Evolution News @DiscoveryCSC
1 ° de junho de 2021, 12h41
A nova genômica poderia iniciar uma revolução científica que apanhe Darwin em sua teia? Sua “árvore da vida” icônica está se transformando em uma rede, graças a uma enxurrada de novos dados mostrando que a transferência lateral de genes (TLG) é onipresente. Se as opiniões de alguns geneticistas se enraizarem, os estudos filogenéticos podem se tornar relíquias do último paradigma. As implicações para a teoria da evolução são enormes.
Desde que Darwin esboçou uma árvore ramificada em suas anotações, o ícone da “árvore da vida” tornou-se um elemento fixo na mente de biólogos e estudantes. Parece intuitivamente óbvio: como os indivíduos descendem de pais e avós, cada espécie possui uma linhagem genética. De acordo com o pensamento de Darwin, essas linhagens se conectam no tempo devido à "origem das espécies" repetida pela seleção natural. Cada espécie teria se originado em um desses pontos de ramificação. Se seguidos o suficiente em regressão, todos os galhos e galhos bifurcados se conectariam em um padrão semelhante a uma árvore de descendência comum universal. Implícito nesta imagem está a suposição de que os ramos não se reconectam; uma vez bifurcados, eles compartilham as características do ancestral comum, mas evoluem nele em sua própria direção.
Um Profundo Repensar
Escrevendo na Current Biology, Cédric Blais e John M. Archibald relembram a revolução da genômica moderna e o profundo repensar que ela está causando sobre a "metáfora unificadora da biologia", a árvore da vida.
"Há cerca de vinte anos, as bases da árvore da vida foram abaladas pela compreensão de que os genomas procarióticos são compostos de genes com diferentes histórias evolutivas. Com A Origem das Espécies de Charles Darwin e as vívidas representações de Ernst Haeckel de árvores evolucionárias, a árvore da vida criou raízes como uma metáfora unificadora da biologia. A filogenética molecular surgiu nas décadas de 1960 e 1970 e seguiu o modelo de Darwin: os ramos da árvore da vida divergiram e nunca se fundiram (Quadro 1).
Esperava-se que a genômica comparativa solidificasse essa visão da evolução, mas os genomas de bactérias e arqueas foram identificados como mosaicos na natureza, tendo adquirido genes de táxons estreita e distantemente relacionados por transferência gênica lateral (ou horizontal). Essa percepção desbancou a primazia da descendência vertical na história da vida e seu uso na classificação taxonômica dos organismos. Isso iniciou um acalorado debate sobre a melhor forma de descrever as relações entre os organismos na natureza. A árvore da vida deveria ser abandonada e poderia ser adequadamente substituída por uma rede de vida? Ou a transferência lateral de genes era amplamente inconsequente, mero ruído que poderia e deveria ser filtrada, com o sinal restante revelando a verdadeira árvore da vida?" [Ênfase adicionada.]
Pense em como uma revolução científica profunda está em curso, quando a "metáfora unificadora da biologia" está sendo questionada. Alguns geneticistas estão com um machado na mão na base da árvore icônica. Blais e Archibald destacam que o aumento exponencial no sequenciamento do genoma, particularmente de micróbios, levou a essa grande reconsideração. Isso não estaria acontecendo sem a grande quantidade de dados forçar isso. Veja os conceitos há muito aceitos que estão correndo risco:
- A existência de uma única árvore filogenética
- O conceito de Carl Woese de três domínios (bactérias, archaea, eukarya)
- A prática de filogenética molecular
- Taxonomia
- Ancestralidade comum universal
Tomar partido
Como em qualquer revolução, as pessoas tomam partido. Os radicais em uma extremidade do espectro ficam felizes em derrubar a velha árvore e substituí-la por uma rede moderna. Os radicais do outro lado querem salvar a árvore, como os conservacionistas sentados nos galhos para parar as motosserras. Então, há um meio-termo onde os pacificadores pensam que os dois conceitos podem coexistir e todos ficarão felizes. Todo cientista, porém, deve estar unido quanto aos fatos. Blais e Archibald descrevem a política partidária sem tomar partido, mas apontam que o TLG é real e não pode ser ignorado:
"A primazia da árvore da vida deve ser qualificada pelo reconhecimento de que ela representa apenas uma fração da história evolutiva e que as redes capturam dinâmicas evolutivas genuínas que são incompatíveis com ela. As redes agora abrangem muito mais entidades e processos do que foram inicialmente considerados ao discutir a árvore e a rede da vida. Mesmo que a árvore da vida sobreviva, agora está claro que linhagens verticais e reticuladas coexistem em comunidades de troca gênica de topologias variadas."
