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Evolução, Ciência e SociedadeBiologia Evolutiva na pesquisa básica e aplicada

Conceitos: Fato e Teoria na Evolução

Professor Fabrício R Santosfsantos@icb.ufmg.br

Departamento de Biologia Geral, UFMG

Ciência básica Ciência básica

Ciência básica Ciência básica

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Ciência aplicada

Epidemiologia do HIV revela origens recentes e múltiplas a partir da África

Ciência aplicada

Seleção natural do HIV em resposta a drogas está sendo compreendida, levando ao desenvolvimento de coquetéis de drogas e protocolos diferenciados de administração, assim como novas drogas.

Ciência aplicada

Epidemiologia do vírus H1N1 foi detalhadamente investigada para revelar o padrão de dispersão mundial do agente da Gripe A.

Ciência aplicada

Epidemiologia molecular da Febre Amarela: a história filogenética dos vírus da América do Sul revelam o padrão de dispersão geográfica e de contágio, como nos surtos de 2000/2001 e de 2016/2017

A Febre Amarela (vírus e Aedes) chegou à América do Sul na época colonial, que foi posteriormente erradicada no meio urbano e se estabeleceu como ciclo silvestre na Amazônia, de onde se originam os surtos atuais.

Ciência aplicada Ciência aplicada

O aumento da resistência dos insetos-praga frente aos inseticidas utilizados na agricultura é explicado pela Seleção Natural. Novos protocolos de uso de inseticidas são elaborados, assim como novas substâncias são desenvolvidas utilizando estas informações básicas.

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• Evolução seria uma disciplina separada da biologia e não um fundamento de todas ciências biológicas;

• Evolução seria mero acaso;

• Evolução seria sinônimo de avanço, melhoramento, aperfeiçoamento constante;

• Mutação seria para alguns o princípio formador de novas espécies e para outros só eventos deletérios;

• Não haveria “fatos científicos” e “verdades científicas provisórias” em Evolução, diferente de outras ciências.

Concepções equivocadas na sociedadeHistórico do pensamento evolutivo e predecessores de Darwin

"A Origem das Espécies"

Antes da viagem do Beagle, Charles Darwin era criacionista e membro da igreja ortodoxa anglicana. Aparentemente,Darwin continuou criacionista (mas não dogmático) até pouco tempo após o retorno à Inglaterra, quando as primeirasideias "transformistas" lhe vieram em 1837, discutindo sobre as diferentes espécies de pássaros de galápagos com umornitólogo.

Como qualquer cientista, Darwin sofreu influências de vários outros pensadores e pesquisadores precursores e contemporâneos, até a publicação do “Origem das espécies” em 1859, e posteriormente, com as várias edições deste e de outros livros.

Data Obras e conceitos Autores

Séculos IV-VI a.C.

Primeiras ideias sobre a evolução orgânica, geração espontânea

Essencialismo (adotado pelo cristianismo)

AnaximandroEmpédoclesAristóteles/ Platão

Idade Média Fósseis seriam restos de plantas e animais antigosAvicena, Alberto Magno,Leonardo da Vinci

Século XVIIIClassificação dos seres vivos (nome de espécies em latim)Desenvolvimento de crenças transformistas

Linnaeus

Maupertuis, Goethe, Buffon,

Erasmus Darwin

1809 Philosophie Zoologique - uso e desuso, herança de caracteres adquiridos, Scala Naturae Lamarck

1813-1844 Teoria do Catastrofismo, Vestígios da história natural da Criação Curvier, Chambers

1859 The Origin of Species - descendência com modificação e seleção natural Darwin

Sobre a tendência das variedades se diferenciarem indefinidamente a partir do ponto original Wallace

1866 Versuche ueber Pflanzenhybriden - Princípios da hereditariedade Mendel

1901-1903 Mutacionismo, Monstros bem sucedidos, Saltacionismo de Vries, Morgan

1908 Comportamento dos variantes gênicos nas populações Hardy & Weinberg

1930 The Genetical Theory of Natural Selection - papel da seleção na alteração das frequências gênicas R. A. Fisher

1931Evolution in Mendelian Populations - incorporação de outros fatores evolutivos (deriva, fluxo gênico) aos modelos matemáticos

S. Wright

1932 The Causes of Evolution J.B.S. Haldane

1937Genetics and the Origins of Species - Reconciliação da Teoria de Darwin com os conhecimentos da genética

T. Dobzhansky

1941 Systematics and the Origin of Species - especiação alopátrica E. Mayr

1944 Tempo and Mode in Evolution - Paleontologia Darwiniana G.G. Simpson

1949 The Meaning of Evolution G.G. Simpson

1950 Variation and Evolution in Plants G. Stebbins

1968Teoria Neutralista da Evolução - variação neutra seria mais comum que adaptativa e portanto deriva genética também é o fator evolutivo mais comum

M. Kimura

1972Teoria do Equilíbrio Pontuado - análise de fósseis indicaria que a evolução consiste de grandes períodos de estase intercalados de períodos de grande diversificação

S.J. GouldN. Elredge

Por quê Galápagos e não outro local ou bioma rico em

espécies?

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Viagem do Beagle entre dezembro de 1831 a outubro de 1836

O Beagle passou 5 semanas ao redor do arquipélago de Galápagos

5 M.A.

1 M.A.

Galápagos

4 espécies de“mockingbirds”(sabiás-do-campo)de Galápagos

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Observações de DarwinHomologias (termo criado por Richard Owen)

Darwin concluiu que estruturas homólogas seriam herdadas de ancestrais comuns com modificações.

