Evolução

Teoria da Evolução de Charles Darwin

A teoria da evolução por seleção natural descreve um mecanismo para a mudança de espécies ao longo do tempo. Essa mudança de espécie havia sido sugerida e debatida bem antes de Darwin. A visão de que as espécies eram estáticas e imutáveis ​​baseava-se nos escritos de Platão, mas também havia gregos antigos que expressavam idéias evolucionárias.

No século XVIII, idéias sobre a evolução dos animais foram reintroduzidas pelo naturalista Georges-Louis Leclerc, o conde de Buffon e até pelo avô de Charles Darwin, Erasmus Darwin. Durante esse período, também foi aceito que havia espécies extintas. Ao mesmo tempo, James Hutton, o naturalista escocês, propôs que a mudança geológica ocorresse gradualmente pelo acúmulo de pequenas mudanças de processos (por longos períodos de tempo) exatamente como aqueles que acontecem hoje.

Isso contrastava com a visão predominante de que a geologia do planeta era uma consequência de eventos catastróficos que ocorriam durante um passado relativamente breve. A visão de Hutton foi posteriormente popularizada pelo geólogo Charles Lyell no século XIX. Lyell tornou-se amigo de Darwin e suas idéias foram muito influentes no pensamento de Darwin.

No início do século XIX, Jean-Baptiste Lamarck publicou um livro que detalhava um mecanismo de mudança evolutiva que agora é referido como herança de características adquiridas . Na teoria de Lamarck, modificações em um indivíduo causadas por seu ambiente, ou o uso ou desuso de uma estrutura durante sua vida útil, poderiam ser herdadas por seus descendentes e, assim, provocar mudanças em uma espécie. Embora esse mecanismo de mudança evolutiva, conforme descrito por Lamarck, tenha sido desacreditado, as idéias de Lamarck foram uma importante influência no pensamento evolutivo. A inscrição na estátua de Lamarck que fica nos portões do Jardin des Plantes em Paris descreve-o como o “fundador da doutrina da evolução”.

Charles Darwin e Seleção Natural

O mecanismo atual para a evolução foi independentemente concebido e descrito por dois naturalistas, Charles Darwin e Alfred Russell Wallace, em meados do século XIX. Importante, cada um passou o tempo explorando o mundo natural em expedições aos trópicos.

De 1831 a 1836, Darwin viajou ao redor do mundo no HMS Beagle visitando a América do Sul, a Austrália e a ponta sul da África. Wallace viajou para o Brasil para coletar insetos na floresta amazônica de 1848 a 1852 e ao arquipélago malaio de 1854 a 1862. A jornada de Darwin, como as viagens posteriores de Wallace no arquipélago malaio, incluiu paradas em várias cadeias de ilhas, sendo as últimas as Ilhas Galápagos. (oeste do Equador).

Nessas ilhas, Darwin observou espécies de organismos em diferentes ilhas que eram claramente semelhantes, mas tinham diferenças distintas. Por exemplo, os tentilhões que habitavam as ilhas Galápagos eram constituídos por várias espécies, cada uma com uma forma de bico única ( Figura).

Ele observou que esses tentilhões se assemelhavam a outras espécies de tentilhões no continente da América do Sul e que o grupo de espécies nas Galápagos formava uma série graduada de tamanhos e formas de bico, com diferenças muito pequenas entre as mais semelhantes. Darwin imaginou que as espécies da ilha poderiam ser todas as espécies modificadas de uma espécie original do continente.

Em 1860, ele escreveu: “Vendo essa gradação e diversidade de estrutura em um pequeno e intimamente relacionado grupo de pássaros, pode-se realmente imaginar que, a partir de uma escassez original de aves neste arquipélago, uma espécie foi levada e modificada para fins diferentes. ” 1

A ilustração mostra quatro espécies diferentes de tentilhões das Ilhas Galápagos. O formato do bico varia de amplo e espesso a estreito e fino.
Darwin observou que a forma do bico varia entre espécies de tentilhões. Ele postulou que o bico de uma espécie ancestral se adaptou ao longo do tempo para equipar os tentilhões para adquirir diferentes fontes de alimento. Esta ilustração mostra as formas de bico para quatro espécies de tentilhões: 1. Geospiza magnirostris (o grande tentilhão), 2. G. fortis (o tentilhão médio), 3. G. parvula (o pequeno tentilhão), e 4 . olivacea Certhidea (a Finch-toutinegra verde).