E ainda assim, pense em como a imagem da árvore muda se os galhos se interconectam. A árvore se transforma em uma rede de nós interconectados. Não há nenhum componente vertical necessário para um diagrama de rede; ele pode ser girado à vontade e as conexões permanecem. Se a TLG é realmente muito difundida ao longo da vida, como parece fora de dúvida, o conceito de árvore da vida universal torna-se uma questão de preferência filosófica, não de demonstração empírica.
Como os organismos compartilham informações genéticas? Para procariotos, é simples: eles rotineiramente compartilham plasmídeos (é assim que os genes de resistência a antibióticos podem viajar de espécie para espécie). Esse fenômeno deu origem ao conceito de “quase-espécie”, em que indivíduos dentro de uma espécie podem não ter todo o repertório de genes, mas podem obtê-los de outros membros quando estão sob estresse. Para organismos superiores, outros métodos de transferência de informação incluem fagos e elementos genéticos móveis (“genes saltadores” ou transposons), hibridização e introgressão. Microbiologistas estão estudando canais nanoscópicos que parecem conectar células, através dos quais as informações podem viajar. Nesse caso, as células tornam-se menos como edifícios individuais e mais como praças comerciais com passarelas entre si.
Um entrave ao avanço científico
O antigo conceito de árvore pode atrapalhar o progresso científico, dizem os autores.
"A transferência lateral de genes não respeita os limites das espécies e é ativada por elementos genéticos móveis e seus veículos não incluídos na árvore da vida, como vírus, agentes de transferência de genes, plasmídeos e transposons ... Além disso, embora permita conexões laterais, a árvore da vida reconhece apenas uma maneira "certa" de agrupar táxons existentes: descendência vertical. Portanto, está mal equipado para estudar agrupamentos de espécies que refletem a complexa dinâmica de transferência de genes que existem no mundo microbiano.
As redes, por outro lado, não são restritas por uma estrutura de árvore e podem ser usadas para lançar uma nova luz sobre questões evolutivas. Na verdade, estudos recentes descobriram que as redes podem superar as árvores quando confrontadas com cenários filogenéticos complexos ou ambíguos."
As “questões evolutivas” no novo paradigma, se não forem verticais, dificilmente podem ser chamadas de evolucionárias no sentido darwiniano. A questão agora é se os limites das hierarquias aninhadas pelas quais os organismos foram classificados são tão impenetráveis quanto se acreditava anteriormente. As implicações do pensamento em rede ainda precisam ser totalmente exploradas, mas as perspectivas são tão empolgantes quanto revolucionárias.
Implicações para o Design Inteligente
Se o conceito de rede continuar a suplantar ou suplementar o antigo conceito de árvore, aqui estão algumas questões de pesquisa que os defensores do design podem considerar:
- A primazia da informação sobre a ancestralidade.
- A habilidade da TLG de preparar um organismo em migração para um novo ambiente.
- Adaptação à luz da TLG, em vez da ancestralidade.
- Como a rede fornece resiliência.
- Novas explicações para “evolução convergente” - compartilhamento em vez de ancestralidade.
- Princípios taxonômicos expandidos que incluem a TLG.
- Limites para o compartilhamento de informações que preservam a identidade das espécies.
- Interpretando o registro fóssil à luz da genômica em rede.
- Substituindo árvores filogenéticas por diagramas de rede.
Vale a pena ler o ensaio de Blais e Archibald, “The past, present and future of the tree of life”. Podemos estar à beira de uma grande revolução científica na biologia. Parece que a nova genômica será mais compatível com o design do que o modelo de Darwin jamais foi.
O Discovery Institute está co-patrocinando um evento esta semana no Texas, a “Conference on Engineering in Living Systems” (CELS). Os participantes provavelmente irão discutir alguns dos conceitos que vêm à tona na nova genômica e como eles se cruzam com os princípios de engenharia evidentes na vida. O que é mais projetado do que uma rede?
