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Evidências da evolução

A teoria da evolução é suportada por casos de observação direta, pela existência de homologias e fósseis, e por certos padrões biogeográficos.

Pontos Principais:

  • A evidência da evolução em larga escala (macroevolução) pode ser encontrada na anatomia e embriologia, na biologia molecular, na biogeografia e nos fósseis.
  • As semelhanças anatômicas, encontradas em diferentes espécies, podem ser homólogas (ou seja, compartilhadas por ascendência) ou análogas (compartilhadas por pressões seletivas semelhantes).
  • As semelhanças moleculares dão evidências da ancestralidade comum da vida. Comparações de sequências de DNA podem mostrar o grau de parentesco entre as espécies.
  • A biogeografia, o estudo da distribuição geográfica dos organismos, fornece informações sobre como e quando as espécies podem ter evoluído.
  • Os fósseis dão evidências das mudanças evolutivas de longo prazo, documentando a existência passada de espécies hoje extintas.

Introdução

Às vezes, podemos ver diretamente a evolução em pequena escala, a microevolução acontecendo (como no caso das bactérias resistentes a medicamentos ou dos insetos resistentes a pesticidas). No entanto, muitos dos mais fascinantes eventos evolutivos – tais como a divergência, ou divisão, de linhagens de plantas e animais com um ancestral comum – aconteceram há muito tempo. Além disso, eles ocorreram ao longo de grandes períodos de tempo, e não em escalas de tempo de dias a semanas como as da evolução bacteriana e viral. Esta evolução em larga escala também é chamada de macroevolução.
Não podemos observar diretamente os eventos evolutivos do passado. No entanto, com frequência queremos compreendê-los. Por exemplo, podemos querer saber o grau de parentesco de duas espécies atuais, ou então querer entender as relações evolutivas em um determinado grupo de espécies. Como podemos responder a esses tipos de pergunta?

Evidência da evolução: como traçar histórias evolutivas

Neste artigo, vamos examinar vários tipos de informações usadas por biólogos para traçar e reconstruir a história evolutiva dos organismos durante longos períodos de tempo.
  • Anatomia e embriologia. Características anatômicas compartilhadas por organismos (inclusive aquelas visíveis somente durante o desenvolvimento embrionário) podem indicar uma ancestralidade evolutiva comum.
  • Biologia molecular. Semelhanças e diferenças entre o "mesmo" gene em diferentes organismos (isto é, um par de genes homólogos) podem nos ajudar a determinar o grau de parentesco entre esses organismos.
  • Biogeografia. A distribuição geográfica das espécies pode nos ajudar a reconstruir suas histórias evolutivas.
  • Fósseis. O registro fóssil não é um registro completo da história evolutiva, mas ele confirma a existência de espécies atualmente extintas e, às vezes, captura potenciais formas "intermediárias" na trajetória das espécies hoje existentes.
Vamos analisar mais detalhadamente essas estratégias de reconstrução das histórias evolutivas ao longo de grandes períodos de tempo.

Evidência para a evolução: anatomia e embriologia

Darwin pensou a evolução como "descendência com modificação," um processo no qual as espécies mudam dando origem a novas espécies ao longo de muitas gerações. Ele propôs que a história evolutiva da vida forma uma árvore ramificante com muitos níveis, na qual todas as espécies podem ser rastreadas até um antigo ancestral comum.
Diagrama de ramificação que apareceu em A origem das espécies de Charles Darwin, ilustrando a ideia de que novas espécies se formam a partir de espécies pré-existentes em uma processo de ramificação que ocorre ao longo de extensos períodos de tempo.
Crédito da imagem: "Darwin's tree of life, 1859," por Charles Darwin (public domain).
Neste modelo de árvore, as espécies mais estreitamente relacionadas têm ancestrais comuns mais recentes e cada grupo vai tender a compartilhar características presentes em seu último ancestral comum. Podemos usar esta ideia para "trabalhar na direção oposta", descobrindo como os organismos estão relacionados, tendo por base suas características compartilhadas.