Tanto Wallace quanto Darwin observaram padrões semelhantes em outros organismos e conceberam independentemente um mecanismo para explicar como e por que tais mudanças poderiam ocorrer. Darwin chamou esse mecanismo de seleção natural. Seleção natural Darwin argumentou que era um resultado inevitável de três princípios que operavam na natureza. Primeiro, as características dos organismos são herdadas ou transmitidas dos pais para os descendentes.

Em segundo lugar, mais descendentes são produzidos do que os que conseguem sobreviver; em outras palavras, recursos para sobrevivência e reprodução são limitados. A capacidade de reprodução em todos os organismos supera a disponibilidade de recursos para suportar seus números. Assim, há uma competição por esses recursos em cada geração.

Tanto Darwin quanto Wallace entenderam esse princípio a partir da leitura de um ensaio do economista Thomas Malthus, que discutiu esse princípio em relação às populações humanas. Terceiro, os descendentes variam entre si em relação às suas características e essas variações são herdadas.

Destes três princípios, Darwin e Wallace argumentaram que os descendentes com características herdadas que lhes permitem competir melhor por recursos limitados sobreviverão e terão mais descendentes do que aqueles indivíduos com variações que são menos capazes de competir.

Como as características são herdadas, essas características serão melhor representadas na próxima geração. Isso levará a mudanças nas populações ao longo de gerações em um processo que Darwin chamou de “descida com modificação”.

Os artigos de Darwin e Wallace ( Figura ), apresentando a ideia de seleção natural, foram lidos juntos em 1858, antes da Sociedade Lineana, em Londres. No ano seguinte, o livro de Darwin, Sobre a Origem das Espécies, foi publicado, descrevendo com detalhes consideráveis ​​seus argumentos para a evolução pela seleção natural.

Fotos de Charles Darwin e Alfred Wallace são mostradas.
(a) Charles Darwin e (b) Alfred Wallace escreveu artigos científicos sobre seleção natural que foram apresentados juntos antes da Sociedade Lineana em 1858.

Demonstrações de evolução por seleção natural podem ser demoradas. Uma das melhores demonstrações tem sido nas próprias aves que ajudaram a inspirar a teoria, os tentilhões de Galápagos. Peter e Rosemary Grant e seus colegas estudaram as populações de tentilhões de Galápagos todos os anos desde 1976 e forneceram importantes demonstrações do funcionamento da seleção natural.

Os subsídios encontraram mudanças de uma geração para a outra nas formas de bico dos tentilhões medianos da ilha de Galápagos, em Daphne Major. O passarinho de chão médio se alimenta de sementes. As aves herdaram variações no formato do bico, com alguns indivíduos tendo notas largas e profundas e outros com notas mais finas.

aves de bico grande se alimentam mais eficientemente de sementes grandes e duras, enquanto as aves de bico menor se alimentam mais eficientemente de sementes pequenas e macias. Durante 1977, Um período de seca alterou a vegetação da ilha. Após esse período, o número de sementes diminuiu drasticamente: o declínio de sementes pequenas e macias foi maior do que o declínio de sementes grandes e duras.

As aves de bico grande foram capazes de sobreviver melhor do que as aves de bico pequeno no ano seguinte. No ano seguinte à seca, quando os Grants mediram o tamanho dos bicos na população muito reduzida, descobriram que o tamanho médio das contas era maior (Figura ). Esta foi uma clara evidência para a seleção natural (diferenças na sobrevivência) do tamanho da conta causada pela disponibilidade de sementes.

Os Grants estudaram a herança do tamanho das notas e sabiam que as aves sobreviventes de bico grande tenderiam a produzir descendentes com notas maiores, de modo que a seleção levaria à evolução do tamanho da conta. Estudos subseqüentes dos Grants demonstraram a seleção e a evolução do tamanho do projeto de lei nesta espécie em resposta às mudanças nas condições da ilha. A evolução ocorreu tanto para contas maiores, como neste caso, como para notas menores quando sementes grandes se tornaram raras.

Dois gráficos mostram o número de aves no eixo y e a profundidade da nota em milímetro no eixo x. O gráfico à esquerda contém dados para o ano de 1976, com um total de 751 aves medidas. A profundidade média do bico é de cerca de 9,5 milímetros. O gráfico à direita tem dados para o ano de 1978, depois que uma seca causou a morte de muitos pássaros. O número total de aves sobreviventes medido para estes dados foi de 90, e a profundidade média do bico é de cerca de 10 milímetros.
Uma seca na ilha de Daphne Major, em Galápagos, em 1977, reduziu o número de pequenas sementes disponíveis para os tentilhões, fazendo com que muitos dos tentilhões de bico pequeno morressem. Isso causou um aumento no tamanho médio do bico dos tentilhões entre 1976 e 1978.

