Teorias, processos, testes e exemplos de evolução biológica

O Evolução biológica É a mudança nas propriedades dos grupos de organismos no decorrer das gerações. Grupos de organismos da mesma espécie são conhecidos como "populações biológicas".

Em essência, a teoria da evolução moderna neodarwinista diz que isso consiste em uma mudança gradual de formas de vida. Isso começou - presumivelmente - com uma molécula com a capacidade de se replicar cerca de 3.5 bilhões de anos.

Fonte: Chensiyuan [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/4.0)]

Com a passagem do tempo, ocorreu um ramo das linhagens e surgiram novas e diversas espécies. Os mecanismos para essa mudança evolutiva são a seleção natural e a deriva de genes.

A biologia evolutiva procura entender a origem da diversidade biológica e como ela mantém. Como é uma ciência central em biologia, geralmente é considerada um pensamento unificador, que integra as diferentes disciplinas das ciências biológicas.

Essa propriedade unificadora da biologia evolutiva foi marcada na famosa frase de Theodosius Dobzhansky: "Nada faz sentido na biologia, se não estiver à luz da evolução".

Atualmente, a biologia evolutiva teve todos os avanços na ciência, permitindo que as filogenias sejam reconstruídas usando numerosas características moleculares e poderosas análises estatísticas.

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Qual é o processo evolutivo?

A evolução é um termo que deriva das raízes latinas Evolvere, que se traduz como implantar ou revelar um potencial oculto. Hoje, a palavra evolução simplesmente evoca uma mudança. É provável que faça parte do nosso léxico diário se referir a mudanças em um objeto ou em uma pessoa.

No entanto, a evolução biológica refere -se a mudanças em grupos de organismos através da passagem de gerações. Esta definição geral de evolução é usada por Futuyma (2005). É importante destacar que organismos como indivíduos Eles não evoluem, enquanto grupos de organismos fazem.

Na biologia, o conjunto de indivíduos da mesma espécie que coexistem no tempo e no espaço é chamado de populações. Para que uma mudança na população seja considerada evolutiva, ela deve ser passada de uma geração para outra através do material genético.

Teorias científicas da evolução

Desde tempos imemoriais, o ser humano sentiu uma curiosidade intrínseca para a origem da vida e a existência da enorme diversidade que os seres orgânicos presentes presentes.

Como o naturalista britânico Charles Darwin (1809-1882) teve um impacto significativo no desenvolvimento dessa ciência, examinaremos as teorias propostas antes e depois de suas contribuições.

Antes de Darwin: o criacionismo e a imutabilidade da espécie

Antes de Darwin, os naturalistas e outros cientistas eram caracterizados por manter um pensamento criacionista em relação à origem da espécie.

Visões essencialistas foram tratadas, onde cada espécie tinha uma essência imutável e a variação que observamos no grupo apenas devido a imperfeições de ser. Esta concepção foi gerenciada no momento de Platão e Aristóteles.

Algum tempo depois, os cristãos começaram a interpretar literalmente as passagens da Bíblia, entendendo que os seres orgânicos foram criados em um único evento por uma entidade sobrenatural. Essa concepção não permitiu mudanças nas espécies ao longo do tempo, uma vez que foram criadas sob a perfeição divina.

No século 18, o objetivo dos naturalistas era catalogar o plano divino que Deus havia criado. Por exemplo, Linneo estabeleceu as bases da taxonomia atual após esta linha de pensamento.

Posteriormente, essa visão foi desafiada por vários pensadores. A teoria pré-vida mais relevante da época foi formulada por Jean Baptiste Lamarck. Para ele, cada espécie se originou individualmente através da geração espontânea e foi capaz de "progredir" ou melhorar com o tempo.

Um dos princípios mais relevantes estabelecidos por Lamarck foi a herança dos personagens adquiridos. Esse naturalista acreditava que os diferentes recursos que adquirimos ao longo de nossas vidas poderiam ser passados ​​para a nossa prole.