Características homólogas

Se duas ou mais espécies compartilham uma determinada característica física, como uma estrutura óssea complexa ou um plano corporal, elas podem todas terem herdado esta característica de um ancestral comum. Características físicas compartilhadas devido à história evolutiva (um ancestral comum) são chamadas de homólogas.
Um exemplo clássico são os membros anteriores de baleias, seres humanos e aves. Vistos de fora, eles parecem bem diferentes, uma vez que estão adaptados para funcionar em ambientes diferentes. No entanto, se você olhar a estrutura óssea dos membros anteriores, verá que a organização dos ossos é extremamente semelhante entre essas espécies. É pouco provável que essas estruturas semelhantes tenham evoluído independentemente em cada espécie; o mais provável é que o layout básico dos ossos já estivesse presente em um ancestral comum de baleias, seres humanos e aves.
O arranjo semelhante dos ossos dos membros anteriores de humanos, aves e baleias é uma homologia estrutural. Homologias estruturais indicam um ancestral comum compartilhado.
_Imagem modificada de "Homology vertebrates-en.svg" by Волков Владислав Петрович (CC BY-SA 4.0). A imagem modificada está autorizada sob licença CC BY-SA 4.0._
Algumas estruturas homólogas só podem ser vistas em embriões. Por exemplo, sabia que você já teve cauda e fendas branquiais? Todos os embriões de vertebrados, de seres humanos a galinhas e peixes, têm essa característica em comum durante o início de seu desenvolvimento. Obviamente, os padrões de desenvolvimento dessas espécies tornam-se cada vez mais distintos com o passar do tempo (motivo pelo qual sua cauda embrionária é hoje seu cóccix, e suas fendas branquiais se transformaram em seu maxilar e ouvido interno)start superscript, 1, end superscript. Ainda assim, as características embrionárias comuns continuam estruturas homólogas, e demonstram que os padrões de desenvolvimento dos vertebrados são variações em um programa ancestral.
As estruturas, semelhantes a pequenas pernas, de algumas espécies de cobras, como a Boa constrictor , são estruturas vestigiais. Essas características remanescentes não têm função atual nas cobras, mas serviram a um propósito no ancestral tetrápode (que caminhava sobre quatro membros) das cobras.
_ Imagem modificada de "Rudimentary hindlegs spurs in Boa constrictor snake.jpg" by Stefan3345 (CC BY-SA 4.0). A imagem modificada está autorizada sob licença CC BY-SA 4.0._
Estruturas vestigiais são versões reduzidas ou não funcionais de certas características, ou seja, são características que têm pouca ou nenhuma serventia atual para um organismo. Um exemplo disso é a cauda humana, reduzida ao cóccix durante seu desenvolvimento. Estruturas vestigiais são homólogas a estruturas úteis encontradas em outros organismos, e podem nos dar uma ideia da ascendência destes. Por exemplo, as pequenas patas vestigiais encontradas em algumas cobras, como as da jiboia-constritora à direita, mostram que as cobras tiveram um ancestral quadrúpedesquared.

Características análogas

Para tornar as coisas um pouco mais interessantes e complicadas, nem todas as características físicas aparentemente semelhantes são marcas da ancestralidade comum. Em vez disso, algumas semelhanças físicas são análogas: evoluíram de forma independente em diferentes organismos, porque os organismos viviam em ambientes similares ou sofreram pressões seletivas semelhantes. Este processo é chamado de evolução convergente. (Convergir significa ir para a mesma direção, como duas linhas que se encontram num ponto.)
Por exemplo, duas espécies com parentesco distante que vivem no Ártico, a raposa do Ártico e o lagópode-branco (uma ave), passam por mudanças sazonais de cor, da cor escura para a cor branco-neve. Essa característica comum não reflete ancestralidade comum – ou seja, é pouco provável que o último ancestral comum da raposa e do lagópode-branco mudasse de cor com as estações do ano. Em vez disso, essa característica foi favorecida separadamente em ambas as espécies em decorrência de pressões seletivas semelhantes. Ou seja, a capacidade geneticamente determinada de mudar para uma cor mais clara no inverno ajudou tanto raposas quanto lagópodes-brancos a sobreviver e se reproduzir em um local com invernos caracterizados por muita neve e predadores de visão aguçada.
Raposa do Ártico e ptármiga. Ambas são de cor branca e são mostradas, aqui, nas paisagens de inverno nevado.
Crédito da imagem: "Understanding evolution: Figure 7," by OpenStax College, Biology, CC BY 4.0.

