Problema 4: a seleção natural se esforça muito para firmar características vantajosas nas populações

Imagem: Jason Samfield/Flickr

Nota do tradutor: esta é a parte 4 da série de 10 artigos sobre os problemas científicos da evolução biológica e química. A série é baseada no capítulo “The Top Ten Scientific Problems with Biological and Chemical Evolution” de autoria de Casey Luskin no livro More than Myth, editado por Paul Brown e Robert Stackpole (Chartwell Press, 2014). Ao fim dos 10 artigos, toda a série será publicada em um único texto. Eis a lista dos artigos anteriores: Artigo introdutório, Problema 1, Problema 2, Problema 3.


Em 2008, 16 biólogos de todo o mundo reuniram-se em Altenberg, Áustria, para discutir problemas com o modelo neodarwinista moderno da evolução. A revista Nature cobriu essa conferência “Altenberg 16”, citando os principais cientistas dizendo coisas como:

  • “A origem das asas e a invasão da terra… São coisas sobre as quais a teoria da evolução nos diz pouco” [49].
  • “Você não pode negar a força da seleção na evolução genética… Mas, na minha opinião, essas formas bem ajustadas e estáveis que se originaram foram devido a outros processos”.
  • “A síntese moderna é extraordinariamente boa para modelar a sobrevivência do mais apto, mas não é boa para modelar o aparecimento do mais apto”.

No Problema 3, vimos que as mutações não conseguem gerar muitas características complexas nos organismos vivos em escalas de tempo evolutivas razoáveis. Mas as mutações são apenas uma parte do mecanismo evolutivo padrão – há também a seleção natural. E a evolução darwiniana não só comumente falha em explicar o “aparecimento do mais apto” através das mutações, mas também frequentemente se esforça muito para explicar a “sobrevivência do mais apto” através da seleção natural.

Os biólogos evolucionistas muitas vezes assumem que, uma vez que as mutações produzam uma característica funcionalmente vantajosa, ela vai se espalhar facilmente (tornar-se “fixa”) em toda a população através da seleção natural. Por exemplo, imagine uma população de raposas de pêlo castanho que vive em uma região de neve. Uma raposa nasce com uma mutação que transforma seu pêlo em branco, ao invés de marrom. Esta raposa agora tem uma vantagem na caça de presas e na fuga de predadores, porque o seu pêlo branco a permite se camuflar no ambiente cheio de neve. A raposa branca sobrevive, passando seus genes para seus descendentes, que também estão aptos a sobreviver e se reproduzir. Com o tempo, a característica de pêlos brancos se espalha por toda a população.

É assim que deveria funcionar – na teoria. No mundo real, no entanto, a mera geração de uma característica funcionalmente vantajosa não garante que ela persistirá, ou que ela se tornará fixa. Por exemplo, e se por acaso a raposa branca tropeçasse, quebrasse uma perna e fosse devorada por um predador, nunca passando os seus genes? Forças ou eventos aleatórios pode impedir que uma característica se espalhe pela população, mesmo que ela proporcionasse uma vantagem. Estas forças aleatórias estão agrupadas sob o nome de “deriva genética”. Quando os biólogos fazem a matemática da seleção natural, eles descobrem que, a menos que uma característica desse uma vantagem seletiva extremamente forte, a deriva genética tende a prevalecer sobre a força da seleção e a impedir que as adaptações ganhem lugar numa população.

Este problema subestimado tem sido reconhecido por alguns cientistas evolucionistas que são céticos quanto à capacidade da seleção natural de conduzir o processo evolutivo. Um desses cientistas é Michael Lynch, biólogo evolucionista da Universidade de Indiana (Indiana University), que escreve que “a deriva genética aleatória pode impor uma forte barreira para o avanço dos refinamentos moleculares através dos processos adaptativos” [50]. Ele observa que o efeito da deriva é “estimular a fixação de mutações deletérias fracas e desestimular a promoção de mutações benéficas” [51]. Da mesma forma, Eugene Koonin, um importante cientista do National Institutes of Health, explica que a deriva genética leva a “fixação aleatória de mudanças neutras ou até mesmo prejudiciais” [52].

