Origens – Parte I (Éden Africano)

Conjunto de 3 posts sobre a grande jornada do clado africano dos hominoides. Nesta primeira parte alguns conceitos de biologia evolutiva importantes e a história do nosso primeiro registo no nosso ramo evolutivo.

A biologia moderna está fortemente apoiada no conceito da evolução das espécies, e entende-se que cada ser vivo compartilha ancestrais em maior ou menor grau com os demais seres vivos. Uma forma encontrada para mostrar estas relações entre os seres vivos são representações gráficas denominadas “cladogramas” ou “árvores filogenéticas”. Os cladogramas correspondem a hipóteses sobre a evolução de grupos de organismos, e seu uso, além de permitir trabalhar o conceito de ancestralidade comum.

Figura 1 – A análise filogenética resulta de uma hipótese de relações de parentesco expressa por um cladograma. O cladograma pode ser dividido em : A) Raiz (ramo ancestral de uma análise) ; B) Nós (localizados na divisão de um ramo em dois ou mais. Representam entidades hipotéticas); C) Ramos (representam cada linhagem evolutiva) e D) Terminais (grupos que estão a ser analisados).

De acordo com a metodologia da sistemática filogenética (escola criada pelo etomólogo alemão Willi Henning) um carácter é uma conjetura de homologia (no sentido evolutivo) e o sua consequente confirmação (ou não) é feita através da árvore filogenética.

Microevolução e macroevolução

A expressão microevolução (evolução à escala micro) refere-se às mudanças que ocorrem no interior das espécies, ou seja, entre as populações que a compõem. Tem a ver com a vida de uma espécie (decorre do ponto D – terminal, Foto 1, na árvore filogenética). A expressão macroevolução (evolução à escala macro) é usada pelos paleontólogos e refere-se à história evolutiva das linhagem, como os ruminantes, primatas, etc (árvore filogenética da Figura 1). Esta evolução conta-se por milhões de anos e não por gerações.

Origens da Humanidade

As alterações verificadas no clima da Terra ao longo do tempo estão relacionadas com a origem e evolução do Homem, além de terem criado condições para a sua migração para toda o planeta. Ao longo dos últimos séculos têm sido descobertas pistas que permitem uma imagem inacabada desta origem e evolução do Homem. Vou fazer uma viagem resumida nesta imagem tendo presente à partida as noções de filogenia, micro e macroevolução e outros conceitos que vou explorar à media que for explorando esta imagem da origem humana.

No Deserto do Afar

A bacia do Afar é onde está neste momento a ocorrer os estádios precoces do ciclo de Wilson que correspondem à chamada fase de rifte intracontinental. A dinâmica do interior da Terra nesta região tem levado a um processo de divergência – Rifte do Leste Africano. Nesta região instável da litosfera, os vulcões, os sismos e a lenta acumulação de sedimentos convergiram entre si para enterrar as ossadas e, muito mais tarde, devolveram-nas às superfície sob a forma de fósseis.

Em 2009 os investigadores do projeto Middle Awash, anunciaram ao mundo um achado: a descoberta do esqueleto de um membro da família humana com 4,4 Ma num local denominado Aramis, a cerca de trinta quilómetros a norte do lago Yardi. Os primeiros fósseis atribuídos à nossa linhagem têm entre 7 Ma, quando muito, e um pouco menos de 4,5 Ma. Vieram na Etiópia, no Quénia e no Chade, em locais que eram florestas tropicais e que hoje são terrenos áridos.

Aos vestígios fósseis descritos, os paleoantropólogos chamaram de «ardipitecos», porque os esqueletos, porque o esqueleto mais completo encontrado, que recebeu o nome de Ardi, é de uma fêmea da espécie Ardipithecus ramidus.

Percebe-se por este esqueleto que os ardipitecos tinham uma vida passada nas árvores, com braços muito compridos (mais do que as pernas), e muito fortes. Os dentes, comparáveis aos dos chimpanzés em tamanho e em espessura do esmalte, indicam um nicho ecológico que não seria muito diferente. Os ardipitecos raramente desceriam ao solo e faziam-no menos que os gorilas e ainda menos que os chimpanzés. Eram, segundo o paleontólogo Juan Luís Arsuaga, habitantes do dossel arbóreo.

