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Atrofiamento de olhos em peixes de regiões de pouca luz

Olá amigos.

O que os estudos evolutivos falam sobre a atrofia de estruturas que não teriam uso quando a espécie está em um ambiente no qual estas perdem, ou diminuem a sua utilidade, como por exemplo, os peixes de regiões escuras que ora tem olhos atrofiados?

Pensar que o desuso leva ao atrofiamento não parece mais Lamarckismo?

A explicação que é dada para o caso dos peixes é a de que os indivíduos que forem perdendo a capacidade visual "economizariam" o produto de seu metabolismo.

Levemos em conta as mutações aleatórias e seleção natural como únicos fatores evolutivos. Teria ocorrido um processo mais ou menos assim: Peixes com olhos desenvolvidos + ambiente sem luz >>> MUTAÇÕES ALEATÓRIAS NA REGIÃO DO DNA QUE ESTÁ LIGADO ÀS ESTRUTURAS OCULARES (ao lado de muitas outras mutações que implicaram ou não em mudanças ou aparecimento ou perca de estruturas morfológicas ou comportamentos) produziram muitas vezes uma diminuição da capacidade visual em alguns indivíduos. Peixes que não dispendiam energia no processo da visão tiveram vantagens sobre os demais. A ineficiência visual é transmitida aos descendentes. Essa característica passa a prevalecer nas espécies.

As mutações vieram de encontro a condições específicas do meio.

Em seguida agiu seleção natural...: Mas, não consigo ver de que forma o atrofiamento dos olhos poderia influenciar concretamente nos fatores: busca por alimento, sucesso sexual? Ou haveria outros?

Penso que deve haver algum tipo de interação além da seleção natural entre meio e ambiente para ocorrer a evolução.

Desculpe a falta de linguagem e embasamento científicos.

Obrigado aos que vierem a discutir este tópico.

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Respostas a este tópico

Ao que parece e não defendendo a totalidade do pensamento de alguns cientistas (até porque desconheço suas obras), alguns cientistas acreditam que deve haver um terceiro fator no processo evolutivo, como Lyn Margulis e Alfred Russel Wallace.

Vou repetir uma resposta que dei no formspring e e parte de outra que respondi já no tumblr sobre o mesmo tema:

Em certos casos realmente podem existir vantagens em perder uma dada característica morfológica, seja ela um membro ou órgão. Se pensarmos um pouco é possível imaginar alguns cenários nos quais a redução, ou até a perda, de membros poderiam conferir vantagens adaptativas. Imagine a melhora das relações hidrodinâmicas dos corpos de certas linhagens de vertebrados tetrápodes que “voltaram” à vida aquática (como a diminuição dos membros traseiros de ictiossauros e cetáceos, ambos grupos descendentes de vertebrados terrestres de quatro patas); ou pense em linhagens que passaram a viver em túneis, ou condições semelhantes, como algumas hipóteses sobre a redução dos membros em serpentes sugerem.

Podemos também imaginar que o desenvolvimento de uma dada característica seja dispendioso do ponto de vista energético, e caso esta mesma estrutura não for mais adaptativamente “útil” (e para piorarmos imaginemos um ambiente com poucas fontes energéticas), a perda deste órgão, ou membro, poderia também influenciar a sobrevivência e reprodução do indivíduos que não mais herdassem os custos metabólicos do desenvolvimento da característica em questão que acabou por se transformar em um “peso morto”.


Porém, muitos outros processos, além da seleção positiva de variantes aleatórias benéficas, podem guiar a evolução de novas característica ou mesmo a perda delas. Processos estocásticos como a deriva genética aleatória de variantes funcionalmente neutras ou mesmo ligeiramente deletérias, em pequenas populações, são algumas dessas possibilidades. Caso certos membros ou órgãos tornem-se redundantes, ou mesmo desnecessários estes podem ser perdidos, mesmo que não haja vantagem direta em sua perda, por simples efeito de “amostragem aleatória” já que não haveria “pressão seletiva” para sua manutenção.


Algo semelhante pode acontecer caso a perda da característica esteja associada ao ganho de uma nova característica adaptativa. Principalmente, se não houver custos (neutralidade) para a perda da característica associada com a outra característica positivamente selecionada ou se estes custos forem muito pequenos comparados aos ganhos adaptativos, alcançando-se assim uma “solução de compromisso” ou um “trade off”, na linguagem da genética evolutiva.

Pense, por exemplo, nessas duas possibilidades:

 

  1. Ambas as mutações (a positiva e a efetivamente neutra) estejam muito próximas no mesmo cromossomo e “segreguem” juntas com baixa possibilidade de recombinação. Este seria um exemplo do 'efeito carona' de duas mutações relacionadas apenas contingentemente.

