Darwin's On the Origin of Species tem dois temas: a evidência da evolução, e suas idéias sobre como a evolução ocorreu. Esta seção trata da segunda edição.
Variação
Os dois primeiros capítulos da Origem tratam da variação de plantas e animais domesticados, e da variação da natureza.
Todos os seres vivos mostram variação. Cada população estudada mostra que animais e plantas variam tanto quanto os humanos. p90 Este é um grande fato da natureza, e sem ele a evolução não ocorreria. Darwin disse que, assim como o homem seleciona o que quer em seus animais de fazenda, também na natureza as variações permitem que a seleção natural funcione.
As características de um indivíduo são influenciadas por duas coisas, hereditariedade e ambiente. Primeiro, o desenvolvimento é controlado por genes herdados dos pais. Em segundo lugar, a vida traz suas próprias influências. Algumas coisas são inteiramente herdadas, outras parcialmente, e algumas não herdadas de forma alguma.
A cor dos olhos é inteiramente herdada; eles são um traço genético. Altura ou peso são apenas parcialmente herdados, e a língua não é herdada de forma alguma. Só para ser claro: o fato de que os humanos podem falar é herdado, mas qual língua é falada depende de onde a pessoa vive e do que ela é ensinada. Outro exemplo: uma pessoa herda um cérebro de alguma capacidade variável. O que acontece após o nascimento depende de muitas coisas, como o ambiente doméstico, a educação e outras experiências. Quando uma pessoa é adulta, seu cérebro é o que sua herança e experiência de vida fizeram dela.
A evolução diz respeito apenas aos traços que podem ser herdados, total ou parcialmente. Os traços hereditários são transmitidos de uma geração para a próxima através dos genes. Os genes de uma pessoa contêm todos os traços que ela herda de seus pais. Os acidentes da vida não são passados adiante. Além disso, é claro, cada pessoa vive uma vida um pouco diferente: isso aumenta as diferenças.
Os organismos em qualquer população variam no sucesso reprodutivo. p81 Do ponto de vista da evolução, "sucesso reprodutivo" significa o número total de descendentes que vivem para procriar e deixar os próprios descendentes.
Variação herdada
A variação só pode afetar as gerações futuras se for herdada. Por causa do trabalho de Gregor Mendel, sabemos que muita variação é herdada. Os "fatores" de Mendel são agora chamados de genes. Pesquisas demonstraram que quase todos os indivíduos de uma espécie sexualmente reprodutora são geneticamente únicos. p204
A variação genética é aumentada pelas mutações genéticas. O DNA nem sempre se reproduz exatamente. Ocorrem mudanças raras, e estas mudanças podem ser herdadas. Muitas mudanças no DNA causam falhas; algumas são neutras ou mesmo vantajosas. Isto dá origem à variação genética, que é a semente-coração da evolução. A reprodução sexual, através do cruzamento de cromossomos durante a meiose, dissemina a variação através da população. Outros eventos, como a seleção natural e a derivação, reduzem a variação. Assim, uma população na natureza sempre tem variação, mas os detalhes estão sempre mudando. p90
Seleção natural
A evolução funciona principalmente pela seleção natural. O que isto significa? Os animais e plantas que melhor se adaptam ao seu ambiente sobreviverão, em média, melhor. Há uma luta pela existência. Aqueles que sobreviverem produzirão a próxima geração. Seus genes serão passados adiante, e os genes daqueles que não se reproduziram não. Este é o mecanismo básico que muda uma população e causa a evolução.
A seleção natural explica porque os organismos vivos mudam com o tempo para ter a anatomia, as funções e o comportamento que eles têm. Funciona assim:
- Todos os seres vivos têm uma fertilidade tal que seu tamanho populacional pode aumentar rapidamente para sempre.
- Vemos que o tamanho das populações não aumenta a esta medida. Na maioria das vezes, os números permanecem praticamente os mesmos.
- Os alimentos e outros recursos são limitados. Portanto, há competição por alimentos e recursos.
- Não há dois indivíduos iguais. Portanto, eles não terão as mesmas chances de viver e se reproduzir.
- Grande parte desta variação pode ser herdada. Os pais passam esses traços para as crianças através de seus genes.
- A próxima geração só pode vir daqueles que sobrevivem e se reproduzem. Após muitas gerações disto, a população terá mais diferenças genéticas úteis, e menos prejudiciais. A seleção natural é realmente um processo de eliminação. p117 A eliminação está sendo causada pelo relativo ajuste entre os indivíduos e o ambiente em que eles vivem.
