Um problema sério para os darwinistas: a epistasia diminui
as chances das mutações benéficas
Evolution
News & Views November 8, 2012 5:52 AM | Permalink
Um artigo recente na Nature verifica que a epistasia
(interações entre as mudanças genéticas) é muito mais disseminada do que
previamente considerada. Isso limita muito a capacidade de mutações benéficas conferirem
aptidão [boa condição física] aos organismos.
No neodarwinismo clássico, as mutações podem ser consideradas
como alterações independentes de um gene local. As mutações podem ser neutras, deletérias, ou
benéficas. Como Darwin a personificou – “A seleção natural está
examinando minuciosamente diariamente e a cada hora, através do mundo, as
variações mais insignificantes; rejeitando aquelas que são más, preservando e
acrescentando todas as que são boas.” [Nota deste blogger: Darwin in Origem das
Espécies, cap. 4 Seleção natural, 6ª. ed., 1872] Essa história da carochinha
simplista se complicou com a epistasia.
Image not related to this article/Imagem não relacionada a este artigo.
A epistasia pode ser comparada a mudanças em um software em vez
de um dicionário. No dicionário, a mudança de apenas uma letra pode não causar
um efeito drástico na mensagem. No software, não obstante, as rotinas são
frequentemente dependentes de outras rotinas. As rotinas do software têm inputs
e outputs; elas formam redes de alianças. Mudar uma sub-rotina pode se
esparramar através do software, causando múltiplos efeitos, mais provavelmente
efeitos danosos. É por isso que os engenheiros de software rotineiramente
executam testes em todo o sistema após fazer mudanças.
A epistasia é igual a isso; uma mutação em um gene pode causar
danos em genes distantes. O neodarwinismo tem de ser modificado para incorporar
os efeitos da epistasia. Tem que postular que os genes neutros são somente
neutros no todo, e que as mutações benéficas são somente benéficas no todo. Mutações
pontuais não podem mais ser consideradas isoladamente; o que é benéfico em um contexto
pode ser deletério em outro.
Uma equipe de geneticistas na Espanha pesquisou o grau de epistasia
em genomas publicados e descobriu que é muito mais disseminado que
anteriormente considerado. No artigo “Epistasis as the primary factor inmolecular evolution” [Epistasia como o fator principal na evolução molecular] Breen et al. descobriram o seguinte:
... a taxa de substituição medida de aminoácido na evolução recente
é 20 vezes menor do que a taxa de evolução neutra e uma ordem de magnitude
muito menor do que esperada na ausência de epistasia. Esses dados indicam que a epistasia é difusiva por toda a evolução de
proteína: cerca de 90% de todas as substituições de aminoácidos têm um impacto neutro ou benéfico somente nos backgrounds
genéticos nas quais ocorrem, e devem, portanto, ser deletérias em um background
diferente de outras espécies. Nossas descobertas mostram que a maioria das substituições de aminoácidos tem
efeito de aptidão diferente em espécies diferentes e que a epistasia
fornece o principal quadro conceitual para descrever o tempo e modo da evolução
de proteína de longo termo. (Ênfase
adicionada.)
[... the
measured rate of amino-acid substitution in recent evolution is 20 times lower
than the rate of neutral evolution and an order of magnitude lower than that
expected in the absence of epistasis.
These data indicate that epistasis is pervasive throughout protein evolution: about
90 per cent of all amino-acid substitutions have a neutral or beneficial impact only in the genetic backgrounds in which
they occur, and must therefore be deleterious in a different background of
other species. Our findings show that most
amino-acid substitutions have different fitness effects in different species
and that epistasis provides the primary conceptual framework to describe the
tempo and mode of long-term protein evolution. (Emphasis added.)]
Seria difícil melhorar a explicação deles de como a
epistasia afeta a evolução, mas eis aqui:
Uma substituição de aminoácido que for neutra ou benéfica em
um contexto genético pode ser deletéria em outro. Tal situação, quando o efeito de aptidão de um
estado de alelo depende do estado de alelo em outros loci, é chamada de epistasia.
As teorias neutral e seletiva de
evolução de proteína fornecem um quadro exato para o entendimento da evolução
de proteína de longo termo somente se os estados de aminoácidos em contextos
genéticos diferentes tenham o mesmo efeito sobre a aptidão, isto é, se a
epistasia for rara. Na ausência de epistasia, quando os efeitos de aptidão
de todos os estados de aminoácidos forem independentes um do outro, as substituições em espécies diferentes são
esperadas ter efeitos semelhantes na aptidão exceto em casos onde essas substituições
possibilitem as diferenças na adaptação em condições ambientais. Nesse caso, se
o estado do aminoácido fosse descoberto em uma espécie em uma sequência de proteína
que não esteja diretamente envolvida na adaptação ambiental, tal como a
proteína de manutenção, então o mesmo estado de aminoácido deve ser aceitável
em um sítio ortólogo em espécies diferentes. Contudo, se a epistasia for comum então as substituições de aminoácido
que foram benéficas ou neutras em uma espécie devem ser frequentemente
deletérias em outra. Portanto, desvendar
a extensão e a base da epistasia pode ser crucial para a compreensão das diferenças
nas sequências de proteínas entre as espécies e a evolução de proteína de longo
termo. No presente, pesquisas das diferenças na aptidão das substituições
em contextos genéticos diferentes consideram genes ou eventos específicos, e é desconhecida
qual a fração de substituições de aminoácidos que ocorrem em uma espécie que
seria também aceitável em outra espécie se elas tivessem que ocorrer em sítios
ortólogos (mas vide a ref. 11). Aqui nós desenvolvemos uma abordagem para quantificar
o impacto da epistasia em evolução de proteína e demonstramos que os efeitos de
aptidão da maioria das substituições de aminoácidos deve depender no contexto genético
onde elas ocorrem. (Referências
deletadas.)
