Evolução, ciência e sociedade

Evolução, ciência e sociedade

(Parte 4 de 7)

Análises de árvores gênicas já foram usadas com sucesso na descoberta de marcadores genéticos indicativos de risco para arteriopatia coronária (23), risco para mal de Alzheimer (58) e a resposta dos níveis de colesterol à dieta alimentar (18). Além disso, análises evolutivas de árvores gênicas podem ajudar na identificação da mutação que realmente causa o efeito significativo sobre a saúde (23,56) — um primeiro passo crítico para a compreensão da etiologia da doença e o planejamento de possíveis tratamentos. À medida que forem identificados mais genes candidatos para doenças sistêmicas comuns, haverá maior necessidade de análises evolutivas no futuro.

•Doenças infecciosasDoenças infecciosasDoenças infecciosasDoenças infecciosasDoenças infecciosas. Doenças infecciosas são causadas por organismos parasitas tais como vírus, bactérias, protistas, fungos e helmintos (vermes). O controle e tratamento das doenças infecciosas requer não apenas pesquisa médica, mas também pesquisa e ações ecológicas. As perguntas críticas incluem: Qual é o organismo causador da doença? De onde ele veio? Há outras espécies hospedeiras que funcionem como reservatórios para o organismo? Como ele se propaga? Se for propagado por um vetor como algum inseto, qual é a dispersão típica do vetor e que outras propriedades ecológicas do vetor poderiam ser exploradas para controlar a propagação? Como é que o organismo causa a doença e como ela pode ser tratada com drogas ou outras terapias? Como ele se reproduz — de maneira sexuada ou assexuada ou ambas? É provável que ele desenvolva resistência a drogas ou às defesas naturais do corpo e, em caso afirmativo, com que rapidez? É provável que ele desenvolva virulência maior ou menor no futuro e em que condições ele o fará? A cada uma dessas perguntas, a Biologia Evolutiva pode e vai dar respostas.

Identificar um organismo causador de doença e o seu vetor, se houver, é assunto da Sistemática. Se for, como no caso do HIV, um organismo previamente desconhecido, a Sistemática filogenética poderá nos dizer quais são os seus parentes mais próximos, o que imediatamente nos fornece indícios de sua área de origem, outras possíveis espécies hospedeiras e muitas de suas prováveis características biológicas, como o seu modo de transmissão. Se fosse encontrada, por exemplo, uma nova espécie de protozoário causador da malária (Plasmodium), poderíamos prever com segurança que ele é transportado por mosquitos Anopheles, assim como outras espécies de Plasmodium. Da mesma forma, é essencial identificar os vetores de doenças usando os métodos da Sistemática. Os progressos no controle da malária na região do Mediterrâneo foram lentos, até se descobrir que havia seis espécies quase idênticas de mosquitos Anopheles, diferentes em seu habitat e história de vida, dos quais apenas duas costumam transmitir o organismo causador da malária.

Vírus da Imunodeficiência Humana (HIV)Vírus da Imunodeficiência Humana (HIV)Vírus da Imunodeficiência Humana (HIV)Vírus da Imunodeficiência Humana (HIV)Vírus da Imunodeficiência Humana (HIV)

E. C. Holmes Oxford University

Muitos vírus, mais destacadamente o vírus da imunodeficiência humana (HIV), exibem uma enorme diversidade genética — diversidade que muitas vezes aparece dentro do período de observação humana e que freqüentemente cria obstáculos às tentativas de controle e erradicação. A Biologia Evolutiva teve um papel importante na descrição da amplitude desta variação, na determinação dos fatores que foram responsáveis pela sua origem e manutenção e na avaliação de como ela pode influir no desfecho clínico de uma infecção. É possível ilustrar a importância da análise evolutiva neste contexto — particularmente em relação ao HIV, para o qual há mais dados disponíveis — em três níveis diferentes: numa escala global, no âmbito de populações infectadas e em pacientes individuais.

Na escala global, árvores filogenéticas mostraram que os dois vírus da imunodeficiência, HIV-1 e HIV-2, surgiram separadamente de ancestrais símios e que, dentro de cada vírus, existe uma variação genética considerável, que pode ser organizada em “subtipos” distintos. Esses subtipos diferem em sua distribuição geográfica (embora a maioria seja encontrada na África) e, possivelmente, quanto a propriedades biológicas importantes. Por exemplo, o subtipo E, do sudeste da Ásia, parece ser mais facilmente transmitido pela via sexual do que outros subtipos e é associado com a dramática propagação recente do vírus naquela parte do mundo. A identificação correta dos subtipos pela análise filogenética será um elemento vital na elaboração de futuras vacinas.

