Evolution 101: Seleção Natural

O post da Evolution 101 desta semana é de um grupo interdisciplinar de BEACONites, todos eles se baseiam nos princípios da seleção natural em suas pesquisas: Nikki Cavalieri (Zoologia), estudante de pós-graduação da MSU pós-doutorado Prakarn Unachak (Computação Evolutiva), e NC A&T estudante de pós-graduação Patrick Wanko (Industrial & Engenharia de Sistemas).

Se os animais estão muito bem adaptados aos seus habitats, porque vemos sobreposição?

Por exemplo, Gray Treefrogs (Hyla versicolor) e Green Treefrogs (Hyla cinerea) no sul dos Estados Unidos parecem ser ecologicamente equivalentes. Ambas as espécies comem insetos, vivem do solo na vegetação e depositam seus ovos em pequenas piscinas. Então porque não existe apenas uma espécie?

Enquanto as rãs Gray Treefrogs e Green Treefrogs parecem ocupar o mesmo habitat, quando olhamos mais de perto podemos ver que embora as suas gamas se sobreponham, as rãs Gray Treefrogs vivem mais a norte do que as Green Treefrogs. Também podemos ver que as rãs Gray Treefrogs preferem áreas arborizadas com poças temporárias, enquanto as rãs Green Treefrogs preferem zonas húmidas mais abertas com caudas de gato e outra vegetação aquática.

Numa árvore numa área arborizada, o Gray Treefrog é muito mais difícil de detectar.

Num pântano, a situação é inversa.

O que é a Selecção Natural?

A selecção natural é o processo na natureza pelo qual organismos mais bem adaptados ao seu ambiente tendem a sobreviver e a reproduzir-se mais do que aqueles menos adaptados ao seu ambiente.

Por exemplo, as rãs arbóreas são por vezes comidas por cobras e aves. As rãs Treefrogs cinzentas misturam-se bem em áreas arborizadas escuras sobre casca de árvores e as rãs Treefrogs verdes misturam-se bem com a vegetação verde encontrada em pântanos e pântanos. Uma Rã Verde Treefrog na casca de uma árvore é mais fácil de encontrar para um predador, em comparação com uma Rã Verde Treefrog numa folha verde. Assim, as rãs Green Treefrogs que vão para habitats onde não estão camufladas têm mais probabilidades de serem comidas por predadores. Uma vez que as rãs Treefrogs que foram comidas não vivem para ter mais rãs Treefrogs bebé, a selecção natural tem favorecido as rãs Treefrogs que vivem em habitats onde estão mais camufladas.

Isto explica a distribuição das rãs Treefrogs cinzentas e verdes. O habitat arborizado do Sapo-cinzento Treefrog é maior e estende-se mais para o Norte, enquanto que o habitat pantanoso e pantanoso do Sapo-cinzento Treefrog está concentrado no Sul. Na área em que as rãs Gray e Green Treefrogs se sobrepõem, ambos os habitats ocorrem mas em locais diferentes.

No entanto, a selecção natural nem sempre vai para o óptimo. Vai apenas para o que funciona. Por exemplo, os coelhos são herbívoros, que têm fermentação intestinal posterior (fermentação dos alimentos após a passagem pelo estômago). Eles têm um órgão especial chamado ceco, que os ajuda a digerir os alimentos. Ao contrário de outros animais, o ceco do coelho está localizado muito abaixo do intestino do coelho para que o coelho obtenha todos os nutrientes do seu alimento. Então quando o alimento digerido é expulso do corpo, ainda contém uma grande quantidade de nutrientes. Para compensar a perda destes nutrientes, os coelhos são coprofágicos (comem as suas próprias pelotas fecais). Eles têm dois tipos de pellets fecais: 1) pellets que foram digeridos apenas uma vez, que eles colocam em uma latrina especial para consumir mais tarde, e 2) aqueles que foram digeridos duas vezes e não são armazenados. Os coelhos evoluíram para obter o máximo de nutrientes dos seus alimentos apesar de terem uma disposição não óptima dos órgãos digestivos.

Para ser mais geral, a selecção natural é um processo que faz com que alguns animais e plantas com certas características se ajustem melhor do que outros ao seu ambiente natural. Essas plantas e animais têm então uma chance maior de sobreviver, reproduzir-se e aumentar sua população mais do que as que estão menos adaptadas ao seu ambiente. As plantas e animais mais bem adaptados são portanto capazes de transmitir as suas características vantajosas (codificadas por genes) aos seus descendentes através da herança.

