Os Relógios Moleculares
Um dos conceitos evolucionários mais úteis para aplicações é o dos relógios moleculares, pelos quais um fragmento de ADN acumula mutações a uma razão suficientemente regular para servir de medida de há quanto tempo duas espécies se separaram de um ancestral comum.
O tique-taque das mutações
No exemplo acima, duas espécies tiveram um ancestral comum há 50 milhões de anos, e a sequência de ADN de um gene em particular compartilhado por elas sofre pelo menos uma alteração a cada 25 milhões de anos. Portanto, hoje o ADN das espécies difere em quatro posições. Se soubermos o padrão de mutação (por exemplo, através de genes de evidências fósseis ou de espécies com parentesco próximo), podemos inferir o período de tempo de 50 milhões de anos para as quatro diferenças actuais de ADN.
Árvores Evolucionárias
Cientistas podem aplicar a técnica do relógio molecular a um grupo de espécies relacionadas para deduzir sua árvore evolucionária, ou filogenia. Aqui, por exemplo, o ADN das espécies A e B diferem entre si em quatro posições, mas cada um difere da espécie C em oito posições. Portanto, a estirpe da espécie C separou-se do ancestral comum às estirpes A e B o dobro de tempo antes que as linhagens individuais A e B.
A, B e C podem também representar estirpes de vírus em mutação por um período de tempo de uns poucos anos. Um relógio... molecular
Nos últimos anos, a informação sobre a origem e a migração das linhagens maternas e paternas tem evoluído bastante, podendo para muitos casos ser possível datar com maior ou menor precisão a presença dessas linhagens numa determinada região. Como? Usando o «relógio molecular».
Este relógio baseia-se na medição de acontecimentos periódicos, de modo semelhante à ocorrência de um sismo, à erupção de um vulcão ou à passagem do cometa Halley perto da Terra. Estes acontecimentos têm precisões muito distintas, considerando sempre uma determinada escala temporal. Normalmente, há a tendência para usar como referência a escala de duração da vida humana, no entanto, se a escala for a da vida do planeta, a frequência de ocorrência de um sismo ou de uma erupção vulcânica está muito dentro dos desvios esperados.
O acontecimento periódico no relógio molecular é a mutação, ou seja, toda a modificação da informação genética original que resulta da introdução de um erro de cópia nas transmissões ao longo das gerações.
Sabemos que toda a informação para a Vida se escreve através de um tetra-alfabeto composto pelas seguintes letras (quimicamente falando, estas letras correspondem a bases azotadas): A (adenina), T (timina), C (citosina) e G (guanina). Apesar de ser muito mais simples do que quase todos os sistemas de escrita actuais, que se caracterizam pela combinação de aproximadamente 26 letras, este minialfabeto codifica milhões de informações genéticas, de modo análogo à formação de muitos milhares de palavras através de diferentes arranjos e tamanhos de letras. Para se ter uma ideia do grau de complexidade do alfabeto para a Vida, basta compará-lo com o muito mais simples alfabeto binário usado na informática. E daqui se compreende o grande investimento científico na investigação do uso de moléculas orgânicas, nomeadamente o ADN, como microcondutores para os futuros computadores superpotentes.
Como ocorre então a mutação? Imagine-se, por exemplo, a transcrição da seguinte frase: «Nós somos máquinas de sobrevivência - robots cegamente programados para preservar as moléculas conhecidas por "genes".» Ora, numa nova edição do livro O Gene Egoísta, de Richard Dawkins (obra que celebrou 30 anos em 2006), alguns erros tinham escapado à correcção de provas (proof-reading) e a frase aparecia assim: «Nós máquinas somos de sobrevivência -robots cetamente programados para preservar as moléulas conhecidas por "genes".»
Podemos ver que, nesta péssima nova edição, existem três
erros:
(1) troca de ordem ou inversão entre as palavras «somos» e «máquinas»;
(2) uma substituição pontual de uma letra g por t em «cegamente»;
(3) e uma deleção ou perda de uma letra c em «moléculas».
Estes erros podem afetar letras, palavras ou frases. Passando para a linguagem da Vida, as mutações, sejam inserções (ganhos), deleções (perdas), inversões (trocas de ordem) ou substituições, podem envolver uma única base, várias bases, afetar todo um gene e até mesmo porções extensas do cromossoma.
Deve referir-se que a mutação é a primeira causa da diversidade, mas muitos outros fenómenos também dão o seu contributo, condicionando a evolução. Como sobrecarregariam demasiado este capítulo, remete-se o leitor interessado para o apêndice.