Em populações infectadas, as análises evolutivas levaram ao levantamento de hipóteses epidemiológicas importantes sobre o local de origem das diferentes linhagens de HIV, particularmente daquelas associadas com grupos de comportamento de “baixo risco”, e sobre a possibilidade de grupos de risco diferentes possuírem linhagens características. Estas informações constituirão uma parte importante de programas de intervenção comportamental, já que será possível identificar com precisão os grupos mais envolvidos na propagação do HIV. A abordagem evolutiva também foi essencial para que fossem respondidas perguntas sobre se o HIV pode ser transmitido a pacientes por pessoas que prestam assistência médica, como, por exemplo, durante cirurgias.

As análises evolutivas da variação genética no HIV também produziram informações valiosas sobre mudanças na população de vírus em um único paciente. Embora cada paciente seja infectado por muitos genótipos virais, a diversidade genética do vírus logo cai drasticamente, sugerindo que somente certos genótipos conseguem invadir com sucesso as células do hospedeiro durante os primeiros estágios da incubação. Posteriormente, a população de vírus no interior do paciente se diversifica, produzindo certos genótipos capazes de invadir órgãos específicos, como o cérebro. Também parece haver uma interação evolutiva entre o vírus e o sistema imunológico, que pode determinar quando e como o HIV acaba causando a AIDS. Portanto, a perspectiva evolutiva é essencial para a compreensão da biologia básica do HIV e talvez possa nos ajudar a compreender as suas respostas à terapia medicamentosa. A. J. Leigh Brown and E.C. Holmes, Annu. Rev. Ecol. Syst. 25: 127-165 (1994).

Os métodos da Genética de Populações são indispensáveis para a descoberta do modo de reprodução dos patógenos e de seus vetores, bem como de sua estrutura populacional — isto é, os tamanhos e as proporções de trocas entre populações locais. Por exemplo, usando marcadores genéticos múltiplos para estudar a Salmonella e a Neisseria meningitidis (a causa da doença meningocócica), geneticistas de populações descobriram que ambas essas bactérias patogênicas se reproduzem principalmente de modo assexuado, mas ocasionalmente transferem genes por recombinação, mesmo entre linhagens com parentesco distante. As variações imunológicas que os bacteriologistas têm usado tradicionalmente para classificar linhagens dessas bactérias não apresentam boa correlação com as linhagens genéticas reveladas por marcadores genéticos múltiplos, nem com variações na patogenicidade ou na especificidade do hospedeiro. Por isso, a previsão desses traços em estudos de saúde pública exigirá o uso de marcadores genéticos múltiplos (3, 7). Da mesma forma, os métodos da Genética de Populações podem estimar taxas e distâncias de movimento dos organismos vetores de doenças, que afetam tanto a transmissão de doenças como o potencial de controle. A análise molecular de um gene em uma espécie de mosquito mostrou que o gene tinha se propagado recentemente por três continentes, prova da enorme capacidade de dispersão desse inseto (49).

A potencial rapidez de evolução em populações naturais de microorganismos, muitos dos quais têm tempos de geração curtos e populações imensas, tem implicações de grande importância. Uma delas, uma lição de Evolução que deveria ter sido aprendida muito tempo antes do que o foi, é a de que se pode esperar que os patógenos se adaptem a uma seleção consistente e forte, como aquela gerada pelo uso amplo e intensivo de drogas terapêuticas. A resistência a drogas antimicrobianas evoluiu no HIV, na bactéria da tuberculose, no protozoário da malária e em muitos outros organismos vetores de doenças, tornando ineficazes os controles terapêuticos anteriormente eficazes. De fato, muitos desses organismos são resistentes a drogas, em parte porque freqüentemente genes de resistência a antibióticos são transferidos entre espécies de bactérias (42). A evolução da resistência a drogas aumentou muito o custo do tratamento, aumentou a morbidade e a mortalidade e despertou o receio de que muitas doenças infecciosas serão absolutamente intratáveis num futuro próximo (10). A Teoria da Evolução sugere que um futuro tão terrível pode ser prevenido pela redução da seleção para resistência a antibióticos e, de fato, a Organização Mundial da Saúde recomendou o uso mais criterioso e reduzido de antibióticos (67). Novos estudos sobre a genética das populações de patógenos serão importantes para futuros trabalhos de contenção.

