Criação da nova árvore evolucionária da vida está próxima

Sanderson, biólogo da Universidade do Arizona, faz parte de um esforço para descobrir o parentesco entre o estimado de 500 mil espécies de plantas. Durante anos, os pesquisadores seqüenciaram o DNA de milhares de espécies vindas de selvas, tundras e gavetas de museus. Eles usaram supercomputadores para processar dados genéticos e coletaram pistas sobre como a diversidade atual de baobás, dentes-de-leão, musgos e outras plantas evoluíram ao longo dos últimos 450 milhões de anos.

O ritmo de seu progresso dá a Sanderson esperança de que será possível desenhar toda a árvore evolucionária das plantas nos próximos anos. “Isso já está muito perto de acontecer,” Sanderson disse.

Só há um problema. “Não temos como visualizar essa árvore no momento,” disse. Se eles tentassem, acabariam com um emaranhado confuso e impenetrável. “Seria irônico,” Sanderson afirma. “Teríamos que dizer, ‘montamos, mas não podemos mostrá-la para você.”

Desde que Charles Darwin esboçou sua primeira árvore em 1837 (iilustrada pela imagem na abertura do artigo), biólogos dependem de árvores evolucionárias para entender a história da vida. Hoje, biólogos desenham árvores evolucionárias que os ajudam a rastrear novas doenças, identificar espécies em risco de extinção e traçar a história de genes relacionados a doenças no genoma humano.

Dentro das próximas décadas, biólogos poderão descobrir as relações entre as milhões de espécies da Terra. Mas para que as pessoas de fato possam ver a árvore da vida, essa árvore terá que evoluir por si só.

Biólogos tratam o problema com a ajuda de cientistas da computação e designers de softwares de empresas como Google e Adobe para encontrar uma nova maneira de olhar para a evolução. Seu objetivo é criar um programa que possibilite aos cientistas e não-cientistas a visualização integral das árvores evolucionárias.

“Assim como o Google Earth mudou a maneira como as pessoas olham para a geografia, um sofisticado navegador da árvore da vida poderia realmente mudar a maneira como olhamos para a vida ao nosso redor,” disse Mark W. Westneat, diretor do Centro de Síntese da Biodiversidade do Museu Field em Chicago.

Darwin desenhou a primeira árvore evolucionária quando tinha apenas 28 anos. Ele tinha acabado de retornar à Inglaterra de uma viagem de cinco anos ao redor do mundo a bordo do Beagle, e sua teoria da evolução ainda estava em estado embrionário.

Ele percebeu que a evolução poderia explicar semelhanças e diferenças entre as espécies. Os descendentes de espécies ancestrais poderiam ter evoluído em diferentes formas, se dividindo em linhagens separadas “como as ramificações de uma grande árvore a partir de um só tronco,” como ele posteriormente escreveria em “A Origem das Espécies.”

A primeira árvore de Darwin está hoje presente em livros, mostras de museus e, claro, no Wikipédia. Mas David Kohn, diretor da Biblioteca Digital Darwin do Museu Americano de História Natural, recentemente descobriu outras 10 árvores desenhadas por Darwin em anos posteriores.

“É uma preocupação de longo prazo,” Kohn disse. “Parece que ele as usava para pensar.” Enquanto ponderava a respeito de como os humanos evoluíram, Darwin desenhou um grupo de ramificações para representar nosso ancestral comum aos macacos.

Mas durante a vida de Darwin, ele publicou apenas uma árvore. Em “A Origem das Espécies,” ele incluiu um grupo de ramificações, marcadas apenas por letras. “Foi tudo em um nível muito teórico,” disse David Hillis, biólogo da Universidade do Texas.

Darwin deixou para os demais biólogos a tarefa de descobrir como as árvores evolucionárias se pareceriam na prática. Em 1879, por exemplo, o biólogo alemão Ernst Haeckel publicou uma árvore, com até mesmo casca e folhas, mostrando como humanos e outros animais evoluíram de criaturas unicelulares.

A ciência da montagem de árvores obteve um avanço significativo no final dos anos 1900. Biólogos estabeleceram regras de padronização para comparar espécies e descobrir os graus de parentesco entre elas.

Com todos falando a mesma língua científica, eles puderam testar as hipóteses uns dos outros com novas evidências. Eles também começaram a obter novos tipos de evidência para as árvores. Passou a ser possível comparar não apenas os padrões de esqueleto ou a cor das espécies, mas também suas proteínas e genes.

No início, biólogos conseguiam desenhar apenas árvores pequenas, tipicamente com no máximo uma dúzia de ramificações. Um dos empecilhos era que um grupo de espécies poderia possivelmente estar relacionado de várias maneiras diferentes. Se um biólogo acrescentava mais espécies a um grupo, as possibilidades se multiplicavam.

