Três anos atrás, quando o biólogo de Harvard Jonathan Losos se instalou no Geological Lecture Hall para uma palestra do colega cientista Richard Lenski, ele estava brincando com a ideia de escrever um livro sobre evolução. Quando a palestra acabou, ele estava cansado de brincar.

Losos, um biólogo evolucionista e o Professor Monique e Philip Lehner para o Estudo da América Latina, disse que o trabalho descrito por Lenski do estado de Michigan preenchia um quadro parcialmente pintado por experimentos que Losos já conhecia - alguns dos quais ele mesmo havia conduzido, com lagartos do gênero Anolis, comumente chamados de anoles, em ilhas do Caribe.

A pesquisa de Lenski se aproximou do que o falecido paleontólogo de Harvard Stephen Jay Gould, que escreveu extensivamente sobre a evolução, pode ter descrito como "repetir a fita da vida, "Disse Losos.

"Gould sugeriu que se pudéssemos reproduzir a fita de alguma forma - começar a evolução novamente do mesmo ponto de partida, então obtemos um resultado muito diferente, "Disse Losos. Mas Gould também sabia que o projeto que ele estava descrevendo era impossível, estritamente "um experimento de pensamento, "como disse Losos.

"Mas Lenski mostrou que você pode reproduzir a fita, pelo menos no laboratório usando microorganismos, "disse ele." Ao iniciar 12 populações de E. coli que eram inicialmente idênticas e submetê-las às mesmas pressões de seleção natural, ele estava realmente reproduzindo a fita, não voltando no tempo, mas deixando a fita ser reproduzida lado a lado em suas 12 réplicas experimentais.

"Além disso, Percebi que a mesma abordagem estava sendo feita não apenas no laboratório por Lenski e muitos, muitos investigadores que ele inspirou, mas experimentos de evolução semelhantes também estavam ocorrendo em ambientes naturais, trocando o ambiente hiper-controlado do laboratório pelo realismo natural dos estudos de campo. Na verdade, Eu mesmo fiz alguns desses estudos. "

No Diário de Perguntas e Respostas, Losos discutiu o livro que a palestra de Lenski ajudou a lançar, "Destinos improváveis:destino, Chance, e o futuro da evolução. "

GAZETTE:A evolução de que você fala em "Destinos improváveis" não é a evolução lenta descrita por Charles Darwin. Em vez de, é rápido o suficiente para que possamos observá-lo em tempo real. Como essa evolução rápida é possível?

LOSOS:Darwin foi bastante notável em seus insights. Nós o conhecemos por seus estudos sobre evolução por seleção natural, mas ele realmente estudou todos os tipos de fenômenos e estava certo quase o tempo todo. Descobriu-se, no entanto, que ele não entendeu direito sobre o ritmo da evolução. Ele achava que a evolução ocorria muito lentamente, em um ritmo glacial, tanto que você não poderia esperar vê-lo, exceto por muitos, muitos milhares de anos. Agora sabemos que isso não é correto. Quando a seleção natural é forte, a evolução pode ocorrer muito rapidamente.

GAZETTE:Você também fala muito sobre evolução convergente, uma vez pensado um desenvolvimento raro. O que é evolução convergente e como ela se encaixa no quadro mais amplo da evolução?

LOSOS:evolução convergente é o fenômeno quando duas espécies, ou mesmo populações da mesma espécie, evoluir independentemente para ser semelhante. Na maioria das vezes, é o resultado de essas espécies estarem em circunstâncias semelhantes e a seleção natural esculpe a mesma solução adaptativa. Esta é uma ideia que foi mencionada por Darwin em "Sobre a Origem das Espécies, "e sabemos disso desde então.

Mas não achávamos que fosse comum. Foi rotineiramente apresentado pelos biólogos evolucionistas como um grande exemplo do poder da seleção natural de apresentar a mesma resposta aos problemas colocados pelo meio ambiente. [Mas] quando os biólogos descobriram a evolução convergente, eles usariam palavras como "impressionante, "" excepcional, "" inesperado, "enfatizando que esta não é a norma. Agora sabemos que a evolução convergente ocorre com bastante frequência.

