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Conteúdo principal

Evidências da evolução

Evidências da evolução: anatomia, biologia molecular, biogeografia, fósseis e observação direta.

Pontos Principais:

  • As evidências da evolução vêm de várias áreas diferentes da biologia:
    • Anatomia. As espécies podem compartilhar características físicas semelhantes porque essas características estavam presentes num ancestral comum (estruturas homólogas).
    • Biologia molecular. DNA e código genético refletem a ancestralidade comum da vida. As comparações entre DNA podem mostrar como as espécies estão relacionadas.
    • Biogeografia. A distribuição global dos organismos e as características únicas das espécies de ilhas refletem a evolução e as mudanças geológicas.
    • Fósseis. Os fósseis documentam a existência de espécies do passado, extintas, que estão relacionadas às espécies atuais.
    • Observação direta. Podemos observar diretamente a evolução em microescala nos organismos com ciclos de vida curtos (por exemplo, insetos resistentes a inseticidas).

Introdução

Evolução é o princípio chave que unifica a biologia. Como Theodosius Dobzhansky disse, “Nada em biologia faz sentido exceto à luz da evolução.”start superscript, 1, end superscript
Mas quais, exatamente, são as características da biologia que fazem mais sentido através das lentes da evolução? Colocando de outra forma, quais as características indicadoras, ou os traços que demonstram que a evolução ocorreu no passado e continua acontecendo atualmente?

A evolução acontece em grandes e pequenas escalas

Antes de examinarmos a evidência, vamos assegurar que estamos de acordo sobre o que é evolução. Em termos gerais, evolução é uma mudança na composição genética (e muitas vezes, das características hereditárias) de uma população ao longo do tempo. Os biólogos às vezes definem dois tipos de evolução, baseados na escala:
  • Macroevolução, que se refere às alterações de larga escala que ocorrem em extensos períodos de tempo, tais como a formação de novas espécies e grupos.
  • Microevolução, que se refere a mudanças de pequena escala que afetam apenas um ou poucos genes e ocorre nas populações em curta escala de tempo.
Microevolução e macroevolução não são realmente dois processos diferentes. Elas são o mesmo processo - evolução - ocorrendo em diferentes escalas de tempo. Processos microevolutivos ocorrendo em milhares ou milhões de anos podem se somar, resultando em mudanças de larga escala que definem novas espécies ou grupos.

A evidência da evolução

Neste artigo examinaremos a evidência da evolução em ambas as escalas, macro e micro.
Primeiro vamos olhar várias evidências (incluindo características físicas e moleculares, informação geográfica e fósseis) que fornecem evidência e permitem reconstruir eventos macroevolutivos.
No final deste artigo, veremos como a microevolução pode ser observada diretamente, como na emergência de insetos resistentes a pesticidas.

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.
Para dar um exemplo clássico, os membros anteriores de baleias, humanos, aves e cães parecem bem diferentes quando vistos de fora. Isto se dá porque eles estão adaptados a funcionar em ambientes diferentes. No entanto, se você olhar para a estrutura óssea dos membros anteriores, você vai ver que o padrão dos ossos é muito semelhante entre essas espécies. É improvável que estruturas tão semelhantes tivessem evoluído independentemente em cada espécie e mais provável que o esquema básico dos ossos já estivesse presente num ancestral comum às baleias, humanos, cães 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.
Crédito da imagem: "Understanding evolution: Figure 7," by OpenStax College, Biology, CC BY 4.0.
Algumas estruturas homólogas podem ser vistas apenas em embriões. Por exemplo, todos os embriões vertebrados (incluindo humanos) têm fendas branquiais e uma cauda durante o início de seu desenvolvimento. Os padrões do desenvolvimento destas espécies se diferenciam mais tarde (assim, sua cauda embrionária é agora seu cóccix, e suas fendas branquiais transformaram-se em seu maxilar e ouvido interno)squared. Estruturas embrionárias homólogas mostram que os programas do desenvolvimento dos vertebrados são variações sobre um esquema semelhante que existiu no seu último ancestral comum.
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," by Stefan3345, CC BY-SA 4.0. A imagem modificada está autorizada sob licença CC BY-SA 4.0.
Às vezes os organismos têm estruturas que são homólogas à estruturas importantes em outros organismos, mas que perderam sua principal função ancestral. Essas estruturas, que muitas vezes têm tamanho reduzido, são conhecidas como estruturas vestigiais. Exemplos de estruturas vestigiais incluem o cóccix dos humanos (uma cauda vestigial), os ossos das patas traseiras das baleias, e as pernas subdesenvolvidas encontradas em algumas cobras (veja imagem à direita).cubed.