O registo da linhagem humana, a sua macroevolução, iniciada em África recua até cerca de 7 Ma, Figura 2.

Figura 2 – A Família Humana. Árvore filogenética (Science, 2009). Além de Ardi, os estratos existentes no Afar representam outros 14 períodos cronológicos diferentes e já proporcionaram a descoberta de hominídeos, desde formas ainda mais antigas e primitivas do que o Ardipithecus ramidus até representantes primitivos do Homo sapiens.

Em 1978 foram descobertas pegadas fossilizadas em Laetoli (Tanzânia), que evidenciam marcas de bipedismo. Encontram-se preservadas num nível de cinzas vulcânicas, provenientes do vulcão Sadiman, a 20 km de distância. As cinzas foram consolidadas por água proveniente da chuva, que não destruiu as pegadas. Este nível foi descoberto, posteriormente por mais cinza. Datações com K/Ar permitiram concluir que o nível se formou há 3,6 Ma. durante o pliocénico, Figura 3.

Figura 3 – O primeiro passo na nossa linha evolutiva, Ardipithecus, com uma parte do seu pé no passado e outra no futuro, caninos já reduzidos, habitando as florestas foi substituído por uma segunda etapa, Australopithecus, ainda com cérebros pequenos mas totalmente bípedes, já não limitados à floresta e com um território que geograficamente se prolongava do Rifte Africano na região da Etiópia até ao Transval, na África do Sul.

Os primeiros bípedes

Os primeiros dos nossos que não oferecem dúvidas sobre a sua filiação são os Australopitecos que viveram desde há mais 4 Ma e até há menos de 2 Ma, numa parte considerável de África. O fóssil mais famoso de um australopiteco é um esqueleto batizado Lucy, uma fêmea de Australopithecus aferensis que viveu onde é hoje a Etiópia. Um outro esqueleto descoberto, também de fêmea, muito mais completo, encontrado na África do Sul e batizado Little Foot.

Não restam dúvidas de que os australopitecos são da nossa própria linhagem, porque a postura era completamente bípede e, no essencial, igual à postura humana atual, com todas as adaptações que tornam possível este tipo e locomoção.

Passavam uma parte considerável do seu tempo nas copas das  árvores, onde consumiriam frutas maduras e estariam a salvo do perigos. Parte da dieta era também obtida em meios menos florestais e mais abertos. Tudo isto faz pensar que o habitat dos australopitecos tenha sido o das florestas fragmentadas, ou seja, um mosaico ecológico. Os antepassados dos gorilas e chimpanzés, permaneceram nas florestas tropicais e contínuas, sem grandes clareiras, da cintura tropical africana, onde os seus descendentes continuam a viver.

A especiação consiste na divisão de uma espécie em duas ou mais espécies, não muito diferentes entre si, que ecologicamente ocupam subzonas adaptativas próximas, nichos muito semelhantes.

Os genomas dos chimpanzés, gorilas e seres humanos, os membros do clado africano dos hominoides, são muito semelhantes, de tal modo que o último antepassado comum (Ponto A – Raiz) não deve estar muito afastado no tempo. Viveu em África há 10 Ma, ou até menos, mas no Mioceno. A linha dos gorilas afastou-se primeiro, mas quase imediatamente separaram-se os chimpanzés e os seres humanos. Há, aproximadamente, 2 milhões de anos, os chimpanzés dividiram-se em duas espécies separadas pelo Rio Congo: os chimpanzés comuns e bonobos.

O último antepassado comum de gorilas, chimpanzés e humanos não era nada parecido com nenhum deles. A partir do último antepassado comum, temos mudado muito (evoluído) nas três linhas.      

Fontes Consultadas

Vida a Grande História – Juan Luis Arsuaga (Temas e Debates, Círculo Leitores)

https://www.sciencemag.org/news/2020/04/lucy-s-baby-suggests-famed-human-ancestor-had-primitive-brain

Genética e Neodarwinismo

Os mecanismos que operam nos organismos vivos refletem uma eficaz adaptação ao ambiente, que se vai traduzindo numa complexidade estrutural e funcional cada vez maior ao longo dos diferentes reinos dos seres vivos.