No entanto, os genes nem sempre são transmitidos aos descendentes exactamente da mesma forma que os genes dos pais. A mudança em uma sequência genética pode ocorrer através de dois mecanismos conhecidos como crossover e mutação.

Crossover? Mutação? O que são?

Não podemos ver os genes com os nossos olhos nus, mas podemos observar os produtos deles através de traços físicos, conhecidos como fenótipo (tipo de cabelo, cor do olho/peles, sexo…). Gregor Mendel, o “pai da genética moderna”, experimentou com plantas de ervilha entre 1856 e 1863. Mendel mostrou que ao fertilizar uma determinada forma de planta ervilha verde com o pólen de uma forma diferente de planta ervilha amarela, obter-se-ia uma variedade de ervilhas verdes e amarelas de muitas formas. As ervilhas resultantes irão partilhar a sua cor ou a sua forma com as ervilhas originais. O que Mendel fez é hoje chamado de polinização cruzada, e o fato de que as ervilhas resultantes irão compartilhar alguns traços comuns é devido à herança.

Genes são agrupados em cromossomos. Para que o cruzamento ocorra, precisamos de dois cromossomas que troquem material. Uma mutação, por outro lado, é uma mudança ou erro dentro de um gene ou cromossomo que pode resultar em uma mudança das funções e expressões genéticas. Quando esse erro ocorre, ele modifica um gene que pode mudar o fenótipo da planta ou do animal, o que pode ser mais do que uma simples mudança na aparência. As mutações podem envolver deleções, duplicações, inserções, inversões ou translocações de seções da seqüência genética. As mutações e cruzamentos fornecem a matéria-prima para a seleção natural, criando variações entre os organismos.

Como obtemos Tantos Organismos Diferentes pela Seleção Natural?

A selecção natural resulta em organismos com características diferentes (causados por mutações e crossovers) a prosperar em ambientes diferentes. Além do Green e Gray Treefrog (nosso exemplo acima, mostrando adaptação através de camuflagem), há muitas maneiras de a seleção natural moldar organismos:

• algumas bactérias podem viver a temperaturas de 60°C (140°F) e superiores. Uma espécie, Methanopyrus kandleri, pode até prosperar sob calor extremo até 120°C (248°F)! Outras bactérias também se adaptam a ambientes aparentemente inóspitos – ácidos, radioativos ou sob a parte mais profunda do mar, onde não há fonte convencional de alimento. Não importa quão hostil seja um ambiente, é muito provável que você encontre algum tipo de microorganismo evoluído para viver lá.

Penguins, à primeira vista, são aves que não podem voar, o que não parece torná-las boas candidatas à sobrevivência. No entanto, no lugar de voar, os pinguins adaptaram-se para serem mestres nadadores, o que os beneficia muito na busca de alimento e na fuga de predadores. Além disso, na Antártida, e em outros lugares onde os pinguins vivem, não há predadores naturais em terra, pelo que perder a capacidade de voar não é uma desvantagem. Existem outras aves sem vôo, e todas se adaptaram para compensar a sua falta de vôo de outras formas. Seja por ser um corredor rápido (Avestruz), esconder-se bem (Trilho Invisível), ou ser capaz de se defender eficazmente (Cassowary).

algumas plantas, como a Armadilha de Mosca de Vénus, são carnívoras. Normalmente as plantas obtêm nitrogênio, um elemento químico vital para a sobrevivência de uma planta, do solo através de suas raízes. Estas plantas, no entanto, geralmente crescem em áreas onde o solo é pobre em nitrogênio. Elas não conseguem obter nitrogênio suficiente apenas retirando-o do solo. Para prosperar em tal ambiente, estas plantas carnívoras capturam os insectos em folhas semelhantes a armadilhas. Estes insetos tornam-se uma fonte alternativa de nitrogênio para a planta permitindo que ela sobreviva num habitat pobre em nitrogênio.

A seleção natural age sobre a diversidade genética das espécies. Os indivíduos com melhores características para o novo ambiente têm mais descendência. Depois de muitas gerações neste novo ambiente, a população atual pode não se parecer com seus ancestrais, porque a seleção natural os mudou – eles evoluíram – para sobreviver no novo ambiente.