Determinando relações a partir de características semelhantes

Em geral, os biólogos não tiram conclusões sobre como espécies estão relacionadas, tendo como base apenas uma característica que eles acham que é homóloga. Em vez disso, eles estudam uma grande coleção de características (muitas vezes, tanto as características físicas como as sequências de DNA) e tiram conclusões sobre as relações baseando-se nessas características como um grupo. Vamos explorar essa ideia ainda mais quando examinarmos as árvores filogenéticas.

Evidência para a evolução: biologia molecular

Assim como as homologias estruturais, as semelhanças entre moléculas biológicas podem refletir a ancestralidade evolutiva comum. No nível mais básico, todos os organismos vivos de compartilham:
  • O mesmo material genético (DNA)
  • Códigos genéticos iguais ou muito semelhantes
  • O mesmo processo básico de expressão gênica (transcrição e tradução)
Essas características compartilhadas sugerem que todos os seres vivos são descendentes de um ancestral comum, e que este ancestral teve DNA como seu material genético, usou o código genético e expressou seus genes atraves de transcrição e tradução. Todos os organismos atuais compartilham essas características porque elas foram "herdadas" do ancestral (e quaisquer mudanças grandes neste maquinário básico teria destruído a funcionalidade básica das células).
Embora sejam ótimas para estabelecer a origem comum da vida, características como ter DNA ou realizar transcrição e tradução não são tão úteis para descobrir quão relacionados entre si são os organismos específicos. Se queremos determinar quais organismos num grupo estão mais intimamente relacionados, temos que usar tipos diferentes de características moleculares, tais como as sequências de nucleotídeos dos genes.

Genes homólogos

Os biólogos frequentemente comparam as sequências de genes relacionados, de diferentes espécies (geralmente chamados genes homólogos ou ortólogos) para entender como essas espécies se relacionam evolutivamente umas com as outras.
A ideia básica dessa abordagem é que duas espécies têm o "mesmo" gene porque elas o herdaram de um ancestral comum. Por exemplo, os seres humanos, vacas, galinhas e chimpanzés têm um gene que codifica o hormônio insulina, porque este gene já estava presente em seu último ancestral comum.
Em geral, quanto maior a diferença entre o DNA de genes homólogos de duas espécies, menor será o grau de parentesco entre elas. Por exemplo, os genes da insulina de seres humanos e chimpanzés são muito mais semelhantes (aproximadamente 98% idênticos) do que os genes da insulina de seres humanos e galinhas (aproximadamente 64% idênticos), o que revela que seres humanos e chimpanzés têm um grau de parentesco maior do que seres humanos e galinhasstart superscript, c, end superscript.

Evidência da evolução: biogeografia

A distribuição geográfica dos organismos na Terra segue padrões que são melhor explicados pela evolução, em combinação com o movimento das placas tectônicas ao longo do tempo geológico. Por exemplo, grandes grupos de organismos que já haviam evoluído antes da separação do supercontinente Pangeia (há cerca de 200 milhões de anos) tendem a estar distribuídos globalmente. Em contraste, grandes grupos que evoluíram após essa separação tendem a aparecer exclusivamente em regiões menores da Terra. Assim, há grupos únicos de plantas e animais em continentes do norte e do sul cuja procedência pode ser identificada pela separação de Pangeia em dois supercontinentes (Laurásia ao norte, e Gondwana ao sul).
Os mamíferos marsupiais na Austrália provavelmente evoluíram de um ancestral comum. Devido à Austrália ter-se mantido isolada por um longo período de tempo, estes mamíferos diversificaram-se em uma variedade de nichos (sem terem sido superados pelos mamíferos placentários).
Crédito da imagem: "Marsupial collage" por Aushulz, CC BY-SA 3.0.
A evolução de espécies únicas em ilhas é outro exemplo de como a evolução e a geografia estão relacionadas. Por exemplo, a maior parte das espécies de mamíferos na Austrália são marsupiais (levam os filhotes em uma bolsa), enquanto a maioria das espécies de mamíferos em outras partes do mundo são placentárias (nutrem os filhotes por meio de uma placenta). As espécies de marsupiais da Austrália são muito diversas e preenchem uma ampla gama de papéis ecológicos. Devido à Austrália ter sido isolada pela água por milhões de anos, estas espécies foram capazes de evoluir sem competição (ou trocas) com espécies de mamíferos de outros lugares no mundo.
Os marsupiais da Austrália, os tentilhões de Darwin em Galápagos e muitas espécies nas ilhas havaianas são exclusivas de seus ambientes insulares, mas têm relações distantes com espécies ancestrais continentais. Esta combinação de características reflete os processos pelos quais as espécies de ilhas evoluem. Elas muitas vezes surgem de ancestrais do continente – por exemplo, quando uma massa de terra se rompe ou alguns indivíduos são desviados da rota durante uma tempestade – e divergem (tornam-se cada vez mais diferentes) conforme se adaptam, em isolamento, ao ambiente da ilha.