Seleção em populações naturais
Há agora muitos casos em que a seleção natural já foi comprovada em populações selvagens. Quase todos os casos investigados de camuflagem, mimetismo e polimorfismo mostraram fortes efeitos da seleção.
A força da seleção pode ser muito mais forte do que se pensava pelos primeiros geneticistas da população. A resistência aos pesticidas tem crescido rapidamente. A resistência à warfarina em ratos noruegueses (Rattus norvegicus) cresceu rapidamente porque aqueles que sobreviveram constituíam cada vez mais a população. Pesquisas mostraram que, na ausência de warfarin, o homozigoto resistente estava em desvantagem de 54% em relação ao homozigoto tipo selvagem normal. p182 Esta grande desvantagem foi rapidamente superada pela seleção para resistência à warfarin.
Os mamíferos normalmente não podem beber leite quando adultos, mas os humanos são uma exceção. O leite é digerido pela enzima lactase, que se desliga quando os mamíferos deixam de tomar leite de suas mães. A capacidade humana de beber leite durante a vida adulta é suportada por uma mutação da lactase que impede este desligamento. As populações humanas têm uma alta proporção desta mutação onde quer que o leite seja importante na dieta. A propagação desta "tolerância ao leite" é promovida pela seleção natural, pois ajuda as pessoas a sobreviverem onde o leite está disponível. Estudos genéticos sugerem que as mutações mais antigas que causam a persistência da lactase só atingiram níveis elevados nas populações humanas nos últimos dez mil anos. Portanto, a persistência da lactase é freqüentemente citada como um exemplo da evolução humana recente. Como a persistência da lactase é genética, mas a criação de animais é um traço cultural, isto é a coevolução da cultura do gênero.
Adaptação
A adaptação é um dos fenômenos básicos da biologia. Através do processo de adaptação, um organismo se torna mais adequado ao seu habitat.
A adaptação é um dos dois principais processos que explicam as diversas espécies que vemos na biologia. O outro é a especiação (separação de espécies ou cladogênese). Um exemplo favorito usado hoje para estudar a interação entre adaptação e especiação é a evolução dos peixes ciclídeos nos rios e lagos africanos.
Quando as pessoas falam em adaptação, muitas vezes significam algo que ajuda um animal ou planta a sobreviver. Uma das adaptações mais difundidas nos animais é a evolução do olho. Outro exemplo é a adaptação dos dentes dos cavalos ao ranger a grama. A camuflagem é outra adaptação; assim como a mímica. Os animais mais bem adaptados são os mais propensos a sobreviver, e a reproduzir-se com sucesso (seleção natural).
Um parasita interno (como um acaso) é um bom exemplo: ele tem uma estrutura corporal muito simples, mas ainda assim o organismo está altamente adaptado a seu ambiente particular. A partir disto, vemos que a adaptação não é apenas uma questão de traços visíveis: em tais parasitas, as adaptações críticas ocorrem no ciclo de vida, que muitas vezes é bastante complexo.
Limitações
Nem todas as características de um organismo são adaptações. p251 As adaptações tendem a refletir a vida passada de uma espécie. Se uma espécie mudou recentemente seu estilo de vida, uma adaptação outrora valiosa pode se tornar inútil, e eventualmente se tornar um vestígio cada vez menor.
As adaptações nunca são perfeitas. Há sempre tradeoffs entre as diversas funções e estruturas de um corpo. É o organismo como um todo que vive e se reproduz, portanto, é o conjunto completo de adaptações que se transmite às gerações futuras.
Desvio genético e seu efeito
Em populações, há forças que adicionam variação à população (como a mutação), e forças que a removem. Desvio genético é o nome dado às mudanças aleatórias que removem a variação de uma população. A deriva genética elimina a variação à taxa de 1/(2N) onde N = tamanho da população. p29 É portanto "uma força evolutiva muito fraca em grandes populações". p55
A deriva genética explica como o acaso pode afetar a evolução de formas surpreendentemente grandes, mas somente quando as populações são bastante pequenas. Em geral, sua ação é tornar os indivíduos mais semelhantes uns aos outros e, portanto, mais vulneráveis a doenças ou a eventos fortuitos em seu ambiente.
- A deriva reduz a variação genética das populações, reduzindo potencialmente a capacidade de uma população de sobreviver a novas pressões seletivas.