Um dos motivos é que temos usado o sequenciamento de DNA para construir árvores evolucionárias. Essas árvores - chamadas de filogenias - indicam que as espécies que costumávamos pensar eram intimamente relacionadas porque são semelhantes na aparência, ou anatomia, como queiras, não são. Sua semelhança não é o resultado de ancestralidade compartilhada recente, como pensamos, mas de evolução convergente.

Um exemplo do livro é uma cobra marinha nos mares da Austrália, Índia, e em outras partes da Ásia. Os cientistas pensaram que era uma espécie, com uma distribuição geográfica notavelmente ampla. Quando os cientistas finalmente sequenciaram seu DNA, descobriram que as populações em diferentes lugares não eram intimamente relacionadas umas às outras. Em vez de, cada uma estava mais intimamente relacionada a outras espécies de cobras em sua própria área e, portanto, sua semelhança incrivelmente próxima com outras cobras marinhas era o resultado da convergência.

GAZETTE:Falar de evolução rápida e convergente leva ao seu próprio trabalho. Conte-nos sobre os lagartos do Caribe, e o que seus estudos encontraram.

LOSOS:Para meu Ph.D., há muitos anos, Estudei lagartos Anolis. Muitas pessoas estariam familiarizadas com eles porque são muito comuns na Flórida, em outras partes do sudeste dos Estados Unidos, e nas ilhas do Caribe. Eles têm uma aba de pele sob o pescoço que os machos destacam quando estão cortejando fêmeas ou lutando com outros machos. Existem 400 espécies diferentes neste grupo espalhadas pelos trópicos do Novo Mundo, então eles são uma grande história de sucesso evolutivo.

Um aspecto no qual me concentrei grande parte da minha carreira é que os lagartos em cada uma das grandes ilhas do Caribe - Cuba, Porto Rico, Hispaniola, e a Jamaica - em sua maior parte evoluíram de forma independente. E, de uma ou algumas espécies ancestrais, eles se diversificaram em muitas espécies descendentes. Mas a evolução seguiu um curso muito semelhante.

Em Porto Rico, se você entrou na floresta tropical e se sentou em silêncio, depois de alguns minutos os lagartos esqueceriam que você estava lá e você veria que existem espécies vivendo em diferentes partes da floresta e que essas espécies têm diferentes características anatômicas. Por exemplo, espécies próximas ao solo têm pernas muito longas para correr e pular no solo. Uma espécie no alto da copa é verde para camuflagem e tem protetores de dedão para se pendurar. Outra espécie vive em galhos e tem pernas muito curtas para manobrar com cuidado em superfícies irregulares. Portanto, essas espécies se diversificaram para se adaptar às diferentes partes do habitat que usam.

O que é notável é que quando você vai para outras ilhas, você vê esses mesmos especialistas em habitat. Então, por exemplo, cada uma das ilhas tem um anole de galho - uma espécie alongada com pernas curtas, muito camufladas - e as espécies nas diferentes ilhas parecem semelhantes o suficiente para que você diria que são provavelmente a mesma espécie. Mas eles não são. Eles desenvolveram independentemente essas características. E cada ilha tem cada um dos tipos de especialista em habitat.

É um ótimo exemplo de convergência, mas com esteróides, Se você for. Não apenas convergência de um tipo, mas de todo um conjunto de espécies adaptadas a diferentes partes de seus ambientes semelhantes.

GAZETTE:E você usou esse insight mais tarde em sua carreira para realmente projetar a evolução e vê-la acontecer?

LOSOS:Esses lagartos, Devo apontar, evoluíram ao longo de milhões de anos. Mas eles sugerem que o uso de diferentes partes do habitat - grandes troncos de árvores, deixa no dossel, superfícies estreitas - selecionou para que evoluam diferentes características anatômicas. E isso sugere que um experimento ideal seria expor uma espécie de lagarto a novas condições, um novo habitat, e teríamos previsões claras sobre como eles se adaptariam a esse habitat.