Um gene é um segmento de DNA que contém a informação necessária para levar à síntese de uma proteína (cadeia polipeptídica) ou de um RNA funcional. A informação contida no genoma de um organismo só se torna evidente após uma série de reações bioquímicas que leva à expressão dos genes. O primeiro passo deste processo complexo é a síntese de uma copia RNA, utilizando como modelo uma das cadeias de DNA dos genes. Esta etapa da expressão génica denomina-se transcrição e o seu produto (mRNA).

Ovo

Galeria da Biodiversidade (Porto) – Biodiversidade do ovo. Tudo se inicia com o ovo, célula que contém toda a informação genética do novo indivíduo. Desde a primeira divisão do ovo, ocorre um conjunto de processos que culminam com a maturidade do organismo, cujos sistemas de órgãos estão totalmente formados e funcionais.

A maioria dos genes codifica moléculas proteicas e os RNAs intermédios que lhes dão origem chamam-se RNAs mensageiros (mRNAs), que no seu conjunto constituem o transcritoma de um organismo. Além dos mRNAs existem outros RNAs que nunca são traduzidos em cadeias polipeptídicas. Por exemplo, os RNAs de transferência (tRNAs), que constituem cerca de 80% do RNA total celular e um vasto conjunto de pequenos RNAs.Durante a formação do RNA, a linguagem do DNA, constituída pelas quatro bases Adenina (A). Guanina (G), Citosina (C) e Timina (T) é copiada ou transcrita para a linguagem do RNA, idêntica à do DNA, mas com o uracilo em vez de timina. Posteriormente esta linguagem do RNA é traduzida (a tradução é a segunda etapa da expressão génica) nos ribossomas, na linguagem das proteínas, constituída por 20 aminoácidos.

Ao contrário do DNA que é, geralmente, em hélice dupla, a maioria dos RNAs é uma cadeia simples, tem grande flexibilidade e pode exibir uma grande variedade de conformações formando estruturas com forma definida adequadas às suas funções específicas nas células.

Gregor Mendel não tinha conhecimento da mitose, meiose, cromossomas, DNA, genes…

Porém, sabia que cada progenitor era portador de gâmetas que possuíam informações hereditárias para os diferentes caracteres. Designou como fator a informação hereditária responsável pelo aparecimento de cada caráter. Deste modo os indivíduos resultantes do cruzamento parental seriam portadores um fator de origem materna e outro de origem paterna.

Gene, cromossoma, mitose, gametogénese são alguns conceitos que permitiram ao longo do século XX reinterpretar, com nova linguagem, as ideias e os princípios de Mendel. Os fatores considerados por Mendel responsáveis pela transmissão das características hereditárias correspondem aos genes. Estes podem apresentar formas alternativas responsáveis pelos caracteres contrastantes. Tais formas alternativas de um mesmo gene, como, por exemplo, as que determinam a cor da ervilha, são chamadas alelos. A zona de um cromossoma onde se situa um gene designa-se por locus. Este corresponde, portanto, à localização física do gene. Os dois alelos que controlam um determinado carácter estão localizados em locus correspondentes dos dois cromossomas homólogos. Por essa razão, os genes estão presentes aos pares no genótipo dos indivíduos. O termo genótipo é assim utilizado para designar a constituição genética de um indivíduo em relação a determinada característica.

Aos caracteres que um indivíduo manifesta resultantes do seu genótipo, foi atribuído o termo fenótipo. Este corresponde, pois, ao modo como o genótipo de expressa.
Tudo se passa como se cada indivíduo tivesse um “livro de instruções” que asseguram um determinado padrão, embora permitam variações à volta desse padrão (genótipo). Esse “livro de instruções” é o património genético do indivíduo e corresponde ao seu genoma. De geração em geração e através dos gâmetas, esse património genético passa de progenitores para descendentes. O desenvolvimento da genética permitiu ampliar o conceito de evolução de Darwin. O neodarwinismo explica a causa da diversidade dos seres vivos, surgindo esta nas frequências genéticas, isto é, no fundo genético das populações (o fundo genético corresponde ao conjunto de todos os alelos/genes que fazem parte dessa população). A evolução é, assim, devida a alterações das suas características genéticas, sendo a população a unidade evolutiva, pois é sobre os indivíduos das populações (fenótipo) que se fazem sentir os agentes evolutivos. O neodarwinismo, sendo uma teoria contemporânea da Genética, explica a evolução baseando-se na genética. Deste modo, fenótipo, genótipo, fundo genético, genes são termos utilizados por estes evolucionistas para explicarem a biodiversidade.