- A deriva genética age mais rapidamente e tem resultados mais drásticos em populações menores. Populações pequenas geralmente se extinguem.
- A deriva genética pode contribuir para a especiação, se o pequeno grupo sobreviver.
- Eventos de estrangulamento: quando uma grande população é repentina e drasticamente reduzida em tamanho por algum evento, a variedade genética será muito reduzida. Infecções e eventos climáticos extremos são causas freqüentes. Ocasionalmente, as invasões por espécies mais competitivas podem ser devastadoras.
♦ Na década de 1880/90, a caça reduziu o elefante marinho
do norte a apenas cerca de 20 indivíduos. Embora a população tenha se recuperado, sua variabilidade genética é muito menor do que a do elefante marinho do sul.
♦ As chitas têm muito pouca variação. Pensamos que a espécie foi reduzida a um número pequeno em algum momento recente. Por falta de variação genética, ela está em perigo devido a doenças infecciosas. - Eventos do fundador: estes ocorrem quando um pequeno grupo brota de uma população maior. O pequeno grupo vive então separadamente da população principal. A espécie humana é freqüentemente citada como tendo passado por tais estágios. Por exemplo, quando grupos deixaram a África para se estabelecerem em outro lugar (veja a evolução humana). Aparentemente, temos menos variações do que seria de se esperar de nossa distribuição mundial.
Os grupos que chegam em ilhas distantes do continente também são bons exemplos. Estes grupos, em virtude de seu pequeno tamanho, não podem carregar toda a gama de alelos que podem ser encontrados na população-mãe.
Espécie
A forma das espécies é uma parte importante da biologia evolutiva. Darwin interpretou 'evolução' (palavra que ele não usou no início) como sendo sobre a especiação. Por isso ele chamou seu famoso livro Sobre a Origem das Espécies.
Darwin pensava que a maioria das espécies surgia diretamente de espécies pré-existentes. Isto é chamado de anagenese: novas espécies por espécies mais antigas mudam. Agora pensamos que a maioria das espécies surgem pela divisão de espécies anteriores: cladogênese.
Fraccionamento de espécies
Dois grupos que começam o mesmo também podem se tornar muito diferentes se viverem em lugares diferentes. Quando uma espécie é dividida em duas regiões geográficas, começa um processo. Cada um se adapta a sua própria situação. Depois de um tempo, indivíduos de um grupo não podem mais se reproduzir com o outro grupo. Duas boas espécies evoluíram de uma.
Um explorador alemão, Moritz Wagner, durante seus três anos na Argélia na década de 1830, estudou escaravelhos sem vôo. Cada espécie está confinada a um trecho da costa norte entre os rios que descem das montanhas do Atlas até o Mediterrâneo. Assim que se atravessa um rio, aparece uma espécie diferente, mas intimamente relacionada. Ele escreveu mais tarde:
"... uma [nova] espécie só [surgirá] quando alguns poucos indivíduos [atravessarem] as fronteiras limitantes de seu alcance... a formação de uma nova raça nunca será bem sucedida... sem uma separação prolongada dos colonos dos outros membros de sua espécie".
Este foi um relato inicial sobre a importância da separação geográfica. Outro biólogo que achava que a separação geográfica era crítica foi Ernst Mayr.
Um exemplo de especiação natural é o stickleback de três espinhos, um peixe do mar que, após a última era glacial, invadiu a água doce e instalou colônias em lagos e riachos isolados. Ao longo de cerca de 10.000 gerações, os sticklebacks mostram grandes diferenças, incluindo variações nas barbatanas, mudanças no número ou tamanho de suas placas ósseas, estrutura variável da mandíbula e diferenças de cor.
Os vombates da Austrália se dividem em dois grupos principais, vombates comuns e vombates de nariz peludo. Os dois tipos são muito parecidos, além da pilosidade de seus narizes. No entanto, eles se adaptam a ambientes diferentes. Os vombates comuns vivem em áreas florestadas e comem principalmente alimentos verdes com muita umidade. Eles frequentemente se alimentam durante o dia. Os vombates de nariz peludo vivem em planícies quentes e secas, onde comem capim seco com muito pouca água ou bondade. Seu sistema metabólico é lento e eles dormem a maior parte do dia debaixo da terra.
Quando dois grupos que começaram o mesmo se tornam suficientemente diferentes, então eles se tornam duas espécies diferentes. Parte da teoria da evolução é que todos os seres vivos começaram da mesma forma, mas depois se dividiram em grupos diferentes ao longo de bilhões de anos.