Uma estenógrafa consegue, em média, contabilizar o número de erros ocorridos por página transcrita. Paralelamente, é possível estimar o número de mutações que ocorrem, num determinado período de tempo, para uma certa porção do genoma. Há porções do genoma onde ocorrem mais mutações, mas, em geral, a mutação é um fenómeno raro. Claro que um indivíduo poderia passar várias vidas a comprar bilhetes da loteria sem acertar na sorte grande, mas, dado que a população humana mundial é constituída por um enorme efetivo, estão continuamente a ser atribuídos prémios chorudos. Assim, não é difícil entender a enorme variabilidade/diversidade genética existente nas populações humanas.
De modo a assegurar que somos capazes de distinguir geneticamente os indivíduos, estudamos preferencialmente as regiões do genoma que mutam mais rapidamente. Por exemplo, ocorre uma mutação em cada 20180 anos numa das regiões da molécula de ADN mitocondrial que muta mais rapidamente. Esta região é denominada, por essa razão, região hipervariável, sendo constituída por cerca de 276 «letras». O cromossoma Y também possui regiões mais mutáveis do que outras.
A existência de zonas com diferentes taxas de mutação numa molécula permite vários relógios moleculares, mais rápidos ou mais lentos. A comparação de duas datações moleculares é mais informativa do que o uso de apenas uma. Os dois relógios moleculares devem providenciar estimativas aproximadas; se tal não acontecer, pelo menos uma das zonas não permite inferências muito seguras.
Para se converter o número de mutações observadas em anos do calendário, é necessária a existência de momentos bem datados do registo fóssil que permitam efectuar uma calibração para as diferentes sequências de ADN. A calibração mais usada para datações de linhagens humanas é a divergência entre o ramo evolutivo que levou ao Homem e o ramo evolutivo que levou ao chimpanzé, que está mais ou menos bem datada há 5-7 milhões de anos. Sabendo que o homem e o chimpanzé divergem em x mutações numa dada zona do genoma, tendo decorrido 5-7 milhões de anos para a acumulação dessa diversidade, é possível obter a datação para duas linhagens em estudo, as quais divergem y mutações nessa mesma região genómica.
Outras condições são ainda necessárias para se poder estabelecer uma idade para as linhagens femininas e masculinas. Primeiro, essa linhagem deverá ter sido bem-sucedida na sua transmissão ao longo das gerações. Segundo, deverá ter decorrido algum tempo para que essa linhagem tenha adquirido a variabilidade no local onde foi inserida. Por outras palavras, o relógio molecular, que tem apenas divisões temporais para segundos, não consegue ser suficientemente sensível para estimar o vencedor da corrida dos 200 metros nas olimpíadas da transmissão genética.
Também é evidente que a datação das linhagens de ADN rnitocondrial e de cromossoma Y é muito mais directa do que a das regiões autossómicas. De fato, o fenómeno de recombinação que ocorre nos autossomas, com o subsequente rearranjo da diversidade entre diversas linhas evolutivas, torna qualquer datação um paradigma complexo.
Nos últimos anos, a informação sobre a origem e a migração das linhagens maternas e paternas tem evoluído bastante, podendo para muitos casos ser possível datar com maior ou menor precisão a presença dessas linhagens numa determinada região. Como? Usando o «relógio molecular».
Este relógio baseia-se na medição de acontecimentos periódicos, de modo semelhante à ocorrência de um sismo, à erupção de um vulcão ou à passagem do cometa Halley perto da Terra. Estes acontecimentos têm precisões muito distintas, considerando sempre uma determinada escala temporal. Normalmente, há a tendência para usar como referência a escala de duração da vida humana, no entanto, se a escala for a da vida do planeta, a frequência de ocorrência de um sismo ou de uma erupção vulcânica está muito dentro dos desvios esperados.
O acontecimento periódico no relógio molecular é a mutação, ou seja, toda a modificação da informação genética original que resulta da introdução de um erro de cópia nas transmissões ao longo das gerações.
Sabemos que toda a informação para a Vida se escreve através de um tetra-alfabeto composto pelas seguintes letras (quimicamente falando, estas letras correspondem a bases azotadas): A (adenina), T (timina), C (citosina) e G (guanina). Apesar de ser muito mais simples do que quase todos os sistemas de escrita actuais, que se caracterizam pela combinação de aproximadamente 26 letras, este minialfabeto codifica milhões de informações genéticas, de modo análogo à formação de muitos milhares de palavras através de diferentes arranjos e tamanhos de letras. Para se ter uma ideia do grau de complexidade do alfabeto para a Vida, basta compará-lo com o muito mais simples alfabeto binário usado na informática. E daqui se compreende o grande investimento científico na investigação do uso de moléculas orgânicas, nomeadamente o ADN, como microcondutores para os futuros computadores superpotentes.
