Evolução no laboratório difere largamente da evolução natural

Entender a evolução no laboratório não significa que entendamos como ela ocorre no mundo natural.
[Imagem: Yasmin Cohen et al. - 10.1093/gbe/evac105]

Evolução artificial

Os seres humanos têm realizado involuntariamente experimentos de evolução por milênios, através da domesticação de plantas, animais e fungos.

Com o desenvolvimento da ciência, porém, esses experimentos têm sido realizados de maneira voluntária, em condições controladas de laboratório, para entender melhor os processos e as restrições da evolução.

Os experimentos envolvendo a evolução biológica geralmente envolvem a imposição de uma pressão seletiva bem definida (como alterações de temperatura, limitação de nutrientes ou a presença de um composto tóxico) em um organismo e, em seguida, o estudo de como ele se adapta a essas novas condições.

O experimento de evolução controlada de mais longa duração foi iniciado em 1998 pelo professor Richard Lenski e continua até hoje, envolvendo mais de 60.000 gerações da bactéria Escherichia coli.

Isso está nos permitindo entender com precisão cada vez maior como a evolução funciona no mundo real, certo?

Talvez não.

Evolução de laboratório

Embora os experimentos científicos tenham fornecido informações fundamentais sobre processos evolutivos como adaptação, seleção e mutação, está ficando cada vez mais claro que a evolução natural ocorre sob restrições muito mais complexas do que essas pequenas variações controladas de laboratório.

A consequência direta disso é que essa "evolução laboratorial" pode diferir do que ocorre na natureza.

"Nossos resultados mostram que a adaptação em laboratório, que ocorre em resposta a pressões bastante simples e fortes, pode ocorrer frequentemente por meio de mutações que não podem ocorrer na natureza, ou são muito transitórias se ocorrerem," explicou a professora Ruth Hershberg, que comparou a evolução natural e a evolução laboratorial em conjunto com sua colega Yasmin Cohen.

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[Imagem: Pixabay]

Evolução natural versus evolução em laboratório

As duas autoras estavam em busca de explicações para um aparente paradoxo que elas detectaram ao refletir sobre as mutações identificadas em seus próprios experimentos de evolução envolvendo bactérias: A saber, que os genes em que as mutações ocorrem mais frequentemente em laboratório são justamente aqueles que mudam mais lentamente ao longo das longas escalas de tempo evolutivas na natureza.

Elas descobriram que a adaptação no laboratório não apenas ocorre por meio de mutações em proteínas altamente conservadas, mas mesmo dentro das proteínas RNAPC (enzima central da polimerase de RNA), os locais de aminoácidos comumente mutados em experimentos de laboratório tendem a ser mais altamente conservados na natureza do que outras posições dentro dessas proteínas.

Uma análise mais aprofundada mostrou uma série de padrões intrigantes: As posições nas quais a adaptação ocorreu em experimentos de laboratório também tenderam a cair dentro de domínios funcionais de proteínas bem definidos, a agrupar-se próximos uns dos outros na estrutura da proteína, e a localizar-se perto do sítio ativo RNAPC com mais frequência do que em outros sítios. E, como acontece com as proteínas RNAPC, os sítios associados à adaptação em experimentos de laboratório tendem a ser mais altamente conservados entre as bactérias na natureza.

Ainda mais interessante, ao olhar para as quatro pressões seletivas para as quais havia dados suficientes, esses padrões eram válidos para exposição a antibióticos, exaustão prolongada de recursos e falta de nutrientes, mas não para o crescimento em altas temperaturas. Assim, as adaptações a altas temperaturas não apresentam maior conservação, não são agrupadas próximas umas das outras ou do sítio ativo do complexo, e não são enriquecidas dentro de domínios funcionais.

Em resumo, ficou claro que a dinâmica da adaptação laboratorial difere muito daquela da adaptação natural. Isso ocorre porque, como explicam as autoras, "em experimentos de laboratório, as bactérias geralmente são expostas a pressões seletivas relativamente simples, fortes e constantes. As pressões seletivas enfrentadas em ambientes mais naturais são provavelmente muito mais complexas, com vários fatores diferentes exercendo pressões contraditórias simultaneamente e/ou com pressões seletivas que mudam com o tempo.

"Adaptações do tipo que surgem tão facilmente durante a evolução em laboratório podem não ser tão facilmente permitidas em ambientes naturais. Além disso, se tais adaptações ocorrerem em resposta a um conjunto específico de condições, elas podem revelar-se altamente transitórias, diminuindo rapidamente em frequência tão logo as condições mudem," completaram.

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