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 distantemente relacionadas que vivem no Ártico, a raposa do Ártico e a ptármiga (uma ave), passam por mudanças sazonais da cor escura para branco neve. Esta característica compartilhada não reflete a ancestralidade comum – ou seja, é improvável que o último ancestral comum da raposa e da ptármiga tenha mudado de cor com as estações do anostart superscript, 4, end superscript. Em vez disso, esse recurso foi favorecido separadamente em ambas as espécies devido a pressões seletivas semelhantes. Ou seja, a capacidade geneticamente determinada de mudar de cor no inverno ajudou raposas e ptármigas a sobreviver e se reproduzirem num local com inverno com 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 6," por 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.

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)
  • Os mesmos, ou altamente similares, códigos genéticos
  • O mesmo processo básico de expressão gênica (transcrição e tradução)
  • Os mesmos blocos construtivos moleculares, como amino ácidos.
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 mais diferenças houver no DNA em genes homólogos (ou diferenças nos aminoácidos das proteínas que eles codificam) entre duas espécies, maior a distância de parentesco entre essas espécies. Por exemplo, as proteínas de insulina de humanos e chimpanzés são muito mais semelhantes (cerca de 98% idênticas) do que proteínas de insulina humana e de galinhas (cerca de 64% idênticas), mostrando que seres humanos e chimpanzés são mais estreitamente relacionados do que os seres humanos e galinhasstart superscript, 5, end superscript.

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 tinham evoluído antes da separação do supercontinente Pangea (cerca de 200 milhões de anos atrás) tendem a ter distribuição mundial. Em contraste, grandes grupos que evoluíram após a separação tendem a ocorrer com exclusividade em regiões menores da Terra. Por exemplo, existem grupos exclusivos de plantas e animais em continentes no norte e no sul, que podem ser rastreados pela separação da Pangeia em dois supercontinentes (Laurasia no norte, e Gondwana no 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.

Registro fóssil

Fósseis são remanescentes ou vestígios preservados de organismos que viveram num passado distante. O registro fóssil não é, infelizmente, completo ou ininterrupto: a maioria dos organismos nunca fossiliza e mesmo os organismos que fossilizam raramente são encontrados por seres humanos. Apesar de tudo, os fósseis que os seres humanos coletaram oferecem conhecimentos únicos sobre a evolução através de amplas escalas 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.
Como a idade dos fósseis pode ser determinada? Primeiro, os fósseis, muitas vezes estão em rochas construídas em camadas chamadas estratos. Os estratos fornecem uma linha do tempo, com as camadas superiores sendo as mais recentes e as inferiores, mais antigas. Os fósseis de diferentes estratos de um mesmo local, podem ser ordenados por suas posições, e estratos de "referência" com características únicas podem ser usados para comparar as idades dos fósseis em diferentes locais. Além disso, os cientistas podem datar aproximadamente, os fósseis, utilizando a datação radiométrica, processo que mede o decaimento radioativo de certos elementos.
Os fósseis documentam a existência de espécies atualmente extintas, mostrando que diferentes organismos viveram na Terra durante diferentes períodos da história do planeta. Eles também podem ajudar os cientistas a reconstruir as histórias evolutivas das espécies atuais. Por exemplo, alguns dos fósseis mais bem estudados são da linhagem de cavalos. Usando estes fósseis, os cientistas foram capazes de reconstruir uma "árvore genealógica", grande e ramificada, para os cavalos e seus parentes já extintosstart superscript, 6, end superscript. Alterações na linhagem levando aos cavalos atuais, tais como a redução dos dedos pés para cascos, podem refletir a adaptação às mudanças ambientais.
Crédito da imagem: "Equine evolution," por H. Zell, CC BY-SA 3.0.