Redundância complexa

Na visão de Lynch, existem muitos sistemas celulares que ajudam na sobrevivência, mas que são redundantes. Como resultado, eles servem como mecanismos de backup que só são usados quando um sistema primário altamente eficaz falhar. Em razão de eles só serem raramente utilizados, estes sistemas só são ocasionalmente expostos ao crivo da seleção. No entanto, estes sistemas podem ser extremamente complexos e eficientes. Como um sistema que é raramente utilizado, ou só é necessário as vezes, poderia evoluir para um nível tão elevado de complexidade e eficiência? Depois de observar as muitas “camadas” de mecanismos celulares complexos que estão envolvidos em processos como o da replicação de DNA, Lynch coloca uma questão crucial:

Embora estas linhas de defesa em camadas sejam claramente vantajosas e em muitos casos essenciais para a saúde das células, em razão de o aparecimento simultâneo de todos os componentes de um sistema ser implausível, várias questões surgem imediatamente. Como a seleção pode estimular a criação de camadas adicionais de mecanismos de reforço e de aptidão se as linhas primárias de defesa estabelecidas já estão altamente refinadas? [53]

Lynch não acredita que seleção natural esteja à altura da tarefa. Num artigo de 2007 do Proceedings of the U.S. National Academy of Sciences intitulado “The frailty of adaptive hypotheses for the origins of organismal complexity”, ele explica que entre biólogos evolucionistas, “o que está em questão é se a seleção natural é uma força necessária ou suficiente para explicar o surgimento das características celulares e genômicas centrais para a construção de organismos complexos” [54]. Usando uma linguagem similar, um artigo na revista Theoretical Biology and Medical Modelling conclui que “é importante que os biólogos estimassem de forma realista o que a seleção pode e não pode fazer em várias circunstâncias. A seleção poderia nem ser necessária nem suficiente para explicar inúmeros recursos celulares ou genômicos de organismos complexos” [55]. Lynch é claro em seus pontos de vista: “não há nenhuma evidência empírica ou teórica convincente de que a complexidade, a modularidade, a redundância ou outras características de vias genéticas sejam promovidas pela seleção natural” [56].

Condenado se você recorrer à seleção, condenado se você não recorrer

No lugar da seleção natural, no entanto, biólogos evolucionistas como Lynch propõem deriva genética aleatória para explicar a origem da características biológicas complexas. De acordo com Lynch, “muitos aspectos da complexidade em nível genômico, celular e molecular nas espécies multicelulares parecem dever suas origens a essas forças não adaptativas, representando pouco mais do que resultados passivos” [57]. Mas ele reconhece que esses “forças não adaptativas da evolução são de natureza estocástica” [58].

Estocástico, é claro, significa aleatório. Uma força estritamente aleatória – que não tem motivos para preservar características que poderiam fornecer alguma vantagem – conseguiria explicar as características biológicas de alta complexidade – como a replicação de DNA ou bioluminescência – que parecem bem ajustadas para realizar funções biológicas úteis? A bióloga Ann Gauger está cética em relação a explicação de Lynch, observando que ele “não oferece nenhuma explicação de como as forças não adaptativas poderiam produzir a complexidade genômica e funcional do organismos que observamos nas espécies modernas” [59]. Jerry Coyne aponta de maneira semelhante a grande deficiência nos apelos à deriva genética:

Tanto a deriva como a seleção natural produzem mudanças genéticas que nós reconhecemos como evolução. Mas existe uma diferença importante. A deriva é um processo aleatório, enquanto a seleção é a antítese da aleatoriedade… Como um processo puramente aleatório, a deriva genética não pode causar a evolução das adaptações. Ela nunca poderia construir uma asa ou um olho. Para isso é necessária seleção natural não aleatória. O que a deriva pode fazer é causar a evolução de características que não são nem úteis nem prejudiciais para o organismo [60].

Coyne ainda observa: “A influência deste processo sobre importantes mudanças evolutivas, porém, é provavelmente pequena, porque ela não tem o poder de moldagem da seleção natural. A seleção natural continua a ser o único processo que pode produzir adaptação” [61]. Mas concordando com Lynch num certo sentido, ele mesmo reconhece que “deriva genética não é só incapaz de criar adaptações, como também pode realmente se sobrepor à seleção natural” [62].