Então foi exatamente isso que fizemos. Trabalhando nas Bahamas, fomos capazes de pegar uma espécie que vive em grandes troncos de árvores perto do solo e movê-la para pequenas ilhas onde não havia árvores grandes, havia apenas arbustos pequenos e desgrenhados. Então, eles tiveram que usar pequenas superfícies estreitas para se sentar. Nossa previsão estava muito clara em nossos estudos na ilha grande - que eles deveriam se adaptar evoluindo com pernas mais curtas. E foi exatamente isso que eles fizeram e durante um período de tempo relativamente curto.

GAZETTE:O que transparece no livro é um verdadeiro entusiasmo e empolgação pelo trabalho. A capacidade de realmente estudar a evolução e conduzir experimentos em tempo real parece ter energizado o campo. Como é poder estudar essas questões fundamentais?

LOSOS:É espetacular. Biologia evolucionária, para o primeiro século de sua existência, era considerada uma ciência não experimental, um com mais semelhança com a história do que as ciências de laboratório. A ideia era:você não pode voltar no tempo e ver o que aconteceu, então você só precisa tentar descobrir.

Mas a capacidade de fazer experimentos muda tudo isso. Agora podemos não apenas formular hipóteses, mas também testá-los usando o padrão ouro da ciência:experimentos manipulativos. As pessoas vêm fazendo experiências de laboratório há décadas, mas para fazer experimentos em campo, sob condições naturais, é algo que só está realmente decolando agora. Permite-nos formular ideias sobre como a evolução funcionou com base em nossas observações da diversidade hoje e no passado, e então investigar essas hipóteses com estudos mecanicistas, testar experimentalmente como a evolução ocorre em resposta a agentes seletivos presumidos.

GAZETTE:Seu livro fala muito sobre evolução convergente e a previsibilidade da evolução sob certas circunstâncias, mas você também conduz um experimento de pensamento sobre se os humanos - ou algo parecido com os humanos - teriam evoluído se os mamíferos não estivessem por perto. E neste caso, apesar de ampla evidência de convergência, parece que você está dizendo que a aleatoriedade não foi embora, e se você começar em pontos de partida muito diferentes, você vai acabar em pontos finais muito diferentes, mesmo sob pressões de seleção natural semelhantes.

LOSOS:Uma das grandes questões que transcendem a biologia evolutiva é:quão destinado estava o mundo a ser como é hoje? Se os eventos tivessem acontecido de forma diferente no passado, o mundo seria muito diferente?

Os historiadores perguntam isso o tempo todo. E se Churchill tivesse sido atropelado por um carro na cidade de Nova York em 1931, como quase aconteceu? E se Kennedy não tivesse sido assassinado? Quão diferente seria o mundo hoje? E os biólogos evolucionistas fazem exatamente a mesma pergunta. Se você olhar para as plantas e animais do mundo ao nosso redor, são o resultado inevitável dos processos evolutivos da seleção natural, ou apenas o resultado de eventos específicos na história da Terra que enviaram a evolução por um caminho e não por outro?

Este debate foi catalisado por Gould, que escreveu um livro em 1989 intitulado "Wonderful Life:The Burgess Shale and the Nature of History". Iniciar, Gould argumentou que a evolução não foi destinada a produzir resultados particulares. Ele disse que se pudéssemos voltar no tempo e começar de novo do mesmo ponto de partida, o resultado seria diferente a cada vez. Qualquer tipo de pequena mudança que possa parecer inconseqüente na época pode levar um indivíduo a sobreviver e não outro, fazer com que uma mutação se torne comum e não outra, e a evolução seguiria um caminho muito diferente. Reproduza a fita um milhão de vezes, ele disse, e algo como os humanos nunca mais evoluiria.