Por exemplo, sob a visão Lamarkiana, um fisiculturista que trabalha duro todos os seus grupos musculares, teve que ter filhos com músculos desenvolvidos. O mesmo princípio se aplicará com o desuso dos órgãos.

Darwin e Wallace Contribuições para a Biologia Evolutiva: Seleção Natural

O nome de Charles Darwin geralmente aparece na maioria dos textos de biologia, independentemente de sua especialidade. Darwin revolucionou a biologia e as ciências em geral, com magnitude comparável - por exemplo, com as contribuições de Newton.

Em sua juventude, Darwin manteve um pensamento fiel aos ensinamentos bíblicos. No entanto, acompanhado por um pensamento religioso, Darwin manifestou interesse pelas ciências naturais, por isso foi cercado pelas mentes científicas mais brilhantes do momento.

A viagem no beagle

A vida de Darwin deu uma guinada quando, em tenra idade, ele começou uma viagem a bordo do H. M. S. Beagle, um navio britânico que exploraria diferentes regiões da América do Sul. Depois de uma viagem que durou alguns anos, Darwin observou e coletou uma enorme diversidade de fauna e flora sul -americana.

Graças à sua situação financeira ideal, Darwin foi capaz de dedicar sua vida exclusivamente ao seu trabalho nas ciências biológicas. Após extensas meditações - e também leituras sobre economia - Darwin gerou sua teoria da seleção natural.

Pode atendê -lo: características dos seres vivos

A seleção natural é uma idéia simples e ao mesmo tempo poderosa, sendo um mecanismo evolutivo importante - embora não seja o único, como veremos mais adiante.

Essa ideia não foi apenas deduzida por Darwin. Um jovem naturalista chamado Alfred Wallace alcançou idéias muito semelhantes de forma independente. Wallace se comunicou com Darwin e ambos apresentaram a teoria da evolução pela seleção natural.

A origem das espécies

Posteriormente, Darwin apresenta sua obra -prima: “A origem das espécies”, Que exibe sua teoria em detalhes e com evidências robustas. Este livro tem seis edições nas quais Darwin trabalhou ao longo de sua vida.

A teoria da seleção natural sustenta que, se houver alguma variação útil e herdável em uma população de indivíduos, haverá uma reprodução diferencial entre os detentores de recursos. Isso tenderá a gerar mais descendentes, aumentando assim a frequência de característica na população.

Além disso, Darwin também propôs ancestralidade comum: todas as espécies divergiram no tempo evolutivo de um ancestral em comum. Assim, todos os seres orgânicos podem ser representados na Grande Árvore da Vida.

Depois de Darwin: Neodarwinismo e síntese

Imediatamente após a publicação de "A origem", Uma grande controvérsia eclodiu entre os cientistas mais importantes da época. No entanto, ao longo dos anos, a teoria foi gradualmente aceita.

Havia biólogos que nunca aceitaram idéias darwinianas, então eles geraram suas próprias teorias evolutivas, agora quase completamente desacreditadas. Um exemplo disso são neo-llackismo, ortogênese e munationismo, entre outros.

Entre o ano 30 e 40, todas as teorias anti-vida foram descartadas com a chegada da síntese evolutiva. Isso consistia na união das idéias darwinianas com as contribuições de uma série de geneticistas e paleontologistas como Fisher, Haldane, Mayr e Wright, entre outros.

A síntese conseguiu unificar teorias evolutivas com princípios genéticos corretos, já que uma das dificuldades que Darwin teve que experimentar durante seu trabalho era a ignorância de genes como partículas de herança.

Evidência de evolução: apenas uma teoria?

Hoje, a evolução biológica é um fato apoiado por evidências robustas e abundantes. Embora os biólogos não duvidos da veracidade do processo, na vida cotidiana, geralmente ouvimos que a evolução é "apenas uma teoria" - com conotações pejorativas.