O debate sobre se a seleção natural ou se a deriva genética é mais influente na evolução vai continuar, sem dúvida. Mas há poucas razões para crer, seja qual lado que ganhe este debate, que uma solução materialista viável seja oferecida. A biologia evolutiva encontra-se agora diante de um situação paradoxal:

  • A seleção natural é um mecanismo muito ineficiente para superar as forças aleatórias e fixar os tipos de adaptações complexas que observamos na população, pois ela é facilmente vencida por forças aleatórias como na deriva genética.
  • A vida está repleta de adaptações altamente complexas e eficientes, mas a deriva genética aleatória não oferece nenhuma razão justificável para se acreditar que tais características tenham qualquer motivo para surgir.

Em essência, a deriva genética é como recorrer ao mecanismo de “mutação e seleção”, só que menos toda a seleção. Isso expõe a deriva a todas as dificuldades que vimos no Problema 3, onde as mutações aleatórias não eram capazes de construir aspectos bioquímicos como proteínas funcionais, ou simples interações proteína-proteína, porque várias mutações coordenadas seriam necessárias para produzir essas características. Retirada a seleção, não há nenhuma razão para que mutações aleatórias sozinhas – ou seja, a deriva genética – produzam algo útil.

Infelizmente, o público é raramente alertado sobre esses problemas ou sobre esse debate. De acordo com Lynch, a seleção natural é normalmente retratada como um “mecanismo todo-poderoso (sem qualquer prova direta)” [63], que pode construir características biológicas complexas. Ele alerta que “o mito de que toda a evolução possa ser explicada por adaptação continua a ser perpetuado por causa da nossa reverência contínua ao tratado de Darwin na literatura popular” [64]. A verdade é que nem forças não aleatórias, como a seleção natural, nem forças aleatórias, como deriva genética, conseguem explicar a origem de muitas características biológicas complexas.

Texto traduzido e adaptado de ENV.

Referências:

[49] Scott Gilbert, Stuart Newman e Graham Budd citados em John Whitfield, “Biological theory: Postmodern evolution?”, Nature, 455: 281-284 (17/09/2008).

[50] Michael Lynch, “Evolutionary layering and the limits to cellular perfection”, Proceedings of the U.S. National Academy of Sciences (2012), disponível aqui.

[51] Michael Lynch, “The frailty of adaptive hypotheses for the origins of organismal complexity”, Proceedings of the U.S. National Academy of Sciences, 104: 8597-8604 (15/05/2007).

[52] Eugene V. Koonin, “Darwinian evolution in the light of genomics”, Nucleic Acids Research (2009): 1-24, disponível aqui.

[53] Ibid.

[54] Michael Lynch, “The frailty of adaptive hypotheses for the origins of organismal complexity”, Proceedings of the U.S. National Academy of Sciences, 104: 8597-8604 (15/05/2007).

[55] Chase W. Nelson and John C. Sanford, “The effects of low-impact mutations in digital organisms”, Theoretical Biology and Medical Modelling, 8:9 (2011).

[56] Michael Lynch, “The evolution of genetic networks by non-adaptive processes”, Nature Reviews Genetics, 8:803-813 (outubro de 2007).

[57] Ibid.

[58] Michael Lynch, “The frailty of adaptive hypotheses for the origins of organismal complexity”, Proceedings of the U.S. National Academy of Sciences, 104: 8597-8604 (15/05/2007).

[59] Ann Gauger, “The Frailty of the Darwinian Hypothesis, Part 2”, Evolution News & Views (14/07/2009), disponível aqui.

[60] Jerry A. Coyne, Why Evolution is True, p. 123 (Viking, 2009).

[61] Ibid., p. 13.

[62] Ibid., p. 124.

[63] Michael Lynch, “The frailty of adaptive hypotheses for the origins of organismal complexity”, Proceedings of the U.S. National Academy of Sciences, 104: 8597-8604 (15/05/2007).

[64] Ibid.

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