evolução é algo mais complexo do que presumíamos.

Alguns biólogos evolutivos, entre os quais me incluo, têm pedido uma caracterização mais ampla da teoria evolutiva, conhecida como síntese evolutiva estendida (SEE). Uma questão central é saber se o que ocorre com organismos durante sua vida —seu desenvolvimento— pode exercer papel importante e até agora imprevisto na evolução. (nota: para saber mais sobre consulte Extended evolutionary synthesis)

A visão ortodoxa estabelece que processos do desenvolvimento são em grande medida irrelevantes para a evolução, mas a SEE os considera cruciais. Protagonistas com credenciais respeitadas surgem de ambos os lados do debate; professores de universidades tradicionais e membros de academias nacionais discordam completamente quanto aos mecanismos da evolução. Algumas pessoas até se perguntam se há possibilidade de uma revolução.

Em seu livro "Da Natureza Humana" (1978), o biólogo evolutivo Edward O. Wilson afirmou que a cultura humana está presa a uma coleira genética. Foi uma metáfora controversa por duas razões. Primeiro, como veremos, porque também é verdade que a cultura segura os genes em uma coleira. Em segundo lugar, embora deva haver uma propensão genética ao aprendizado cultural, poucas diferenças culturais podem ser explicadas por diferenças genéticas subjacentes.

Mesmo assim, a frase tem potencial explicativo. Imagine uma pessoa (os genes) caminhando enquanto controla um cão forte (a cultura humana). A trajetória (o caminho da evolução) reflete o resultado da disputa entre a pessoa e o cão.

Agora imagine essa pessoa tentando controlar vários cães, presos por coleiras de comprimentos diferentes e puxando em direções distintas. Todos esses puxões representam a influência de fatores do desenvolvimento, incluindo epigenética, anticorpos e hormônios transmitidos pelos pais, além do legado ecológico e da cultura que eles deixam a seus descendentes.

Uma pessoa lutando para passear com os cães é uma boa metáfora para ilustrar como a SEE visualiza o processo adaptativo. Isso requer uma revolução na evolução?

Revolução Científica

Antes de podermos oferecer uma resposta, precisamos examinar como funciona a ciência. As melhores autoridades aqui não são biólogos, mas filósofos e historiadores da ciência. O livro "A Estrutura das Revoluções Científicas" (1962), de Thomas Kuhn, popularizou a ideia de que as ciências mudam por meio de revoluções no entendimento. Essas mudanças de paradigma ocorreriam depois de uma crise de confiança na velha teoria, que aconteceria pelo acúmulo de dados conflitantes.

Há também Karl Popper e sua conjectura de que teorias científicas não podem ser comprovadas, mas podem ser falsificadas.

Considere a hipótese "todas as ovelhas são brancas". Popper afirma que nenhuma quantidade de constatações condizentes com a hipótese poderia atestar sua correção, pois nunca estaria descartada a possibilidade de dados conflitantes surgirem no futuro. Inversamente, a observação de uma única ovelha negra desmentiria a hipótese de uma vez por todas. Segundo Popper, cientistas deveriam realizar experimentos críticos com potencial de desmentir suas teorias.

Embora muito difundidas, as ideias de Kuhn e Popper não estão a salvo de controvérsia entre filósofos e historiadores da ciência. O pensamento contemporâneo nesses campos é mais bem captado por Imre Lakatos em "The Methodology of Scientific Research Programmes" (a metodologia de programas de pesquisa científica, 1978): "A história da ciência refuta tanto Popper quanto Kuhn. Examinados de perto, tanto os experimentos cruciais popperianos quanto as revoluções kuhnianas se revelam mitos".

Os argumentos de Popper podem fazer sentido, mas não mostram como a ciência funciona no mundo real. Observações científicas são suscetíveis a erros de medição; pesquisadores são humanos e se apegam às suas teorias; ideias científicas podem ser muito complexas. Tudo isso torna a avaliação de hipóteses científicas uma tarefa confusa.

Em vez de aceitar que nossas hipóteses podem estar erradas, contestamos a metodologia ("a ovelha não é negra —o problema está nos instrumentos") ou a interpretação ("a ovelha só está suja"), ou então adaptamos nossa hipótese ("eu estava falando de raças domesticadas, não de carneiros selvagens"). Lakatos descreve essas modificações ou ressalvas como hipóteses auxiliares; cientistas as propõem para proteger suas ideias principais, evitando que sejam rejeitadas.

Esse tipo de comportamento se manifesta claramente em discussões científicas sobre a evolução.

Considere a ideia de que características adquiridas ao longo da vida podem ser transmitidas para a próxima geração. Ela ganhou força no início do século 19 graças ao biólogo Jean-Baptiste Lamarck, que a usou para explicar a evolução das espécies.