Essa parte mal -entendida do fato de que o termo "teoria" tem significados diferentes na ciência e na vida cotidiana. Para a maioria das pessoas, uma teoria é uma previsão incerta de fato, caracterizada por ter fundações fracas. Para um cientista, uma teoria é um corpo de idéias consistentes e estruturadas da maneira correta.

Seguindo essa ordem de idéias, podemos concluir que a evolução é um feito, E há mecanismos para explicar, como teoria de seleção natural. As evidências mais destacadas do processo evolutivo são as seguintes.

Homologia

Dois processos ou estruturas são homólogos se essa característica foi herdada diretamente de um ancestral comum. Na biologia evolutiva, a homologia é um ponto fundamental, pois são as únicas características que nos permitem.

Homologias morfológicas

Um exemplo muito famoso de homologia são os ossos das extremidades dos tetrapods. Vamos levar três animais que diferem em sua modalidade de locomoção para entender por que a homologia é uma evidência robusta do processo evolutivo: humanos, baleias e morcegos.

Esses três grupos compartilham um plano básico estrutural em suas extremidades anteriores, porque o herdaram de um ancestral comum. Isto é, um tetrópode ancestral tinha um úmero, seguido por um raio e um cubo e, finalmente, uma série de falanges.

Não há razão funcional pela qual três animais com estilos de vida tão díspares devem compartilhar o mesmo plano ósseo em seus membros.

Se a vida foi projetada, não há razão para construir um organismo aquático, um voando e uma terra com o mesmo plano. Nenhum engenheiro - por mais inexperiente.

A maneira mais lógica de explicar isso é por ascendência comum. Os três herdaram esse plano estrutural de um ancestral e sofreram as modificações adaptativas que observamos hoje: asas, barbatanas e armas.

Homologias moleculares

A homologia não se restringe a características anatômicas de um ser vivo. Eles também podem ser evidenciados no nível molecular. A informação genética dos seres vivos é armazenada no DNA e se traduz em trigêmeos: três nucleotídeos correspondem a um aminoácido.

Uma homologia molecular universal é a leitura desse código genético, pois praticamente todos os seres orgânicos compartilham esse idioma - embora existam exceções muito específicas.

O registro fóssil

Quando Darwin propõe sua teoria de seleção natural, ele argumenta que todas as formas de transição graduais não estão presentes no registro fóssil porque está incompleto. Por outro lado, os oponentes das idéias darwinianas veem a descontinuidade do registro como um teste contra a teoria.

Devemos lembrar que o processo de fossilização de um ser orgânico é um evento improvável, juntamente com a probabilidade de que um espécime encontrado em boas condições. Por esses motivos, menos de 1% de todas as formas que viviam são representadas no registro fóssil.

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Apesar disso, foram encontrados fósseis muito bem preservados que serve como uma "janela para o passado". Um dos mais famosos é Archaeopteryx. Neste fóssil, eles destacam as características intermediárias entre um réptil e um pássaro. Também temos vários fósseis hominídeos que nos permitiram reconstruir a evolução dos humanos.

Algumas teorias alternativas foram propostas para explicar a descontinuidade do registro, como a teoria do equilíbrio pontuado.

Biogeografia

Embora a evolução seja apoiada por evidências de muitos ramos do conhecimento, foi a biogeografia que convenceu Darwin da veracidade do processo evolutivo.

A distribuição dos organismos vivos no planeta Terra não é homogênea, e muitos aspectos desse padrão podem ser explicados pela teoria evolutiva - e não pela hipótese especial da criação.

Quando examinamos a fauna das ilhas oceânicas (elementos isolados que nunca tiveram contato com o continente), descobrimos que a composição da espécie é muito peculiar. Por exemplo, isso pode ser visto nas ilhas localizadas no Atlântico Norte, chamadas Ilhas Bermudas.