Variação e Adaptação

A seleção natural só pode ocorrer se houver variação , ou diferenças, entre os indivíduos de uma população. É importante ressaltar que essas diferenças devem ter alguma base genética; caso contrário, a seleção não levará a alterações na próxima geração. Isso é crítico porque a variação entre os indivíduos pode ser causada por razões não-genéticas, como um indivíduo ser mais alto por causa de uma melhor nutrição ao invés de genes diferentes.

A diversidade genética em uma população vem de duas fontes principais: mutação e reprodução sexual. A mutação, uma mudança no DNA, é a fonte última de novos alelos ou nova variação genética em qualquer população.

Um indivíduo que tem um gene mutante pode ter um traço diferente do de outros indivíduos na população. No entanto, isso nem sempre é o caso. Uma mutação pode ter um dos três resultados na aparência (ou fenótipo) dos organismos:

  • Uma mutação pode afetar o fenótipo do organismo de maneira a reduzir sua aptidão física – menor probabilidade de sobrevivência, resultando em menos descendentes.
  • Uma mutação pode produzir um fenótipo com um efeito benéfico na aptidão.
  • Muitas mutações, chamadas mutações neutras, não terão efeito sobre a aptidão.

As mutações também podem ter toda uma gama de tamanhos de efeito na aptidão do organismo que as expressam em seu fenótipo, de um pequeno efeito a um grande efeito. A reprodução sexual e o crossing over na meiose também levam à diversidade genética: quando dois pais se reproduzem, combinações únicas de alelos se reúnem para produzir genótipos únicos e, assim, fenótipos em cada um dos descendentes.

Um traço hereditário que ajuda a sobrevivência e a reprodução de um organismo em seu ambiente atual é chamado de adaptação. Uma adaptação é uma “correspondência” do organismo com o meio ambiente.

A adaptação a um ambiente ocorre quando ocorre uma mudança na variação genética ao longo do tempo, que aumenta ou mantém a correspondência da população com o meio ambiente. As variações nos bicos de passarinho mudaram de geração em geração, proporcionando adaptação à disponibilidade de alimentos.

Se uma característica é ou não favorável depende do ambiente no momento. As mesmas características nem sempre têm o mesmo benefício ou desvantagem relativa, porque as condições ambientais podem mudar. Por exemplo, tentilhões com grandes contas foram beneficiados em um clima, enquanto pequenas contas eram uma desvantagem; em um clima diferente, a relação se inverteu.

Padrões de Evolução

A evolução das espécies resultou em enorme variação de forma e função. Quando duas espécies evoluem em direções diferentes a partir de um ponto comum, ela é chamada de evolução divergente. Tal evolução divergente pode ser vista nas formas dos órgãos reprodutivos das plantas com flores, que compartilham as mesmas anatomias básicas; no entanto, eles podem parecer muito diferentes como resultado da seleção em diferentes ambientes físicos e adaptação a diferentes tipos de polinizadores ( Figura ).

A foto A mostra um talo com vários cachos de pequenas flores roxas com pétalas longas e delicadas. A foto B mostra uma flor margarida com pétalas roxas e uma grande estrutura central com muitos espigões, parecendo um ouriço-do-mar.
Plantas florescentes evoluíram de um ancestral comum. Note que a (a) estrela em brasa densa e (b) a coneflora roxa variam na aparência, mas ambos compartilham uma morfologia básica similar. (crédito a, b: modificação do trabalho por Cory Zanker)

Em outros casos, fenótipos semelhantes evoluem independentemente em espécies distantemente relacionadas. Por exemplo, o voo evoluiu tanto em morcegos quanto em insetos, e ambos têm estruturas às quais nos referimos como asas, que são adaptações para o voo. As asas de morcegos e insetos, no entanto, evoluíram a partir de estruturas originais muito diferentes.

Quando estruturas semelhantes surgem através da evolução independentemente em diferentes espécies, isso é chamado de evolução convergente . As asas de morcegos e insetos são chamadas de estruturas análogas ; eles são semelhantes em função e aparência, mas não compartilham uma origem em um ancestral comum. Em vez disso, eles evoluíram independentemente nas duas linhagens.