 

As ervilheiras de Mendel

É fácil perceber que existem semelhanças entre os indivíduos de uma determinada espécie e que essas semelhanças tendem a aumentar à medida que os indivíduos têm mais afinidade parental. da que os indivíduos têm mais afinidade parental. Ressalta à vista que a descendência de determinados progenitores, ainda que apresente diversidade entre si e em relação aos seus progenitores, apresenta também aspectos comuns. Os indivíduos de uma espécie partilham características e possuem semelhanças entre si.

Milho

Biodiversidade do milho (planta nativa das Américas) na Galeria da Biodiversidade ( Instalada na Casa Andresen, no Jardim Botânico do Porto). 

Mas de que forma se transmite à descendência a informação para essas características? Em que local reside esta informação? Por que razão existem caracteres que parecem desaparecer numa dada geração e reaparecem em gerações futuras? Quem mecanismos e leis regem a transmissão dos caracteres hereditários?

A Genética é a ciência que se ocupa da identificação dos fatores hereditários responsáveis pelas características de um indivíduo, bem como da forma como se transmitem de geração em geração.Esta ciência é  considerada  fundamental para  o  desenvolvimento da  biotecnologia, e ocupa  lugar de destaque  nas pesquisas biológicas atuais, impulsionando  setores  como  agricultura,  medicina,  ecologia e pecuária.

De um modo geral, quando se menciona o nome do austríaco Gregor Mendel (1822-1884), ele é imediatamente associado à Genética e às “leis de Mendel”. Na maior parte das vezes, as informações sobre suas contribuições que chegam até nós são as que constam na parte histórica que aparece em alguns livros-texto de Biologia destinados aos diferentes níveis de ensino. Porém, poucas pessoas tiveram a oportunidade de examinar o artigo original de Mendel (1866) ou tomar conhecimento do que ocorreu depois.

Mendel não escolheu o material experimental de modo aleatório. Ele procurava plantas cujo cultivo fosse fácil e que pudessem se desenvolver em um curto período de tempo, o que se aplicava às ervilhas. Baseou-se também em outros critérios. Em primeiro lugar, as características que diferenciassem as ervilhas deviam ser constantes, ou seja, as linhagens deviam ser puras, sem variabilidade significativa.

O trabalho de Mendel inseria-se numa linha de pesquisa bastante ativa em sua época e,  além dessa pesquisa,  introduziu novos elementos em relação às propostas de seus contemporâneos e antecessores.  Tais inovações incluem,  dentre  outros aspetos,  a metodologia que envolve Matemática e Estatística resultantes de uma formação diferente da maioria dos naturalistas de sua época,  bem como noções sobre a divisão celular.

Powerpoint – Embora nome de Johann Gregor Mendel (1822-1884) seja associado geralmente à Genética e às “Leis de Mendel”, poucas pessoas tiveram a oportunidade de conhecer o conteúdo de seu artigo original sobre os padrões de herança nas ervilhas do género Pisum, publicado em 1866.

Foi William Bateson (1901), quem se dedicou ao teste dos padrões encontrados por Mendel nas ervilhas,  tanto em animais como plantas,  procurando também explicar os desvios e exceções.

Além disso,  propôs a  terminologia  “alelo”,  “homozigótico”,  “heterozigótico”  e a notação  “F1”, “F2”,  empregada para se referir às diversas gerações.  Bateson empregou inicialmente os termos “caracteres unitários”, “fatores”  e mais tarde  “gene”.  O conceito  gene só foi definido no final da década de 1900 por Johannsen que  também introduziu os conceitos de “genótipo”  e “fenótipo”. Até então utilizava-se o termo  “caracteres” para se referir tanto ao material contido no núcleo dos gametas como  às características externas visíveis.

A  relação entre os estudos citológicos e os princípios de Mendel e a vinculação dos caracteres  hereditários  aos  cromossomas  ocorreu no início da década de 1900,  com a chamada “hipótese cromossómica de Sutton e Boveri” .

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