12/11/2015

Biologia Evolutiva do Desenvolvimento

Definição

A biologia evolutiva do desenvolvimento é um campo da biologia que faz a comparação entre os processos de desenvolvimento de diferentes seres vivos, numa tentativa de determinar a relação ancestral entre os organismos e a forma como os processos de desenvolvimento evoluíram. Também pretende esclarecer como os genes podem produzir novas formas, funções e comportamentos durante o curso da evolução ao proceder a uma abordagem comparativa dos mecanismos e sequências do desenvolvimento embrionário.

Aplicações na tecnologia

Uma grande aplicação tecnológica da evolução é a selecção artificial, que é a selecção intencional de certas características em populações de seres vivos. Os seres humanos têm usado a selecção artificial há milhares de anos na domesticação de plantas e animais. Mas recentemente, tal selecção tornou-se uma parte vital da engenharia genética, com o uso de marcadores seleccionáveis tais como a resistência a antibióticos para manipular o ADN na biologia molecular.
Como a evolução é capaz de produzir processos e redes extremamente optimizados, tem muitas aplicações em ciência dos computadores. Nils Aall Barricelli, na década de 1960, e depois Alex Fraser, iniciou o estudo de vida artificial e simulação de evolução ao usar algoritmos genéticos.  A evolução artificial tornou-se um método de optimização largamente reconhecido como resultado do trabalho de Ingo Rechenberg durante as décadas de 1960 e 1970, que usou estratégias evolutivas para resolver problemas de engenharia complexos. Os algoritmos genéticos, em particular, tornaram-se populares através da escrita de John Holland. À medida que o interesse académico cresceu, o aumento dramático no poder computacional permitiu aplicações práticas. Algoritmos evolutivos são usados actualmente para resolver problemas multi-dimensionais de forma mais eficiente do que por softwares produzidos por programadores humanos, e também para optimizar o desenho de sistemas.
Todos já vimos imagens de embriões de diversos animais e as suas semelhanças. Todos os embriões, das diversas espécies, forma-se da mesma forma, com a fusão dos óvulos e espermatozóides, cada um com a quota de cromossomas correspondente a metade do genoma.
A semelhança embrionária não é surpreendente, se nos lembrarmos, por exemplo, que os seres humanos e os ratos só seguiram caminhos diferentes há cerca de 75 milhões de anos. No entanto, os seres humanos e as moscas-vinagre são parentes muito mais afastados, e o antepassado comum desapareceu há mais de 500 milhões de anos.
Mas a biologia evolutiva do desenvolvimento revelou que, a nível genético a mosca do vinagre e o ser humano são bastante semelhantes. As mesmas sequências de ADN determinam a posição dos olhos compostos das moscas e dos olhos simples do homem, e ordenam as várias partes dos seus corpos, funcionando de forma universal.
Esta biologia associa a genética à embriologia para determinar as relações ancestrais entre os organismos diferentes e estabelecer como o seu ADN condicionou o seu desenvolvimento de forma determinada, por outras palavras, esta ciência ocupa-se da definição dos fenótipos pelos genótipos.

Genes semelhantes

A biologia evolutiva do desenvolvimento teve início na década de 1980 quando dois cientistas, na Alemanha Janni Nüsslein-Volhard e Eric Wieschaus, utilizaram produtos químicos de forma a causar mutações aleatórias em moscas, e mais tarde, estudado como a progenia dessas moscas se desenvolvia desde a forma embrionária até à fase adulta. Quando uma mutação produzia um efeito invulgar, os cientistas localizavam o gene responsável pela mutação. Desta forma, conseguiram identificar a função de dezenas de genes, assim como os locais em que os genes determinam a forma como o embrião se desenvolve.
Descobriu-se que a configuração do embrião na fase inicial é governado por um conjunto de quinze genes que contêm sequências de segmentos de ADN encontradas num mesmo cromossoma (genes Hox). Estes genes determinam a forma antero-posterior do embrião da mosca, dando-lhe frente e costas, lados e segmentos, e aparecendo no cromossoma na ordem em que vão moldar o corpo da cabeça ao abdómen. Os genes Hox determinam que a cabeça da mosca terá antenas e que as asas e pernas nascem no tórax.
Apesar dos ratos terem mais genes Hox do que as moscas, estes genes desempenham exactamente a mesma função, ordenando a formação de segmentos  do corpo da mesma maneira como ocorrem nos cromossomas. Os genes Hox são essenciais ao desenvolvimento genético que determina a forma dos embriões. Dada a enorme semelhança entre destes genes em espécies separadas por milhões de anos de evolução, é possível transplantá-los de um animal para outro sem haver perda da sua função.
Estes genes são a ferramenta mais básica que determina a configuração do corpo. Entretanto já se identificaram muitos mais genes, com funções semelhantes em espécies diferentes.

Os interruptores

A questão que se coloca, é se os genes são semelhantes, então porque não exibem exactamente as mesmas características?
Isso poderá estar relacionado com uma espécie de «interruptores genéticos» que activam, ou não, os genes. Alguns são proteínas denominadas factores de transcrição que se ligam a sequências designadas de promotores ou enhancers, que rodeiam os genes e fazem aumentar ou diminuir a sua acção. Outros são controlados pelos 98%  do genoma que não se encontra envolvido na síntese de proteínas, os segmentos do chamado ADN lixo, que parece desempenhar um papel fundamental na activação ou inacção dos genes.
A função dos genes Hox e de outros genes deste conjunto consiste em accionar sistemas destes interruptores em determinadas células, de acordo com as suas posições no organismo. Por seu lado, estes sistemas determinam que genes são activados e quais permanecem inactivos. Todos os neurónios das células do fígado, dos ilhéus pancreáticos e dos neurónios da dopamina contêm o mesmo software em cada tipo de célula.
A alteração destes padrões de expressão génica explica igualmente como os mesmos genes podem dar origem a resultados tão distintos em organismos diferentes. A diversidade das espécies deve-se, em grande parte, à maneira como os mesmos genes são usados de  forma idiossincrática.
A alteração dos padrões de expressão génica veio a ajudar a resolver o enigma de como apenas cerca de 21.500 genes humanos se revelam suficientes para criar um organismo tão sofisticado. Apenas parcialmente a complexidade do ser humano se deve a genes que contêm instruções para sintetizar proteínas exclusivas da espécie humana. A biologia evolutiva do desenvolvimento permite-nos saber que o sistema intrincado de interruptores que comandam este conjunto genético é pelo menos tão importante como os genes produtores de proteínas, se não mais.


Desejo

«O condenado à morte deixou transparecer uma alegria comovida ao saber do indulto. Mas ao cabo de algum tempo, acentuando-se as melhora...