[An
amino-acid substitution that is neutral or beneficial in one genetic context
may be deleterious in another. Such a situation, when the fitness effect of one
allele state depends on the allele states at other loci, is called epistasis. Both the neutral and selective theories of
protein evolution provide an accurate framework for understanding long-term
protein evolution only if amino-acid states in different genetic contexts have
the same effect on fitness, that is, if epistasis is rare. In the absence
of epistasis, when the fitness effects of all amino-acid states are independent
of one another, substitutions in
different species are expected to have similar effects on fitness except in cases where these substitutions enable
differences in adaptation to environmental conditions. In that case, if an
amino-acid state were found in one species in a protein sequence that is not
directly involved in environmental adaptation, such as a housekeeping protein,
then the same amino-acid state should be acceptable in an orthologous site in a
different species. However, if epistasis
is common then amino-acid substitutions that were beneficial or neutral in one
species should often be deleterious in another. Therefore, unravelling the extent and basis of
epistasis may be crucial to understanding differences in protein sequences
between species and long-term protein evolution. At present, studies of the
differences in the fitness of substitutions in different genetic contexts
consider specific genes or events, and it is unknown what fraction of
amino-acid substitutions that occur in one species would also be acceptable in
another species if they were to occur in orthologous sites (but see ref. 11).
Here we develop an approach to quantifying the impact of epistasis in protein
evolution and show that the fitness effects of most amino-acid substitutions
must depend on the genetic context in which they occur. (References deleted.)]
Eles descobriram que a epistasia não somente é muito mais
predominante do que antes pensado, é o “principal quadro conceitual para
descrever o tempo e o modo de evolução de proteína de longo termo”. Deve ser
intuitivamente óbvio que alterar um gene acoplado a outros genes tornam o
progresso neodarwinista muito mais improvável. Uma mutação benéfica tem de ser
benéfica em mais contextos. Semelhantemente, as mutações neutras ou
aproximadamente neutras serão menos frequente, pois existe uma maior probabilidade
que terão efeitos deletérios em outros genes. Isso lança luz sobre o por que de
os autores descobrirem que a “a seleção positiva não era comum na evolução das proteínas
em nossa série de dados”, de acordo com um teste que eles usaram na sua busca.
Mesmo se uma mutação benefica sobreviver para melhorar a
aptidão sobre uma espécie em um ambiente, não há garantia de que a mesma
mutação irá melhorar outra espécie. “Assim, um aminoácido que foi benéfico a uma espécie por causa de uma
adaptação ambiental específica pode ser detrimental
a uma espécie que não vive no mesmo ambiente”, eles disseram. Os evolucionistas
não podem evitar este problema, porque as “interações
epistáticas são a norma e não a exceção quando nós consideramos as substituições
de aminoácido nas sequências de proteínas.”
Com toda esta má notícia para o neodarwinismo, os autores
poderiam resgatar o progresso evolucionário? Que pena, não. O ultimo parágrafo deles consistiu somente de
questões difíceis levantadas por suas descobertas:
Nós identificamos a epistasia
como um fator poderoso afetando a evolução da proteína a longo termo, e um
fator que deve ser invocado para explicar por que a vasta maioria das
substituições de aminoácidos que ocorrem em uma espécie não pode ocorrer em outra independentemente se a seleção positiva
desempenhe ou não o papel dominante no curso de fixação das substituições de
aminoácido em específicos contextos genéticos. Uma perspectiva epistática de evolução molecular leva à formulação de
diversas questões fundamentais, além das perguntas em grande parte não
respondidas propostas por John Maynard Smith em 1970 (ref. 12). Primeira,
considerando-se um sítio específico, as substituições em quantos outros sítios
no mesmo gene ou no genoma inteiro poderia mudar o poder da seleção associada
com as substituições neste sítio? Segunda, de toda arede de interações
epistática pares entre os sítios por todo o genoma, existem muitas sub-redes
epistáticas que não se sobrepões ou a maioria dos sítios é interconectada
dentro de toda a rede de interações epistáticas? Terceira, qual é a proporção
de interações intergênicas a interações intragênicas epistáticas? Quarta, qual
é a base molecular das interações epistáticas dentro do genoma? Finalmente, a predominante epistasia na evolução de proteína
de longo termo levanta a possibilidade que interações epistáticas semelhantes
deve ser predominante em evolução de curto termo e que as situações quando
um polimorfismo é benigno ou benéfico a
um indivíduo, mas é deletério para outro indivíduo dentro da mesma população
pode ser mais comum do que atualmente pensado.