As asas de um beija-flor e uma avestruz são estruturas homólogas, o que significa que eles compartilham semelhanças (apesar de suas diferenças resultantes da divergência evolutiva). As asas dos beija-flores e dos avestruzes não evoluíram independentemente na linhagem dos beija-flores e na linhagem dos avestruzes – eles descendiam de um ancestral comum com asas.

Para entender melhor o assunto veja também:

A síntese moderna

Os mecanismos de herança, genética, não eram compreendidos na época em que Darwin e Wallace estavam desenvolvendo sua ideia de seleção natural. Essa falta de compreensão foi um obstáculo para compreender muitos aspectos da evolução.

De fato, misturar herança era a teoria genética predominante (e incorreta) da época, o que tornava difícil entender como a seleção natural poderia operar. Darwin e Wallace desconheciam o trabalho genético do monge austríaco Gregor Mendel, publicado em 1866, pouco depois da publicação de A Origem das Espécies..

O trabalho de Mendel foi redescoberto no início do século XX, altura em que os geneticistas foram rapidamente chegando a uma compreensão dos fundamentos da herança. Inicialmente, a recém-descoberta natureza particulada dos genes tornou difícil para os biólogos entenderem como a evolução gradual poderia ocorrer.

Mas nas próximas décadas a genética e a evolução foram integradas no que ficou conhecido como a síntese moderna– a compreensão coerente da relação entre seleção natural e genética que tomou forma nos anos 1940 e é geralmente aceita hoje.

Em suma, a síntese moderna descreve como as pressões evolucionárias, como a seleção natural, podem afetar a composição genética de uma população e, por sua vez, como isso pode resultar na evolução gradual de populações e espécies.

A teoria também conecta essa mudança gradual de uma população ao longo do tempo, chamada microevolução , com os processos que deram origem a novas espécies e grupos taxonômicos mais elevados, com caracteres amplamente divergentes, chamados de macroevolução .

Notas de rodapé

  • Charles Darwin, Jornal de Pesquisas sobre a História Natural e Geologia dos Países visitados durante a Viagem do HMS Beagle Volta ao Mundo, sob o comando do Capitão Fitz Roy, RN , 2. ed. (London: John Murray, 1860), http://www.archive.org/details/journalofresea00darw.
  • Sahar S. Hanania, Dhia S. Hassawi, e Nidal M. Irshaid, “Frequência de Alelos e Genótipos Moleculares do Sistema do Grupo Sanguíneo ABO na População da Jordânia”, Journal of Medical Sciences 7 (2007): 51-58, doi: 10.3923 /jms.2007.51.58

Glossário

adaptação
um traço hereditário ou comportamento em um organismo que ajuda na sua sobrevivência em seu ambiente atual
estrutura análoga
uma estrutura que é similar por causa da evolução em resposta a pressões de seleção similares resultando em evolução convergente, não similar por causa da descendência de um ancestral comum
evolução convergente
uma evolução que resulta em formas semelhantes em diferentes espécies
evolução divergente
uma evolução que resulta em diferentes formas em duas espécies com um ancestral comum
pool genético
todos os alelos transportados por todos os indivíduos da população
deriva genética
o efeito do acaso no pool genético de uma população
estrutura homóloga
uma estrutura que é semelhante por causa da descendência de um ancestral comum
herança de características adquiridas
uma frase que descreve o mecanismo de evolução proposto por Lamarck, no qual traços adquiridos por indivíduos através do uso ou desuso poderiam ser passados ​​para seus descendentes, levando à mudança evolutiva na população.
macroevolução
uma escala mais ampla de mudanças evolutivas vistas no tempo paleontológico
microevolução
as mudanças na estrutura genética de uma população (isto é, freqüência alélica)
migração
o movimento de indivíduos de uma população para um novo local; em genética de populações, refere-se ao movimento de indivíduos e seus alelos de uma população para outra, alterando potencialmente as frequências alélicas tanto na população antiga quanto na nova.
síntese moderna
o paradigma evolutivo abrangente que tomou forma na década de 1940 e é geralmente aceito hoje
seleção natural
a maior sobrevivência relativa e reprodução de indivíduos em uma população que tem características hereditárias favoráveis, levando à mudança evolutiva
genética de populações
o estudo de como as forças seletivas alteram as frequências alélicas em uma população ao longo do tempo
variação
a variedade de alelos em uma população

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