Observações de DarwinAdaptações e nicho alimentar

Darwin observou que várias espécies possuem adaptações relacionadas ao recurso alimentar utilizado.

Observações de DarwinAdaptações e alopatria

Darwin observou que em diferentes ilhas existiam populações e espécies diferenciadas, possuindo adaptações associadas ao ambiente de cada uma delas.

Observações de DarwinFósseis

– Darwin coletou vários fósseis na Patagônia e nos Andes.

– Muitos destes fósseis de animais extintos se assemelhavam a espécies ainda vivas da América do Sul.

Mylodon darwinii

GliptodonteTatu

Observações de DarwinBiogeografia

Darwin observou que algumas espécies próximas se distribuíam em áreas vizinhas, sem sobreposição, separadas por alguma barreira geográfica.

Pterocnemia pennata(Rhea darwinii)

Rhea americana

Experimentos de DarwinSeleção Artificial

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Fato e Teoria na

Evolução Biológica

video

No passado, Darwin foi em muitas circunstâncias acusado de plágio. Diziam que ele simplesmente sintetizou a ideia de vários cientistas de sua época. Na verdade, Darwin foi inovador e original em sua explanação científica sobre a História Biológica da Terra, com a defesa de duas teses em seu primeiro livro:

1- A descendência com modificação (história de ancestralidade comum); 2 - A Seleção Natural (mecanismo principal de mudança, além dos aleatórios)

Estas duas teses foram também elaboradas independentemente por Alfred Russel Wallace. Darwin foi incentivado a publicar seu livro a "Origem das espécies por meio da seleção natural" em 1859, após receber uma carta de Wallace em 1858 expondo as mesmas conclusões. No entanto, Darwin concretizou sua teoria com uma série de publicações posteriores, expondo detalhada e concisamente a evolução em vários campos: interações insetos e orquídeas, relações entre plantas e organismos decompositores, famílias de besouros, evolução humana, etc...

A concepção da Teoria da Evolução

Descendência com modificaçãoconsiderada como “fato científico”

Há 4,5 bilhões de anos a Lua estava a 22 mil Km da Terra e um dia durava 8 horasHoje a Lua está a ~400 mil Km da Terra e se afastam 3,8 cm a cada ano.

Fato científicoA Teoria da Gravitação

Universal explica o funcionamento do sistema Terra-Lua

Seleção Naturalmecanismo teórico

1. Mutação e Deriva são processos estritamente estocásticos (casuais), mas a Seleção Natural é um processo determinístico (e oportunista).

2. Há uma contingência histórica no processo evolutivo: as mudanças geológicas, climáticas etcsão imprevisíveis ao longo da Evolução.

Por que Evolução Biológica não é mero acaso?

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Evolução - evolvere - desdobramento - transformação

A palavra evolução foi primeiro usada por Lamarck, designada ao transcorrer dos estágios de desenvolvimento do feto. Darwin somente utilizou a palavra evolução nas suas últimas publicações e preferia a palavra "transmutacionismo" .

Não confunda evolução com progresso ou avanço. Darwin escreveu nos pés de páginas do manuscrito do "Origem das Espécies" o seguinte: Nunca escrever que um organismo é superior ou inferior.

Da mesma forma é inapropriado falar de espécies (ou populações) primitivas (inferiores) ou avançadas (superiores) quando a comparação é feita entre espécies contemporâneas, que existem hoje. Em algumas situações pode-se falar de espécies que apresentam determinadas características primitivas, isto é, características plesiomórficas que existiam nos antepassados de grande parte das espécies de hoje.

Por que na biologia evolutiva é um equívoco falar em organismos superiores ou inferiores?

Lamarck

Darwin

Evolução para Lamarck era um processo linear de progresso (aprimoramento) constante, direcionado a um propósito (teleológico), para produzir seres superiores.

Evolução para Darwin e para a biologia evolutiva moderna é um processo ramificado, de diversificação a partir de ancestrais comuns e não há qualquer direcionamento a um propósito, pois o regime seletivo muda ao longo do tempo e espaço.

• Modificação de estruturas em um organismo em taxas diferentes.

• Seleção Natural opera normalmente em indivíduos, mas partes distintas do corpo são afetadas de maneira diferente pela Seleção Natural. Ex: a linhagem dos equinos sofreu adaptações levando à diminuição do número de dedos, entre primatas isto não ocorreu.

• Em qualquer organismo há um combinação de estruturas com formas derivadas (apomórficas, diferenciadas em relação à forma ancestral) ou que retêm características primitivas (plesiomórficas ou ancestrais).

Evolução em Mosaico

Evolução em Mosaico

Caracteres ancestrais (plesiomórficos) e derivados (apomórficos) diferem entre linhagens porque evoluem (se alteram) em taxas diferentes.

Humanos Anuros

Número de arcos aórticos

Derivado(apenas 1)

Ancestral(2)

Número de dígitos

Ancestral(5)

Derivado(4 – frente)

• Caracteres Primitivos– Cinco dedos nos membros

– “Número de dentes”

– Ossos turbinais simplificados

• Caracteres Derivados – Dedos oponíveis

– Visão binocular

– Unhas

Mosaico de caracteres nos primatas

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Evolução em mosaico: caracteres vestigiais

• Baleias evoluíram a partir de ancestrais terrestres tetrápodes, mas a bacia e membros posteriores foram reduzidos a pequenos ossos “não funcionais”

• Serpentes evoluíram a partir de répteis tetrápodes, mas algumas serpentes apresentam ossos remanescentes dos membros e bacia.