Este foi um ponto de vista muito influente, mas não se baseou em dados. Não havia ninguém fazendo esse tipo de experimento. Contudo, a ideia realmente entusiasmou muitas pessoas, então, tem havido muita atenção à questão nos últimos 30 anos. E a razão pela qual escrevi o livro é que percebi que temos muitos dados empíricos que tratam da questão de quão repetível, ou quão previsível, evolução é.

Uma escola de pesquisa que surgiu enfocou o fenômeno da evolução convergente, do mesmo resultado evolutivo ocorrendo várias vezes. Várias pessoas argumentam que a evolução convergente demonstra que Gould estava errado. O ambiente apresenta questões semelhantes para espécies que vivem em muitos lugares diferentes e existem soluções ótimas que a seleção natural encontra. Como resultado, você pode prever, quase, que tipo de resultado você obteria em uma circunstância evolutiva particular, e essa solução evolui continuamente. Ao contrário do que Gould argumentou, esses outros cientistas argumentaram que resultados específicos são inevitáveis. E é assim que a evolução convergente tem sido usada por alguns cientistas para contestar a ideia de aleatoriedade, ou a flukiness, de evolução.

GAZETTE:E sua própria conclusão está em algum lugar no meio, direito?

LOSOS:Sim, e a razão é que esses cientistas estão absolutamente certos de que a evolução convergente é muito mais comum do que costumávamos avaliar. Mostra o poder da seleção natural e alguns resultados ocorrem repetidamente. Portanto, há verdade nisso.

Mas o argumento basicamente se resume a uma longa lista de exemplos de evolução convergente e você poderia fazer uma lista longa semelhante de exemplos de falha na convergência, de espécies perfeitamente adaptadas ao seu ambiente, mas sem paralelo em qualquer outro lugar do mundo.

Meu exemplo favorito é o ornitorrinco. Aqui está uma espécie que chega a ser ridicularizada por todos os tipos de humor, animal ridículo, mas isso realmente não é justo. Na verdade, eles estão extremamente bem adaptados ao ambiente em que ocorrem, os riachos na Austrália. Eles têm um conjunto de características - pele exuberante, pés palmados, cauda poderosa - o que os torna muito bem adaptados.

O recurso mais importante que eles têm é a fatura, que se parece com o bico de um pato, mas que é muito diferente de um pato. Ele é coberto com sensores que detectam informações táteis - a leve ondulação da água quando um peixe passa nadando - e as descargas elétricas que qualquer animal emite ao se mover. Usando esses dois sentidos, eles podem encontrar seu alimento embaixo d'água mesmo com os olhos fechados e os ouvidos e narizes fechados. Então, na verdade, eles estão muito bem adaptados aos riachos em que vivem. Mas esses fluxos não são nada especiais. Temos streams semelhantes em todo o mundo, e, no entanto, não há ornitorrinco em nenhum deles. Evoluiu uma vez na Austrália, sem paralelo.

Existem muitos exemplos disso - elefantes, kiwis, girafas. São espécies muito bem adaptadas ao lugar onde vivem, ambientes que ocorrem em todo o mundo, e ainda não há evolução convergente.

Você poderia fazer uma lista muito longa de exemplos de não convergência. O debate até agora tem sido as pessoas argumentando que a convergência é mais comum ou a não convergência é mais comum. E esse debate ficou meio obsoleto, Porque, na verdade, ambos são bastante comuns. Realmente não importa qual lista é mais longa. A verdadeira questão que temos agora é:quais circunstâncias levam algumas espécies a evoluir de forma convergente, evoluir soluções convergentes, e em que casos eles seguem diferentes cursos evolutivos, encontrando adaptações diferentes para as mesmas pressões de seleção? E esse é o tipo de trabalho que está acontecendo em muitos lugares do mundo, incluindo alguns laboratórios aqui em Harvard.

Esta história foi publicada como cortesia da Harvard Gazette, Jornal oficial da Universidade de Harvard. Para notícias adicionais da universidade, visite Harvard.edu.