Há muito tempo, porém, entende-se que a hipótese foi desmentida por experimentos —a ponto de, nos círculos evolutivos, o termo "lamarckiano" carregar conotação depreciativa. A ideia mais largamente aceita é a de que as experiências dos pais não afetam as características de sua prole.

Epigenética

Só que elas afetam, sim. O modo como os genes se expressam para produzir o fenótipo de um organismo —as características reais que o organismo acaba tendo— é afetado por substâncias químicas que se ligam a eles. Tudo, desde a dieta até a poluição do ar ou o comportamento dos pais, pode influir sobre o acréscimo ou a retirada dessas marcas químicas, que ligam ou desligam genes.

Geralmente, esses acréscimos ditos epigenéticos são removidos durante a produção de espermatozoides e óvulos, mas alguns são transmitidos à próxima geração, junto com os genes. Isso é conhecido como herança epigenética, e mais e mais estudos vêm confirmando que ela de fato ocorre.

Voltemos aos camundongos que têm medo de amêndoas. Foi a herança de uma marca epigenética transmitida nos espermatozoides que levou a nova geração a adquirir um medo herdado.

Em 2011, outro estudo extraordinário relatou que, expostos a um vírus nocivo, alguns vermes reagiram produzindo substâncias químicas que desativaram o vírus. Surpreendentemente, gerações posteriores herdaram epigeneticamente essas substâncias, através de moléculas reguladoras (conhecidas como pequenos RNAs).

Hoje existem centenas de estudos semelhantes, muitos publicados nos periódicos científicos mais prestigiosos. Biólogos debatem se a herança epigenética é lamarckiana ou apenas se assemelha superficialmente a isso, mas não há como fugir do fato de que a herança de características adquiridas ocorre.

Pelo raciocínio de Popper, uma única demonstração experimental de herança epigenética - como uma única ovelha negra- deveria bastar para convencer os biólogos evolutivos de que ela é possível. A maioria dos biólogos evolutivos, contudo, não correu para mudar suas teorias.

Em vez disso, como Lakatos previu, estamos propondo hipóteses auxiliares que nos permitem conservar as ideias que defendemos há muito tempo. Essas ideias incluem a de que herança epigenética é rara, não afeta características importantes, está sob controle genético e é instável demais para explicar a disseminação de características por meio da seleção.

Infelizmente para os tradicionalistas, nenhuma dessas tentativas de minimizar ou relativizar a importância da herança epigenética parece ser digna de crédito. Hoje é sabido que a herança epigenética está amplamente presente na natureza; mais e mais exemplos aparecem a todo momento.

Ela afeta características funcionalmente importantes como o tamanho de frutos, a época do florescimento e o crescimento de raízes de plantas --e, embora apenas uma pequena parte das variantes epigenéticas seja de natureza adaptativa, isso também é verdade em relação à variação genética, de modo que não chega a ser um argumento para desacreditar a herança epigenética.

Não há mais dúvida de que a herança epigenética nos obriga a enxergar a evolução de outra forma.

Cultura

A epigenética é apenas parte da história. Através da cultura e da sociedade, todos herdamos conhecimentos e habilidades adquiridos por nossos pais. Os biólogos evolutivos aceitam essa ideia há pelo menos um século, mas até recentemente considerava-se que isso fosse restrito aos humanos.

Essa posição, entretanto, deixou de ser defensável: criaturas de todo o reino animal aprendem socialmente sobre alimentação, predadores, comunicação, migração, escolhas de parceiros e de locais de reprodução. Centenas de estudos experimentais já demonstraram a aprendizagem social em mamíferos, aves, peixes e insetos.

Entre os dados mais convincentes estão estudos em que filhotes de chapim-real foram adotados por chapins-azuis, e vice-versa. Quando foram criadas por outras espécies, essas aves modificaram vários aspectos de seu comportamento para assemelhar-se a seus pais adotivos (incluindo a altura das árvores em que se alimentavam, as presas que buscavam, seus cantos e até sua escolha de parceiro).

Presumia-se que as diferenças comportamentais entre as duas espécies eram genéticas, mas ficou claro que muitas delas constituíam tradições culturais.

As culturas animais podem se conservar por períodos surpreendentemente longos. Resquícios arqueológicos mostram que chimpanzés usam ferramentas de pedra para abrir castanhas há pelo menos 4.300 anos.

No que diz respeito à herança epigenética, porém, seria um equívoco supor que a cultura animal precisa exibir estabilidade como a genética para ter significado evolutivo. Ao longo de uma única temporada de acasalamento podem se desenvolver modismos nas características que os indivíduos acham atraentes em seus parceiros.