Vertebrados nativos (não -saqueadores) são muito poucos, principalmente pássaros, morcegos migratórios e lagartos, entre outros. Algumas dessas espécies mostram uma relação significativa com a fauna da América do Norte. Outros, por outro lado, são endêmicos da ilha e não são encontrados em nenhuma outra região.

Esse padrão de distribuição é compatível com os processos evolutivos, uma vez que a área é especificamente colonizada com animais com capacidade de voo e dispersando grandes distâncias.

Evolução em ação: Exemplo de evolução

Outro mal -entendido na biologia evolutiva é que ela está relacionada a um processo extremamente lento.

Embora seja verdade que, para obter adaptações complexas, como maxilares ou olhos poderosos com excelentes visões, teríamos que esperar alguns milhões de anos, existem certos processos evolutivos que podemos observar com nossos próprios olhos em um período relativamente curto de tempo.

Em seguida, analisaremos o caso da mariposa Biston Betularia como um exemplo de evolução em ação. Mais tarde, falaremos sobre a resistência a antibióticos e pesticidas, outro exemplo de evolução que podemos observar em um curto espaço de tempo.

Melanismo industrial e Biston Betularia

Um dos exemplos mais destacados da biologia evolutiva é o melanismo industrial. Esse fenômeno foi documentado durante a Revolução Industrial e conseguiu estabelecer uma relação entre a variação na cor da mariposa Biston Betularia e a contaminação de seu habitat.

A mariposa apresenta duas morfologias: uma clara e uma escura. Antes da poluição, a variante dominante era a mariposa clara, presumivelmente porque empoleirou -se com a mordida clara de Birch e poderia passar despercebida por seus potenciais predadores: pássaros.

Com a chegada da revolução industrial, a poluição aumenta os níveis significativos. O córtex das árvores começou a tomar uma coloração cada vez mais escura e isso gerou uma mudança nas frequências das variantes claras e escuras das mariposas.

A mariposa escura era a variante dominante por um tempo, pois poderia estar melhor escondido na casca enegrecida.

Posteriormente, foram implementados programas de limpeza ambiental que ajudaram a reduzir a poluição ambiental. Graças à eficiência desses programas, as árvores começaram a tomar sua cor característica inicial novamente.

Como podemos intuir, a frequência das mariposas mudou novamente, sendo a variante clara do dominante. Assim, o processo evolutivo foi documentado em um período de 50 anos.

Mecanismos de evolução

A evolução biológica é um processo que envolve duas etapas: a geração de variação e, em seguida, a reprodução diferencial de variações, seja por seleção natural ou por desvio de genes. Por esse motivo, o termo seleção e evolução naturais não devem ser usadas de forma intercambiável - porque elas não são.

Sob a perspectiva da evolução da genética da população está a mudança de frequências alélicas ao longo do tempo dentro de uma população. Assim, as forças que mudam as frequências alélicas são seleção, deriva, mutação e migração.

Seleção natural

Como mencionamos anteriormente, a maior contribuição de Darwin para a biologia foi propor a teoria da seleção natural. Isso foi fortemente incompreendido e deturpado pela mídia, associando -a a frases erradas como: "A sobrevivência dos mais adequados".

Condições para a seleção natural ocorrer

A seleção natural é uma ideia simples, com resultados magníficos. Se um sistema atender às seguintes características, ele evoluirá - inevitavelmente - através da seleção natural:

- Variabilidade: uma condição sine qua non Para que a evolução ocorra, deve haver variação dentro da população.

Por exemplo, os membros variam em sua coloração, pêlo, altura, etc. Podemos encontrar a variação em diferentes níveis: morfológica, celular, bioquímica e molecular. À medida que descemos no nível, descobrimos que a variação aumenta.

- Herança: Em termos simples, a embalagem é a semelhança dos pais com seus filhos. Formalmente, é definido como a proporção da variação fenotípica devido à variação genética e é expressa com a equação: H² = V_G / (V_G + V_E), onde V_G É a variação genética e v_E A variação ambiental.