Observação direta da microevolução

Em alguns casos, a evidência da evolução é que podemos vê-la ocorrendo ao nosso redor! Exemplos atuais importantes da evolução incluem o surgimento de bactérias resistentes aos medicamentos e de insetos resistentes a pesticidas.
Por exemplo, na década de 1950, houve um esforço mundial para erradicar a malária eliminando seus vetores (certos tipos de mosquitos). O pesticida DDT foi pulverizado amplamente em áreas onde viviam mosquitos, e no início o DDT era altamente eficaz em matar os mosquitos. No entanto, ao longo do tempo, o DDT tornou-se cada vez menos eficaz, e mais e mais mosquitos sobreviviam. Isso ocorreu porque a população de mosquitos desenvolveu resistência ao pesticida.
A evolução da resistência ao DDT em populações de mosquitos foi observada diretamente na década de 1950 como resultado de uma campanha para erradicar a malária. A resistência ao pesticida evoluiu ao longo de alguns anos pela seleção natural:
1) Nas populações de mosquito, alguns indivíduos tinham alelos que os tornaram resistentes ao pesticida DDT. A maioria dos indivíduos tinha alelos que não conferiam resistência.
2) Quando o DDT era pulverizado, indivíduos portadores do alelo da resistência sobreviviam, enquanto os portadores do alelo não resistente morriam.
3) Ao longo de várias gerações, uma prole mais resistente foi nascendo e a população evoluiu. A população agora continha mais indivíduos resistentes do que não resistentes.
A emergência da resistência ao DDT é um exemplo de evolução por seleção naturalstart superscript, 7, end superscript. Como a seleção natural teria funcionado neste caso?
  1. Antes do início das aplicações de DDT, uma ínfima fração dos mosquitos da população teria tido versões do gene (alelos) que os tornava resistentes ao DDT ocorrendo naturalmente. Essas versões teriam aparecido através de mutação aleatória, ou mudanças na sequência do DNA. Sem a presença do DDT no ambiente, os alelos resistentes não teriam ajudado os mosquitos a sobreviver ou se reproduzir (e poderiam até mesmo ser prejudiciais), desta forma, teriam permanecido raros.
  2. Quando iniciou a pulverização do DDT, a maioria dos mosquitos teria sido morta pelo pesticida. Que mosquitos teriam sobrevivido? Na maioria das vezes, apenas os raros indivíduos que casualmente tinham alelos de resistência ao DDT (e, portanto, sobreviviam à pulverização com DDT). Esses mosquitos sobreviventes teriam sido capazes de se reproduzir e deixar descendentes.
  3. Ao longo de gerações, mais e mais mosquitos resistentes ao DDT mosquitos teriam nascido na população. Isso porque os pais resistentes teriam sido consistentemente mais capazes de sobreviver e se reproduzir que os pais não resistentes e teriam passado seus alelos de resistência ao DDT (e, com isso, a capacidade de sobreviver ao DDT) aos seus filhos. Finalmente, as populações de mosquito teriam voltado a aumentar, mas teriam sido compostas em grande parte por indivíduos resistentes ao DDT.
Nas regiões do mundo onde o DDT foi usado extensivamente no passado, muitos dos mosquitos são agora resistentes. O DDT já não pode ser usado para controlar as populações de mosquito (e reduzir a malária) nessas regiões.
Por que as populações de mosquito são capazes de "desenvolver" rapidamente a resistência ao DDT? Dois fatores importantes são uma população grande (o que torna mais provável que alguns indivíduos na população tenham, por acaso, as mutações que proporcionam resistência) e um curto ciclo de vida. As bactérias e os vírus, que têm populações ainda maiores e ciclos de vida mais curtos, podem "desenvolver" resistência às drogas muito rapidamente, como em bactérias resistentes a antibióticos e HIV resistente a medicamentos.

Resumo

Vários tipos de evidências sustentam a teoria da evolução:
  • Estruturas homólogas fornecem evidência de ancestralidade comum, enquanto estruturas análogas mostram que pressões seletivas similares podem produzir adaptações semelhantes (características benéficas).
  • 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 acerca de como as espécies se relacionam umas com as outras.
  • O registro fóssil, ainda que incompleto, provê informação acerca de quais espécies existiram num período particular da história da Terra.
  • Algumas populações, como as dos micróbios e alguns insetos, evoluem em períodos de tempo relativamente curtos e podem ser observadas diretamente.

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  • Avatar blobby green style do usuário Jean vieira
    Por que os primatas não evoluem mais para humanos?
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    • Avatar piceratops ultimate style do usuário Thiago Medeiros
      Primeiramente os primatas atuais não evoluíram para humanos. Segundamente, a evolução (seleção naturais) não possui um objetivo em si. O fato é que a evolução é um mecanismo de eliminação de organismo inapto a sobreviver, seja através de mutações degenerativas que, ou matam o indivíduo antes que o mesmo procrie, ou o torna estéril; e também dos indivíduos que não conseguem escapar de seus predadores ou garantir a manutenção da sua população frente a mudanças climáticas.
      Nesse ponto, os macacos estavam bem nas selvas, embora algumas mudanças geradas pelos humanos, na verdade estão extinguindo várias espécies, incluindo espécies de macacos.
      (6 votos)
  • Avatar blobby green style do usuário arosafaith
    Se o olho dos polvos e lulas é extrememente similar ao olho dos humanos, como sabemos que os humanos não evoluiram das lulas. Se, apesar disso, os homens não evoluíram dos polvos, como podemos ter certeza que evoluíram dos primatas?
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