“Para 25 espécies, existem mais árvores possíveis do que estrelas no universo que conhecemos,” Westneat disse. “Para 80 espécies, existem mais árvores do que átomos no universo conhecido.”

Simplesmente comparar cada árvore seria impossível. Felizmente, matemáticos desenvolveram métodos estatísticos para buscar rapidamente entre as árvores possíveis aquelas que melhor explicavam todas as evidências.

Computadores conseguiram fazer milhões de cálculos para os biólogos e armazenar um banco de dados crescente de informações em websites. As árvores ganharam centenas de novas ramificações, e então milhares.

“Estamos inundados de informações,” Hillis disse. As árvores atuais com milhares de ramificações, às vezes chamadas de “superárvores” ou “megaárvores,”estão começando a aparecer na literatura científica.

Suas ramificações revelam padrões na evolução que não eram vistos em estudos menores.

Em 2007, por exemplo, Olaf Bininda-Edmonds, biólogo da Universidade Carl von Ossietzky da Alemanha, e seus colegas publicaram uma árvore de 4,5 mil mamíferos – em outras palavras, quase todas as espécies conhecidas de mamíferos.

A árvore possibilitou que os pesquisadores estimassem o ritmo com o qual os mamíferos evoluíram em novas linhagens. Durante décadas, muitos pesquisadores afirmaram que a maioria dos principais grupos de mamíferos vivos evoluiu depois que os dinossauros se extinguiram há 65 milhões de anos. Com base na superárvore de mamíferos, Bininda-Emonds e seus colegas argumentaram que os mamíferos já se diversificavam milhões de anos antes.

Menos de dois anos depois, a superárvore de mamíferos já parece pequena. Em um estudo a ser publicado no periódico BMC Evolutionary Biology, Stephen Smith, do Centro Nacional de Síntese Evolucionária da Carolina do Norte, e seus colegas criaram uma árvore contendo 13.533 espécies de plantas.

Seu estudo mostra que as samambaias – às vezes consideradas fósseis vivos que mudaram pouco ao longo de centenas de milhões de anos ¿ na verdade evoluíram com maior rapidez do que grupos mais jovens de plantas, como coníferas e angiospermas.

As plantas não têm apenas relação entre si. Elas também têm relação com animais como nós, fungos, bactérias e todos os outros seres vivos da Terra. Ao longo dos últimos sete anos, a Fundação Nacional de Ciência dos EUA tem financiado um projeto conhecido como Assembling the Tree of Life (Montando a Árvore da Vida), cujo objetivo é “reconstruir as origens evolucionárias de todos os seres vivos,” segundo seu website. Equipes de pesquisa estão analisando fatias da árvore, enquanto matemáticos e cientistas da computação trabalham em métodos para combiná-las em uma análise única.

“Dá para imaginar que Darwin gostaria disso,” Kohn disse.

Mas Darwin provavelmente não gostaria de tentar desenhar essa árvore. “Mesmo quando a superárvore de mamíferos é impressa em um papel de 2×2 metros, os nomes das espécies continuam praticamente ilegíveis,” Bininda-Emonds disse. “É um problema típico do Google Earth. Não dá para ver simultaneamente onde o Central Park está em Nova York e onde Nova York está nos Estados Unidos.”

Está claro para biólogos que eles terão de encontrar novas maneiras de desenhar as árvores evolucionárias. “Nossos avanços na compreensão da evolução estão acontecendo muito rápido agora, mas as ferramentas que nos permitem olhar para essas grandes árvores estão ficando para trás,” Westneat disse.

O futuro das árvores evolucionárias pode estar na parede do laboratório de Sanderson em Tucson. Ele e seus colegas montaram um conjunto de monitores de tela plana que podem mostrar um programa desenvolvido por eles chamado Paleoverde. Sanderson pode transformar uma árvore evolucionária em uma estrutura tri-dimensional, e então usar seu mouse para navegar por ela, ampliando ramificações específicas que ele deseja inspecionar.

É uma visão impressionante, mas Sanderson logo aponta seus limites. “Meu programa consegue lidar com mil espécies eficientemente. Mas quando chegamos a cinco mil espécies, ele fica lento e não muito bonito,” disse.

Para atualizar as árvores evolucionárias, biólogos estão trabalhando com cientistas da computação e outros especialistas de visualização. Westneat tem organizado encontros ao longo do último ano para unir as duas culturas. “Isso pode nos levar além do que biólogos com um pouco de programação conseguem fazer,” Westneat disse.

Mesmo com a ajuda de especialistas de visualização, biólogos não conseguirão voar pela árvore da vida tão cedo. “Definitivamente não é pouca coisa ¿ é pesquisa de ponta,” disse Tamara Munzner, cientista da computação da Universidade da Colúmbia Britânica.

