19/03/2012

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Evolução, Ciência e Sociedade

Biologia Evolutiva na pesquisa básica e aplicada

Conceitos: Fato e Teoria na Evolução

Professor Fabrício R Santos fsantos@icb.ufmg.br

Departamento de Biologia Geral, UFMG 2012

Ciência básica Ciência básica

Ciência básica Ciência básica

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Ciência aplicada

Epidemiologia do HIV revela origens recentes e múltiplas a partir da África

Ciência aplicada

Seleção natural do HIV em resposta a drogas está sendo compreendida, levando ao desenvolvimento de coquetéis de drogas e protocolos diferenciados de administração, assim como novas drogas.

Ciência aplicada

Epidemiologia do vírus H1N1 foi detalhadamente investigada para revelar o padrão de dispersão mundial do agente da Gripe A.

Ciência aplicada

O aumento da resistência dos insetos-praga frente aos inseticidas utilizados na agricultura é explicado pela Seleção Natural. Novos protocolos de uso de inseticidas são elaborados, assim como novas substâncias são desenvolvidas utilizando estas informações básicas.

Fato e teoria

Concepções equivocadas na sociedade: • Evolução seria uma disciplina separada da biologia e

não um fundamento de toda esta ciência;

• Evolução seria mero acaso;

• Evolução seria sinônimo de avanço, aperfeiçoamento constante;

• Mutação seria para alguns o princípio formador de novas espécies e para outros só eventos deletérios;

• Não haveria “verdades científicas provisórias” em Evolução, diferente de outras ciências.

Histórico do pensamento evolutivo e predecessores de Darwin

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"A Origem das Espécies"

Antes da viagem do Beagle, Charles Darwin era um ardoroso criacionista e membro da igreja ortodoxa anglicana. Aparentemente, Darwin continuou criacionista (mas não dogmático) até pouco tempo após o retorno à Inglaterra, quando as primeiras ideias "transformistas" lhe vieram em 1837, discutindo sobre as diferentes espécies de pássaros de galápagos com um ornitólogo.

No entanto, como qualquer cientista, Darwin sofreu influências de vários outros pensadores e pesquisadores precursores e contemporâneos, até a publicação do “Origem das espécies” em 1859, e posteriormente, com as várias edições deste e de outros livros.

Data Obras e conceitos Autores

Séculos IV-VI A.C.

Primeiras ideias sobre a evolução orgânica, geração espontânea Essencialismo (adotado pelo cristianismo)

Anaximandro Empédocles Aristóteles/ Platão

Idade Média Fósseis seriam restos de plantas e animais antigos Avicena, Alberto Magno, Leonardo da Vinci

Século XVIII Classificação dos seres vivos (nome de espécies em latim) Desenvolvimento de crenças transformistas

Linnaeus Maupertuis, Goethe, Buffon, Erasmus Darwin

1809 Philosophie Zoologique - uso e desuso, herança de caracteres adquiridos, Scala Naturae Lamarck

1813-1844 Teoria do Catastrofismo, Vestígios da história natural da Criação Curvier, Chambers

1859 The Origin of Species - descendência com modificação e seleção natural Darwin

Sobre a tendência das variedades se afastarem indefinidamente a partir do ponto original Wallace

1866 Versuche ueber Pflanzenhybriden - Princípios da hereditariedade Mendel

1901-1903 Mutacionismo, Monstros bem sucedidos, Saltacionismo de Vries, Morgan

1908 Comportamento dos variantes gênicos nas populações Hardy & Weinberg

1930 The Genetical Theory of Natural Selection - papel da seleção na alteração das frequências gênicas R. A. Fisher

1931 Evolution in Mendelian Populations - incorporação de outros fatores evolutivos (deriva, fluxo gênico) aos modelos matemáticos

S. Wright

1932 The Causes of Evolution - J.B.S. Haldane

1937 Genetics and the Origins of Species - Reconciliação da Teoria de Darwin com os conhecimentos da genética

T. Dobzhansky

1941 Systematics and the Origin of Species - especiação alopátrica E. Mayr

1944 Tempo and Mode in Evolution - Paleontologia Darwiniana G.G. Simpson

1949 The Meaning of Evolution G.G. Simpson

1950 Variation and Evolution in Plants G. Stebbins

1968 Teoria Neutralista da Evolução - variação neutra seria mais comum que adaptativa e portanto deriva genética também é o fator evolutivo mais comum

M. Kimura

1972 Teoria do Equilíbrio Pontuado - análise de fósseis indicaria que a evolução consiste de grandes períodos de estase intercalados de períodos de grande diversificação

S.J. Gould N. Elredge

5 M.A.

1 M.A.

Galápagos

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4 espécies de “mockingbirds” (sabiás-do-campo) de Galápagos

Observações de Darwin Homologias

– Darwin concluiu que estruturas homólogas seriam herdadas com modificações de ancestrais comuns.