  1. A mutação benéfica é pleiotrópica, tendo muitos efeitos, um deles é interagir de forma negativa no desenvolvimento da outra característica, levando a sua perda, ou seja, a “construção” de uma característica envolve a “regressão” ou “destruição” da outra.

Os três cenários mencionados (envolvendo seleção direta, evolução neutra e evolução pleiotrópica por seleção natural indireta de vias de desenvolvimento “conflitantes”, mutação construtiva vs destrutiva) são hipóteses reais. De fato, estes modelos são investigados como possíveis explicações para evolução da perda dos olhos nos bagres cegos de cavernas. Cada um destes modelos têm implicações genéticas e desenvolvimentais diferentes, que devem deixar pistas, nos genes e vias de desenvolvimento destas criaturas, particulares. Por isso para desvendarmos estas questões é preciso tanto uma minuciosa investigação das populações destes peixes, através de estudos de genética quantitativa e de populações, como “dissecar” as vias e circuitos de desenvolvimento por trás da perda dos olhos nestes animais.

Para saber mais:

  • Myers, PZ PZ Myers on How the Cavefish Lost Its Eyes Seed Magaazine, January 10, 2007

  • Jeffery WR. Adaptive evolution of eye degeneration in the Mexican blind cavefish. J Hered. 2005 May-Jun;96(3):185-96.

  • Wilkens H. Genes, modules and the evolution of cave fish Evolution of cave fish Heredity , (13 January 2010)

  • Yamamoto Y., Byerly MS, Jackman WR, Jeffery WR. Pleiotropic functions of embryonic sonic hedgehog expression link jaw and taste bud amplification with eye loss during cavefish evolution.Dev Biol. 2009 Jun 1;330(1):200-11. Epub 2009 Mar 11.


Rodrigo Véras

Como veremos nesta resposta a seguir a segunda hipótese é a mais bem corroborada para explicar a perda dos olhos dos peixes cavernícolas.

[…]

Por fim, outra interessante possibilidade é que a característica, ao não ser mais útil (e sua posse não ter, ainda assim, um impacto relevante na sobrevivência e reprodução dos indivíduos), possa ter sua perda muito acelerada em função da aquisição de uma nova característica. Diferentemente do caso anterior, a posse da característica por si mesma não é deletéria. Como no primeiro caso, ela, por si só, é neutra. Porém, outra característica que dependa também da mudança nos genes que garantem o desenvolvimento da característica que não mais “útil” (ou cuja localização interfira com a antiga característica), e seja ela mesma vantajosa, pode acelerar a perda da característica antiga, quando esta estiver conjugada com a aquisição da nova e vantajosa característica. Isto é, para ganhar uma é preciso perder a outra.

A pleiotropia antagônica é um exemplo disso, quando o desenvolvimento de uma característica depende da perda de outra. Em contraste com o caso anterior, em que a seleção favorece indivíduos que não possuam a característica em si, nesta situação a seleção favorece uma nova característica que, porém, depende, para se desenvolver de interferir e até eliminar a característica anterior.

Este processo parece ter sido responsável pela perda dos olhos em peixes cavernícolas do México que perderam vários dos sinais genéticos responsáveis pela formação dos olhos (expressão do gene Pax-6) em certas regiões do embrião em desenvolvimento, tornando estes órgãos vestigiais, ao mesmo tempo que o território de expressão do gene hedghog expandiu-se sobre essas mesmas regiões. Este gene, além de inibir a expressão do gene Pax-6, é responsável pela indução de genes associados a formação da mandíbula inferior e que aumentam a sensibilidade tátil, essencial ao deslocamento e procura de alimento em um ambiente sem luz. Como a visão não era mais útil nesses ambientes de cavernas, esta mudança de controle dos circuitos genético-desenvolvimentais, como interrupção dos sinais para a formação dos olhos, pode ocorrer sem custos que certamente incidiriam sobre os organismos caso a visão ainda fosse importante.

O afrouxamento da seleção natural, desta vez causado por mudanças nas condições ambientais, reduziu os custos referentes a perda de uma estrutura antes adaptativamente crucial, tornando sua posse ou ausência equivalentes do ponto de vista do sucesso reprodutivo. Permitindo, desta maneira, secundariamente, que outra estrutura, construída através da degeneração da primeira, pudesse se estabelecer através da seleção natural de outra característica diferente para uma outra função. Esta combinação entre o acaso intrínseco aos processos de mutação e deriva genética e o oportunismo e dependência de contexto da seleção natural é que está por trás de boa parte da evolução biológica. É deste ‘entrejogo’ entre acaso e necessidade que a complexidade da vida tem emergido através da evolução.

Espero ter esclarecido a sua dúvida. Caso não o tenha feito, basta perguntar de novo. […]

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Agora sobre suas dúvidas finais: "Em seguida agiu seleção natural...: Mas, não consigo ver de que forma o atrofiamento dos olhos poderia influenciar concretamente nos fatores: busca por alimento, sucesso sexual? Ou haveria outros?"