Munzner está trabalhando em métodos que permitam que biólogos vejam detalhes da árvore da vida sem perder de vista sua forma geral. Um de seus programas atua como uma lente olho-de-peixe, ampliando grupos de ramificações. Ela também descobriu como tornar as árvores elásticas, para que um biólogo possa esticar algumas partes e espremer outras. Enquanto algumas milhares de ramificações podem deixar o Paleoverde lento, os programas de Munzner conseguem lidar com milhões de ramificações.

Para Hillis, desenhar a árvore da vida não é algo sem propósito. Ele acredita que isso se tornará uma ferramenta prática, da mesma forma que bancos de dados de DNA se tornaram ferramentas práticas para geneticistas.

“O que realmente gostaria era ter a árvore inteira da vida em um aparelho que coubesse na mão,” Hillis disse. Biólogos poderiam colocar uma amostra de tecido de uma planta, animal ou outro organismo na máquina, que então examinaria seu DNA e encontraria seu lugar na árvore da vida, mesmo no caso de uma nova espécie. As informações poderiam ser carregadas em um banco de dados, o que atualizaria as árvores de todos os biólogos. “Seria um aparelho do tipo tricorder, capaz de identificar qualquer espécie da Terra,” ele disse.

Se os biólogos algum dia conseguirem desenhar a árvore da vida, ela será bem diferente do esboço de Darwin. Linhagens se ramificam à medida que evoluem, mas às vezes as ramificações voltam a se unir. Há tempos sabe-se que espécies de plantas diferentes às vezes produzem híbridos que não conseguem se reproduzir com suas espécies parentes. Em outras palavras, eles se tornam novas espécies. Quando os biólogos desenham as relações entre alguns grupos de espécies de plantas, suas imagens se parecem mais com teias do que com árvores.

Em outros casos, os genes não precisam esperar que duas espécies se unam ¿ eles simplesmente pulam de uma ramificação da vida para outra.

Vírus às vezes infectam novas espécies de hospedeiros e, no processo, transferem os genes de seu hospedeiro anterior. Muitas espécies de bactéria podem ingerir DNA ou transmiti-lo a outras bactérias em pequenas argolas genéticas.

“Cada gene tem sua própria evolução. A herança não passa de mãe para filha, mas sim de um vizinho para outro,” disse Peer Bork do Laboratório Europeu de Biologia Molecular.

Os biólogos estão apenas começando a entender como esse tipo diferente de hereditariedade altera a árvore da vida. Embora os genes possam se mover de uma espécie para outra com bastante freqüência, deve ser raro que se tornem uma parte permanente de um novo genoma.

Tal Dagan, bióloga da Universidade de Düsseldorf estima o impacto disso através da análise de centenas de milhares de genes de micróbios. Ela estima que 80% dos genes de qualquer micróbio foram passados de uma espécie para outra em algum momento.

Mas Dagan e seus colegas não publicaram seus resultados apenas como uma tabela de números. “Tivemos que criar uma nova imagem da evolução,” ela disse. Para Dagan, a evolução ainda tem a forma de uma árvore.

“A maior parte da evolução ainda acontece em ramificações,” ela disse. Mas ao longo de bilhões de anos, milhares de genes se movimentaram entre as ramificações. Para ilustrar isso, Dagan e seus colegas desenharam um denso emaranhado de linhas entre as ramificações da árvore da vida. “É possível ver a árvore e as milhares de pontas, e você sabe que é assim que ela é,” disse.

Como essas videiras evolucionárias poderiam ser acrescentadas a uma árvore completa da vida sem fazer com que os visitantes se perdessem na complexidade? “Isso realmente complica as coisas,” Munzner disse. “Mas não quer dizer que seja impossível. Minha resposta é, ‘aceito o desafio.'”


Fonte: Terra Ciência

4 comentários em “Criação da nova árvore evolucionária da vida está próxima

  1. Ainda bem que já há novo candidato a “árvore da vida”, já que a apresentada por Darwin, há 150 anos, é obsoleta. Já não é muito correcto enganar os meninos com a árvore da vida de Darwin. É necessário inventar uma nova para se poder voltar a enganar os meninos sem maldade.

    ;)

    1. @Marcos Sabino,
      OK, pelo menos os cientistas estão se esforçando em produzir coisas novas.
      Mas, falando nisso, quando é que os religiosos vão abandonar as velhas crendices e enganar os meninos com novas tolices? Já não é muito correto enganar os meninos com velharias, é necessário novas crendices para se enganar os meninos sem maldade.
      :wink:

  2. o mais engraçado nos posts do sabino é quando ele comenta a evolução cientifica como um problema à própria ciencia e acredita que o cristianismo se manteve imutavel nos ultimos 1800 anos

    sim sabino… vc está certo, é por puro acaso que existem católicos, ortodoxos e protestantes, tbm é por acaso que o Limbo não existe mais

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