Observações de Darwin Adaptações e nicho alimentar

– Darwin observou que várias espécies possuem adaptações relacionadas ao recurso alimentar utilizado.

Observações de Darwin Adaptações e alopatria

– Darwin observou que em diferentes ilhas existiam populações e espécies diferenciadas, possuindo adaptações associadas ao ambiente de cada uma delas.

Observações de Darwin Fósseis

– Darwin coletou vários fósseis na Patagônia e nos Andes.

– Muitos destes fósseis de animais extintos se assemelhavam a espécies ainda vivas da América do Sul.

Mylodon darwinii

Gliptodonte Tatu

Observações de Darwin Biogeografia

– Darwin observou que algumas espécies próximas se distribuíam em áreas vizinhas, sem sobreposição, separadas por alguma barreira geográfica.

Pterocnemia pennata (Rhea darwinii)

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Experimentos de Darwin Seleção Artificial No passado, Darwin foi em muitas circunstâncias acusado de plágio. Diziam que ele

simplesmente sintetizou a ideia de vários cientistas de sua época. Na verdade, Darwin foi inovador e original em sua explanação científica sobre a História Biológica da Terra, com a defesa de duas teses em seu primeiro livro: 1- A descendência com modificação (história de ancestralidade comum); 2 - A seleção natural (mecanismo principal de mudança, além dos aleatórios) Estas duas teses foram também elaboradas independentemente por Alfred Russel Wallace. Darwin foi incentivado a publicar seu livro a "Origem das espécies por meio da seleção natural" em 1859, após receber uma carta de Wallace em 1858 expondo as mesmas conclusões. No entanto Darwin concretizou sua teoria com uma série de publicações posteriores, expondo detalhada e concisamente a evolução em vários campos: interações insetos e orquídeas, relações entre plantas e organismos decompositores, famílias de besouros, evolução humana, etc...

A concepção da Teoria da Evolução

Descendência com modificação considerada como “fato científico”

Seleção Natural mecanismo teórico

1. Mutação e Deriva são processos

estritamente estocásticos (casuais), mas a Seleção Natural é um processo determinístico (mas também oportunista).

2. Há uma contingência histórica no processo evolutivo: as mudanças geológicas, climáticas etc são imprevisíveis ao longo da Evolução.

Por que Evolução Biológica não é mero acaso?

Evolução - evolvere - desdobramento - transformação A palavra evolução foi primeiro usada por Lamarck, designada ao transcorrer dos estágios de desenvolvimento do feto. Darwin somente utilizou a palavra evolução nas suas últimas publicações e preferia a palavra "transmutacionismo" . Não confunda evolução com progresso ou avanço. Darwin escreveu nos pés de páginas do manuscrito do "Origem das Espécies" o seguinte: Nunca escrever que um organismo é superior ou inferior. Da mesma forma é inapropriado falar de espécies (ou populações) primitivas (inferiores) ou avançadas (superiores) quando a comparação é feita entre espécies contemporâneas, que existem hoje. Em algumas situações pode-se falar de espécies que apresentam determinadas características primitivas, isto é, características plesiomórficas que existiam nos antepassados de grande parte das espécies de hoje.

Por que na biologia evolutiva é um equívoco falar em organismos superiores ou inferiores?

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Lamarck

Darwin

• Modificação de estruturas em um organismo em taxas diferentes.

• Seleção Natural opera normalmente em indivíduos, mas partes diferentes podem experimentar intensidades variadas de pressão seletiva. Ex: a linhagem dos equinos teve uma pressão seletiva levando à diminuição do número de dedos, entre primatas isto não ocorreu.

• Em qualquer organismo há um combinação de estruturas com formas derivadas (apomórficas, diferenciadas em relação à forma ancestral) ou que retêm características primitivas (plesiomórficas ou ancestrais).

Evolução em Mosaico Evolução em Mosaico

Caracteres ancestrais (plesiomórficos) e derivados (apomórficos) diferem entre linhagens porque evoluem em taxas diferentes.

Humanos Anuros

Número de arcos aórticos

Derivado (apenas 1)

Ancestral (2)

Número de dígitos

Ancestral (5)

Derivado (4 – frente)

• Caracteres Primitivos – Cinco dedos nos membros

– “Número de dentes”

– Ossos turbinais simplificados

• Caracteres Derivados – Dedos oponíveis

– Visão binocular

– Unhas

Evolução em Mosaico nos primatas Evolução em mosaico: caracteres vestigiais

• Baleias evoluíram a partir de ancestrais terrestres tetrápodes, mas a bacia e membros posteriores foram reduzidos a pequenos ossos “não funcionais”

• Serpentes evoluíram a partir de répteis tetrápodes, mas algumas serpentes apresentam ossos remanescentes dos membros e bacia.