Isso já foi demonstrado experimentalmente em moscas de frutas, peixes, aves e mamíferos, e modelos matemáticos mostram que esse "processo de cópia da escolha de parceiros" pode afetar fortemente a seleção sexual. Nessa linha, acredita-se que as variadas e culturalmente aprendidas tradições das orcas na busca de alimentos --em que grupos diferentes se especializam em certos tipos de peixes, focas ou golfinhos-- estejam levando-as a se dividir em várias espécies.

É claro que a cultura chega ao auge em nossa própria espécie, tendo sido fartamente comprovado que os hábitos culturais são fonte importante de seleção natural de nossos genes.

A criação de gado e o consumo de leite geraram a seleção de uma variante genética que aumentou a lactase (enzima que metaboliza leite e derivados), enquanto dietas agrícolas à base de amido favoreceram o aumento da amilase (enzima que decompõe o amido).

Toda essa complexidade não se concilia com uma visão estritamente genética da evolução adaptativa, fato que muitos biólogos reconhecem. Em vez disso, aponta para um processo evolutivo em que genomas (ao longo de centenas de milhares de gerações), modificações epigenéticas e fatores culturais herdados (ao longo de várias, possivelmente dezenas ou centenas de gerações) e efeitos parentais (ao longo de uma só geração) coletivamente influem sobre a adaptação dos organismos.

Esses tipos de herança extragenética conferem aos organismos a flexibilidade de se ajustarem rapidamente aos desafios ambientais, arrastando as mudanças genéticas em sua esteira --um pouco como um bando de cães agitados.

Resistência

Apesar do interesse suscitado por todos os novos dados, é improvável que eles desencadeiem uma revolução na evolução, pela simples razão de que a ciência não funciona assim --ao menos não a ciência evolutiva. Como os experimentos críticos de Popper, as mudanças de paradigma kuhnianas são mais próximas de mitos que da realidade.

Olhando para a história da biologia evolutiva, não se vê nada assemelhado a uma revolução. Mesmo a teoria de Charles Darwin levou cerca de 70 anos para ser amplamente aceita; na virada do século 20, ainda era vista com grande ceticismo. Nas décadas seguintes, novas ideias surgiram, foram avaliadas pela comunidade científica e pouco a pouco integradas ao conhecimento preexistente. A biologia evolutiva se atualizou sem passar por grandes períodos de crise.

A mesma coisa se aplica ao presente. A herança epigenética não desmente a herança genética, mas mostra que esta é apenas um entre vários mecanismos pelos quais características são herdadas.

Não conheço nenhum biólogo que queira rasgar os livros didáticos ou jogar fora a seleção natural. A questão é saber se queremos ampliar nosso entendimento sobre as causas da evolução e se isso modifica nossa visão do processo como um todo. Nesse ponto, o que está acontecendo é ciência normal.

Por que, então, biólogos evolutivos tradicionais se queixam dos radicais evolutivos equivocados que defendem uma mudança de paradigma? Por que jornalistas escrevem artigos sobre cientistas que estariam pedindo uma revolução na biologia evolutiva? Se ninguém de fato quer uma revolução, e se revoluções científicas raramente ocorrem, a que se deve a polêmica?

A resposta a essas perguntas traz um insight fascinante sobre a sociologia da biologia evolutiva.

Revolução na evolução é uma descrição equivocada do que está acontecendo - um mito propagado por uma aliança improvável de evolucionistas conservadores, criacionistas e imprensa. Não duvido que existam alguns radicais evolutivos revolucionários, mas a imensa maioria dos pesquisadores que buscam uma síntese evolutiva estendida é formada por biólogos evolutivos que trabalham duro.

Todos sabemos que o sensacionalismo vende jornais, e artigos anunciando uma grande reviravolta vendem bem. Criacionistas e defensores do design inteligente também alimentam essa impressão exagerando as diferenças de opinião entre evolucionistas e criando a falsa impressão de turbulência no campo da biologia evolutiva.

O que é mais surpreendente é como biólogos conservadores jogam a carta "estamos sendo atacados!" contra seus colegas evolucionistas. Retratar adversários intelectuais como extremistas ou dizer às pessoas que se está sendo atacado são truques retóricos usados desde sempre para ganhar discussões ou conquistar lealdades.

Sempre associei esse tipo de prática à política, não à ciência, mas hoje percebo que fui ingênuo. Os cientistas também têm carreiras e legados em jogo; também lutam por recursos, poder e influência.