Como ocorre então a mutação? Imagine-se, por exemplo, a transcrição da seguinte frase: «Nós somos máquinas de sobrevivência - robots cegamente programados para preservar as moléculas conhecidas por "genes".» Ora, numa nova edição do livro O Gene Egoísta, de Richard Dawkins (obra que celebrou 30 anos em 2006), alguns erros tinham escapado à correcção de provas (proof-reading) e a frase aparecia assim: «Nós máquinas somos de sobrevivência -robots cetamente programados para preservar as moléulas conhecidas por "genes".»
Podemos ver que, nesta péssima nova edição, existem três
erros:
(1) troca de ordem ou inversão entre as palavras «somos» e «máquinas»;
(2) uma substituição pontual de uma letra g por t em «cegamente»;
(3) e uma deleção ou perda de uma letra c em «moléculas».
Estes erros podem afetar letras, palavras ou frases. Passando para a linguagem da Vida, as mutações, sejam inserções (ganhos), deleções (perdas), inversões (trocas de ordem) ou substituições, podem envolver uma única base, várias bases, afetar todo um gene e até mesmo porções extensas do cromossoma.
Deve referir-se que a mutação é a primeira causa da diversidade, mas muitos outros fenómenos também dão o seu contributo, condicionando a evolução. Como sobrecarregariam demasiado este capítulo, remete-se o leitor interessado para o apêndice.
Uma estenógrafa consegue, em média, contabilizar o número de erros ocorridos por página transcrita. Paralelamente, é possível estimar o número de mutações que ocorrem, num determinado período de tempo, para uma certa porção do genoma. Há porções do genoma onde ocorrem mais mutações, mas, em geral, a mutação é um fenómeno raro. Claro que um indivíduo poderia passar várias vidas a comprar bilhetes da loteria sem acertar na sorte grande, mas, dado que a população humana mundial é constituída por um enorme efetivo, estão continuamente a ser atribuídos prémios chorudos. Assim, não é difícil entender a enorme variabilidade/diversidade genética existente nas populações humanas.
De modo a assegurar que somos capazes de distinguir geneticamente os indivíduos, estudamos preferencialmente as regiões do genoma que mutam mais rapidamente. Por exemplo, ocorre uma mutação em cada 20180 anos numa das regiões da molécula de ADN mitocondrial que muta mais rapidamente. Esta região é denominada, por essa razão, região hipervariável, sendo constituída por cerca de 276 «letras». O cromossoma Y também possui regiões mais mutáveis do que outras.
A existência de zonas com diferentes taxas de mutação numa molécula permite vários relógios moleculares, mais rápidos ou mais lentos. A comparação de duas datações moleculares é mais informativa do que o uso de apenas uma. Os dois relógios moleculares devem providenciar estimativas aproximadas; se tal não acontecer, pelo menos uma das zonas não permite inferências muito seguras.
Para se converter o número de mutações observadas em anos do calendário, é necessária a existência de momentos bem datados do registo fóssil que permitam efectuar uma calibração para as diferentes sequências de ADN. A calibração mais usada para datações de linhagens humanas é a divergência entre o ramo evolutivo que levou ao Homem e o ramo evolutivo que levou ao chimpanzé, que está mais ou menos bem datada há 5-7 milhões de anos. Sabendo que o homem e o chimpanzé divergem em x mutações numa dada zona do genoma, tendo decorrido 5-7 milhões de anos para a acumulação dessa diversidade, é possível obter a datação para duas linhagens em estudo, as quais divergem y mutações nessa mesma região genómica.
Outras condições são ainda necessárias para se poder estabelecer uma idade para as linhagens femininas e masculinas. Primeiro, essa linhagem deverá ter sido bem-sucedida na sua transmissão ao longo das gerações. Segundo, deverá ter decorrido algum tempo para que essa linhagem tenha adquirido a variabilidade no local onde foi inserida. Por outras palavras, o relógio molecular, que tem apenas divisões temporais para segundos, não consegue ser suficientemente sensível para estimar o vencedor da corrida dos 200 metros nas olimpíadas da transmissão genética.
Também é evidente que a datação das linhagens de ADN rnitocondrial e de cromossoma Y é muito mais directa do que a das regiões autossómicas. De fato, o fenómeno de recombinação que ocorre nos autossomas, com o subsequente rearranjo da diversidade entre diversas linhas evolutivas, torna qualquer datação um paradigma complexo.
Extraído de "O Património Genético Português - Gradiva"
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