Respondendo a estas dúvidas: Não é o atrofiamento em si dos olhos que é vantajoso em termos de sobrevivência e reprodução, mas o fato das mutações que os atrofiariam, como impedem os processos de desenvolvimento dos olhos, poupam recursos metabólicos ou mesmo tempo que pode ser então empregado pelo organismo em crescimento mais rápido ou maior tamanho corporal ou seja lá o que for. Esta seria a ideia. Portanto, seriam os efeitos secundários destas mutações que sreriam os relevantes para torná-las mais comuns.  Contudo, como expliquei na segunda resposta que transcrevi acima, no caso dos peixes cavernículas não parece ter sido este o caso. O que ocorreu é que nestes animais mutações aleatórias que favoreciam o aumento de sensibilidade tátil das mandíbulas, o que trazia grandes vantagens na localização de presas nestas águas escuras, também interferiam com o desenvolvimento dos olhos, por que as mutações faziam com que um gene fosse expresso em um momento e em regiões do animal diferentes, o que melhorava a sensibilidade da mandibula, mas impedia a formação dos olhos. Em outras circunstâncias em que a visão fosse crucial estas mutações não teriam sido favorecidas, os animais que as portassem teriam provavelmente morrido ou tido uma péssima performance reprodutiva pois sem a habilidade de ver teriam grandes dificuldades em competir por alimento com seus semelhantes com visão e mesmo detectar e fugir de predadores, mas nas cavernas, um lugar em que a visão não era mais útil, as habilidades tátis eram muito vantajosas e a degeneração dos olhos não tinha consequências negativas.

"Penso que deve haver algum tipo de interação além da seleção natural entre meio e ambiente para ocorrer a evolução."

Esta última parte eu não entendi, mesmo por que existem outros mecanismos evolutivos, alguns dos quais eu já citei, além da seleção natural e isso é bem conhecido. Dedicamos vários de nossos posts a eles, inclusive.

Caso tenha alguma outra dúvida lembre que você pode postar sua questão diretamente em nosso site do tumblr “Pergunte ao Evolucionismo”.

Abraços,

Rodrigo

Em relação à Alfred Russel Wallace, creio que vc está equivocado pois Wallace era um ferrenho selecionista, até mais enfático nisso do que o própro Darwin, apenas considerando que a seleção natural não poderia explicar certas habilidades mentais humanas, bem como nossa moral, mas isso era mais por que Wallace era profundamente influenciado pelo espiritualismo emergente em sua época, sendo portanto esta postura claramente religiosa.

Sobre Margulis não há muito o que dizer pois a chamada 'simbiogênese' é aceita como um mecanismo evolutivo que, aliás, é considerada a explicação consensual para a origem das mitocôndrias e cloroplastos dos eucariontes que seriam, respectivamente, derivados da endossimbiose de células ancestrais com gama-proto-bactérias e cianobactérias. O problema com Margulis é que ela defendia a simbiogênese para vários outros casos em que as evidências eram ambíguas ou mesmo contrárias.

Abraços,

Rodrigo

Acho que há vários fatores podem acarretar a degeneração dos olhos nessa situação e somente estudos caso a caso poderiam descobrir qual o fator preponderante. Então pelo que andei lendo faz tempo:
Pode ser que a economia de energia com a visão possa ser desviada para outras funções ou estruturas, aumentando a aptidão.
Pode ser que do momento em que as mutações que causam problemas nos olhos não sejam eliminadas pela seleção, elas tendem a se acumular.
Os olhos são estruturas expostas, sujeitas a danos e infecções que podem não se limitar a danos somente aos olhos, mas a todo o organismo, diminuindo sem tempo de vida ou seu sucesso reprodutivo imediato. Então, olhos reduzidos ou “fechados” têm menos chance de danos e infecções.
Abs
Fernando Gewandsznajder

acho que não fui muito claro em relação a esse ponto: a seleção natural elimina mutações deletérias. Se determinado órgão não tem mais função, como os olhos nos peixes cavernícolas, as mutações que prejudicam a função desse órgão deixam de ser eliminadas. Diversos tipos de mutações deléterias continuam ocorrendo, até que, por deriva genética, uma dessas mutações, inicialmente em baixa frequência, se estabelece na população.

Essa é uma das tres possibilidades para explicar a perda da visão. As outras duas possibilidades: economia energética e proteção contra lesões no órgão. E ainda há a pleiotropia, que eu desconhecia, explicada pelo Rodrigo.

fernando gewandsznajder

Tenho algo a dizer sobre seu texto. Onde você diz "perca", que é um verbo, você deveria dizer "perda", um substantivo. Onde você diz "vai ao encontro", ou seja, é conflitante, deveria dizer "vai ao encontro", concordante. Entenda como uma ajuda e não como  crítica. Um abraço.

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