[We identify epistasis as a powerful factor
affecting long-term protein evolution and one that must necessarily be invoked to explain why the vast majority of amino-acid substitutions that occur in
one species cannot occur in another
regardless of whether or not positive selection plays the dominant role in
the course of fixation of amino-acid substitutions in specific genetic
contexts. An epistatic perspective of
molecular evolution leads to the formulation of several fundamental questions,
in addition to the largely unanswered questions posed by John Maynard Smith in
1970 (ref. 12). First, given a specific site, substitutions in how many other
sites in the same gene or in the entire genome could change the strength of
selection associated with substitutions at this site? Second, out of the entire
network of pairwise epistatic interactions between sites across the genome, are
there many non-overlapping epistatic subnetworks or are most sites
interconnected within the entire network of epistatic interactions? Third, what
is the ratio of intergenic to intragenic epistatic interactions? Fourth, what
is the molecular basis of epistatic interactions within the genome? Finally, pervasive epistasis in long-term protein
evolution raises the possibility that similar epistatic interactions may be
prevalent in short-term evolution and that situations when a polymorphism
is benign or beneficial to one
individual but deleterious to another individual within the same population may
be more common than is thought at present.]
Isso é uma notícia potencialmente devastadora para os
neodarwinistas. Desde que eles ainda estavam lutando em lidar com velhas questões
não respondidas que John Maynard Smith levantou há 42 anos atrás, essas cinco
questões novas ameaçam erodir a matéria prima da peneira de Darwin de seleção positiva
de maneiras profundas e fundamentais.
Esta pesquisa vai ter uma influência imediata (nós podemos
dizer “epistática”) sobre a teoria evolucionária? Provavelmente não. A ciência é como um
grande navio que vira lentamente. Milhares de artigos científicos são publicados a cada semana. É duvidoso
que muitos cientistas lerão ou repararão este artigo; aqueles que podem minimize-lo
como um quebra-cabeça a ser resolvido mais tarde, vez que o neodarwinismo tem
sido aceito há tempo como o paradigma aceito. Lembre-se que levou décadas (alguns
dizem setenta anos) para que o artigo de Mendel fosse notado e considerado seriamente
pelos teóricos evolucionistas; mesmo então, eles não abandonaram o paradigma –
eles apenas incorporaram a herança mendeliana. A rede de crença darwinista é
tão forte que os seus proponentes simplesmente virão com novos modelos a fim de
incorporar a epistasia na rede. Esses geneticistas estavam levantando novos
quebra-cabeças a serem resolvidos dentro do paradigma, eles não estavam
procurando derrubá-lo.
É preciso alguém de for a para ler este artigo e ver o quão
perturbador ele deve ser para a teoria neodarwinista consensual. Tudo que os céticos
de Darwin podem fazer é continuar a apontar para artigos como esse como
desafios severos à opinião consensual. Talvez alguns poucos escutem e considerem isso mais seriamente.
Mais provavelmente, se a visão de Thomas Kuhn da incomensurabilidade
dos paradigmas estiver até parcialmente correta, os darwinistas e os céticos de
Darwin vão se ignorar. Vai ser necessário uma nova geração de jovens cientistas
de mentes abertas, ainda não apegados ao paradigma darwinista para liderarem a
revolução científica há muito tempo esperada.
+++++
NOTA DESTE BLOGGER:
Apesar desta pesquisa trazer dificuldades imensas para a
teoria da evolução de Darwin através da seleção natural e n mecanismos
evolucionários [de A a Z] sou cético localizado quanto ao que este artigo possa
causar realmente até mesmo nos darwinistas honestos e de mentes abertas. Razão?
Como disse Theodosius Dobzhansky aos seus alunos de genética na USP que
encontraram evidências contrárias em suas pesquisas com Drosophilas: “As
evidências? Ora, que se danem as evidências, o que vale é a teoria!”
E ainda chamam isso de ciência. Eu chamo de desonestidade
acadêmica, pois a ciência é a busca pela verdade, e os cientistas devem seguir
as evidências aonde elas forem dar...
NOTA DE ESCLARECIMENTO DESTE BLOGGER:
Longe de querer deixar biólogos e cientistas evolucionistas embaraçados com perguntas difíceis, o objetivo deste blogger é promover o avanço da ciência e demonstrar que o muito que é propalado como sendo fato, Fato, FATO da evolução pela Nomenklatura científica não é assim uma Brastemp no contexto de justificação teórica e que, apesar da retórica darwinista, o que é alegado como sendo conhecimento científico é, na verdade, assentimento a verdades aceitas a priori por força de um paradigma falido aceito mais por ideologia do que convencimento resultante das evidências encontradas no contexto de justificação teórica. Pobre ciência...