Receio que o discurso dos tradicionalistas esteja produzindo efeitos negativos, criando confusão e, sem querer, alimentando o criacionismo pelo fato de fomentar divergências exageradas. Muitos cientistas respeitados sentem a necessidade de uma mudança na biologia evolutiva. Não é possível descartar todos eles como elementos à margem da visão científica majoritária.

Síntese Evolutiva Estendida (SEE)

Se a síntese evolutiva estendida não é um chamado por uma revolução na evolução, então o que ela é e por que precisamos dela? Para responder a essas perguntas, precisamos reconhecer um acerto de Kuhn: cada campo científico possui maneiras compartilhadas de pensar, ou quadros conceituais.

A biologia evolutiva não é diferente. Nossos valores e premissas compartilhadas influenciam quais dados coletamos, como os interpretamos e quais fatores são embutidos nas explicações sobre o funcionamento da evolução.

Por isso o pluralismo científico é saudável. Lakatos destacou que quadros conceituais alternativos (diferentes programas de pesquisa) podem ser valiosos pois incentivam o teste de novas hipóteses ou levam a novos insights. Essa é a primeira função da SEE: alimentar ou mesmo abrir novas linhas de pesquisa e maneiras produtivas de pensar.

Um bom exemplo é o viés de desenvolvimento. Considere os peixes ciclídeos da África oriental. Para dezenas ou até centenas de espécies de ciclídeos existentes no lago Maláui existe uma espécie "duplicada", que evoluiu independentemente, no lago Tanganica, com grandes semelhanças no formato corporal e no modo de se alimentar.

Tais semelhanças costumam ser explicadas pela evolução convergente: houve variação genética aleatória, mas condições ambientais semelhantes selecionaram os genes com resultados equivalentes.

Entretanto, o nível extraordinário de evolução paralela visto nesses dois lagos sugere que algo mais pode estar em jogo. E se algumas maneiras de "construir" um peixe forem mais prováveis que outras? E se a variação de características é enviesada em favor de certas soluções? A seleção ainda faria parte da explicação, mas a evolução paralela seria muito mais provável.

Estudos mostram que é possível usar um modelo matemático, baseado em camundongos de laboratório, para prever tamanho e número de dentes em uma amostra de 29 espécies de roedores.

Esses estudos são intrigantes pois ajudam a converter a biologia evolutiva em uma ciência mais previsora. Por que, então, essas ideias receberam, comparativamente, pouca atenção até pouco tempo atrás?

Alternativas

Voltamos aos quadros conceituais. Historicamente falando, biólogos evolutivos tratam o viés na variação fenotípica apenas como uma limitação --o modo como os organismos crescem restringe o tipo de características que eles poderão ter.

Foi preciso uma perspectiva diferente (neste caso, a da biologia evolutiva do desenvolvimento, chamada evo devo) para motivar novos experimentos. De um ponto de vista evo devo, os dentes de roedores e os corpos de peixes são como são porque o modo como esses animais crescem aumenta a probabilidade de essas características surgirem. Assim, o viés torna-se um conceito muito mais importante na explicação da evolução.

A síntese evolutiva estendida, ao menos como eu e meus colaboradores a enxergamos, é mais bem vista como um programa de pesquisas alternativo da biologia evolutiva.

Inspirada por descobertas recentes, a SEE parte da premissa de que os processos do desenvolvimento exercem papéis importantes como causas de variações fenotípicas novas (e potencialmente benéficas), como causas de diferenças de adequação dessas variantes e causas de transmissão para descendentes.

Em contraste com a concepção tradicional, na SEE a criatividade na evolução não é atribuída apenas à seleção natural. Esse modo alternativo de pensar está sendo usado para gerar novas hipóteses e traçar novas agendas de pesquisa. Ainda estamos nos primórdios da SEE, mas já há sinais frutíferos.

Se a evolução não se explica só por mudanças nas frequências de genes; se mecanismos antes rejeitados, como a herança de características adquiridas, revelarem ter importância; e se for reconhecido que os organismos enviesam a evolução por meio de desenvolvimento, aprendizagem e outras formas de plasticidade, tudo isso significa que está emergindo um relato radicalmente diferente e profundamente mais rico da evolução?

Ninguém sabe. Mas, do ponto de vista daquela pessoa que leva os cães para caminhar, a evolução está ficando menos parecida com um passeio genético aprazível e mais com uma luta frenética dos genes para acompanhar agitados processos de desenvolvimento.

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Kevin Laland é professor de biologia evolutiva e comportamental na Universidade de St. Andrews, na Escócia.

tradução de Clara Allain para Folha de São Paulo

Este texto foi publicado originalmente no site Aeon

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Outro artigo científico nesta matéria ver postagem no BioTerra: 
Essay - Unified theory of evolution