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- Associação com ele Fitness: Finalmente, o recurso herdável deve conferir à agência que tem uma vantagem no fitness. Este termo é usado na biologia evolutiva para quantificar a capacidade de um organismo de sobreviver e reproduzir, deixando filhos férteis.

Assim, quando essas três condições são atendidas, os organismos com os traços vantajosos têm maior probabilidade de se reproduzir do que os membros da população que não têm o mesmo.

Gene deriva

Drift gene é a mudança nas frequências alélicas que ocorre pelo erro de amostragem dos gametas de uma geração para outra. Isto é, é um evento estocástico ou aleatório. Este fenômeno é significativo quando a população eficaz de estudo é pequena.

Nas estatísticas, o erro de amostragem é as discrepâncias que existem entre a previsão teórica e o obtido experimentalmente. Por exemplo, se tivermos 50 grãos pretos e 50 grãos vermelhos em uma bolsa, esperaríamos que, se tomarmos 10 aleatórios, a proporção esperada é 5 grãos pretos e 5 vermelhos.

No entanto, não seria estranho se o resultado experimental for 6 negros e 4 vermelho ou 7 preto e 3 vermelho. Este é o erro de amostragem.

De acordo com a teoria neutra da evolução molecular, a maioria das mutações é fixada pela derivação e não tem efeitos no fitness do indivíduo.

Como na seleção natural, na deriva de genes, há reprodução diferencial de indivíduos apenas que, neste caso, é por acaso - enquanto na seleção natural é por uma característica que aumenta seu fitness.

Aplicações evolutivas de biologia

A biologia evolutiva tem uma série de aplicações, tanto para medicina, agricultura, biologia de conservação quanto para outras disciplinas.

Medicamento

A teoria da evolução é uma ciência essencial no campo da medicina. Por exemplo, nos permite prever o resultado do uso indiscriminado de antibióticos para o tratamento de doenças infecciosas.

Quando aplicarmos um antibiótico desnecessariamente ou não culminar o tratamento médico, eliminaremos variantes não resistentes, mas indivíduos resistentes aumentarão sua frequência na população de bactérias.

Atualmente, a questão da resistência bacteriana à maioria dos antibióticos é um mundo de interesse e preocupação. A consciência do uso de antibióticos é uma maneira de reduzir essa complicação.

Por exemplo, bactérias Staphylococcus aureus É comum as salas de operações e causam infecções em pacientes durante cirurgias.

Hoje, as bactérias são totalmente resistentes a uma série de antibióticos, como penicilina, ampicilina e drogas relacionadas. Embora novos antibióticos tenham sido gerados para neutralizá -lo, os medicamentos são cada vez menos eficientes.

A crise de resistência é um dos exemplos mais dramáticos de evolução, que podemos observar com nossos próprios olhos, por isso também serve como evidência do processo evolutivo.

Agricultura e Pecuária

O mesmo princípio evolutivo pode ser extrapolado para o uso de pesticidas para a eliminação de pragas, em culturas com importância econômica significativa. Se o mesmo tipo de pesticida for aplicado por um longo tempo, favoreceremos o aumento de variantes resistentes.

Da mesma forma, os agricultores buscam obter os "melhores" animais, para maximizar a produção (leite, carne, etc.). Esses agricultores selecionam os indivíduos que consideram mais úteis em termos práticos. Com a passagem de gerações, os indivíduos se assemelham ao que é desejado pelo humano.

Este processo de seleção artificial humana se assemelha à seleção natural, em termos de sucesso reprodutivo diferencial. Com a notável diferença de que na natureza não há co -insenciador.

Biologia de conservação

Em questões de conservação, o entendimento de fenômenos como "gargalos" e diminuição fitness causados ​​pela endogamia permite evitá -los e gerar planos de conservação que aumentam o fitness e mantenha a população "saudável".

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