Evidência da evolução: registro fóssil

Fósseis são os restos preservados de antigos organismos vivos ou seus vestígios, datados de um passado distante. Lamentavelmente, o registro fóssil não é completo nem ininterrupto: a maioria dos organismos nunca se fossiliza, e mesmo aqueles que são fossilizados raramente são encontrados pelo homem. Ainda assim, os fósseis que tivemos a sorte de encontrar nos dão noções únicas da evolução ao longo de grandes períodos de tempo.
As rochas da Terra formam camadas em cima umas das outras em períodos de tempo muito longos. Essas camadas, chamadas de estratos, formam uma linha do tempo conveniente para a datação dos fósseis incorporados. Os estratos que estão mais perto da superfície representam períodos de tempo mais recentes, enquanto os estratos mais profundos representam períodos de tempo mais antigos.
Crédito da imagem: "Rock strata, E ridge of Garish," por Chris Eilbeck, CC BY- SA 2.0.
Para interpretar os fósseis com precisão, precisamos saber sua idade. Os fósseis são geralmente encontrados dentro de rochas que se formaram por meio de camadas denominadas estratos. Esses estratos fornecem uma espécie de linha do tempo: as camadas próximas do topo são as mais recentes e as camadas próximas da base são as mais antigas. Fósseis encontrados em diferentes estratos no mesmo local podem ser classificados por suas posições, e estratos de "referência" com características únicas podem ser usados para comparar as idades de fósseis em diferentes localizações. Além disso, os cientistas podem aproximar as datas de fósseis usando a datação radiométrica, um processo que mede o decaimento radioativo de certos elementos.
Os fósseis documentam a existência de espécies hoje extintas, mostrando que diferentes organismos viveram na Terra em diferentes períodos da história do planeta. Eles também podem ajudar os cientistas a reconstruir as histórias evolutivas das atuais espécies. Por exemplo, alguns dos fósseis mais estudados são os da linhagem dos cavalos. Usando estes fósseis, os cientistas conseguiram reconstruir uma grande e ramificada "árvore genealógica" de cavalos e de seus hoje extintos parentes. Alterações na linhagem que resultaram nos cavalos atuais, tais como a redução de pés com dedos para cascos, podem refletir a adaptação a mudanças no ambiente.
Esqueletos fósseis de ancestrais do cavalo que datam de diferentes períodos de tempo.
Do mais recente para o mais antigo:
Equus - recente, um único dedo
Pliohippus - fim do Mioceno, um único dedo
Merychippus - meados do Mioceno, três dedos, mas com os dedos laterais mais reduzidos
Mesohippus - final do Eoceno, três dedos
Crédito da imagem: "Equine evolution," por H. Zell, CC BY-SA 3.0.

Resumo

Os biólogos usam vários tipos de evidências para traçar as modificações evolutivas ocorridas ao longo de grandes períodos de tempo. Por exemplo:
  • Características físicas homólogas compartilhadas entre espécies podem fornecer evidências de ancestralidade comum (mas temos que nos certificar de que elas são realmente homólogas, e não o resultado de evolução convergente).
  • Semelhanças e diferenças entre moléculas biológicas (por exemplo, na sequência de DNA dos genes) podem ser utilizadas para determinar o parentesco entre as espécies.
  • Padrões biogeográficos fornecem pistas sobre o grau de parentesco entre as espécies, tanto vivas quanto extintas.
  • O registro fóssil, ainda que incompleto, fornece informações valiosas sobre quais espécies existiram em períodos específicos de tempo na história da Terra.

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