A virulência dos patógenos também pode evoluir rapidamente. A teoria da coevolução parasita/hospedeiro prevê que, quan- do as oportunidades de transmissão entre hospedeiros aumentam, pode se desenvolver uma maior virulência. Alguns pesquisadores postularam que importantes epidemias de gripe e outras pandemias foram causadas por mudanças evolutivas desse tipo, ocorridas em cidades populosas e entre movimentos de massas de refugiados. Analogamente, há evidências sugestivas de que o HIV tenha desenvolvido virulência maior devido às altas taxas de transmissão por contato sexual e por utilização coletiva de agulhas por parte de usuários de drogas intravenosas (17, 64). Está comprovado que a população de vírus HIV de uma pessoa infectada evolui durante o curso da infeccão, sendo que alguns autores atribuem o início da AIDS - a doença em si - a esta mudança genética (45).

•Funções fisiológicas normaisFunções fisiológicas normaisFunções fisiológicas normaisFunções fisiológicas normaisFunções fisiológicas normais. Compreender as defesas naturais do corpo humano contra doenças infecciosas é tão importante quanto compreender as próprias doenças e, também neste caso, a Biologia Evolutiva pode trabalhar junto com a ciência médica. Por exemplo, genes do principal complexo de histocompatibilidade (MHC) desempenham um papel crítico nas respostas imunes das células: Seus produtos apresentam proteínas estranhas ao sistema imunológico. O MHC também contribui para a rejeição dos transplantes de tecidos. Alguns alelos do MHC estão associados com doenças autoimunes, como o diabetes juvenil e uma forma de artrite deformante. A variação genética do MHC é extremamente grande, o que levou os geneticistas de populações a procurar razões para esta variação. Análises moleculares revelaram que os genes do MHC devem estar sujeitos a algum tipo de seleção equilibradora que mantém esta variação. De fato, alguns alelos humanos do MHC estão genealogicamente mais próximos de certos alelos do chimpanzé do que de outros alelos humanos, o que fornece provas claras de que a seleção natural manteve a variação durante pelo menos 5 milhões de anos. A variação quase certamente é mantida pelos papéis que os diferentes alelos desempenham no combate a diferentes patógenos, mas seu papel exato requer mais estudo (39).

B.B.B.B.B.Agricultura e Recursos NaturaisAgricultura e Recursos NaturaisAgricultura e Recursos NaturaisAgricultura e Recursos NaturaisAgricultura e Recursos Naturais

•Criação de plantas e animaisCriação de plantas e animaisCriação de plantas e animaisCriação de plantas e animaisCriação de plantas e animais. As relações entre melhoristas de plantas e animais, geneticistas e biólogos que se dedicam ao estudo da evolução vêm de tão longa data e são tão próximas que às vezes seus campos são difíceis de distinguir, especialmente na criação de variedades melhoradas de safras e de animais domésticos. Darwin abriu sua obra A Origem das Espécies com um capítulo sobre organismos domesticados e escreveu um livro em dois volumes sobre a Variação em Plantas e Animais Domesticados. Um dos fundadores da Genética de Populações, Sewall Wright, trabalhou durante anos com criação animal e um outro, R. A. Fisher, deu importante contribuição ao planejamento e à análise de testes de cultivares. Desde então, muitos geneticistas deram contribuições iguais, tanto à Genética Evolutiva como à Genética Básica e à teoria na qual se baseia a criação seletiva eficaz. Quando, ao contrário, o chefe do ministério soviético da agricultura, T. D. Lysenko, rejeitou a Teoria da Evolução, na década de 1930, ele acabou impondo ao cultivo de plantas daquele país um atraso de várias décadas.

Conceitos como herdabilidade, componentes de variância genética e correlação genética, bem como a elucidação experimental de fenômenos como o vigor híbrido, a depressão por endogamia e as bases da variação poligênica (quantitativa), desempenham papéis igualmente centrais, tanto na genética agrícola como na Teoria da Evolução. O exemplo mais recente desta interação mútua entre áreas é o desenvolvimento e a aplicação de técnicas que usam marcadores moleculares para a localização dos múltiplos genes responsáveis por traços de variação contínua, como o tamanho e o conteúdo de açúcar das frutas, e para a identificação da função metabólica desses genes (chamados locos de características quantitativas ou LCQ). Antigamente, somente alguns organismos modelos, como a Drosophila, eram suficientemente bem conhecidos do ponto de vista genético para fornecer essas informações. Agora, graças às pesquisas dos melhoristas de plantas, dos geneticistas de populações e do Projeto Genoma de Plantas, é possível mapear genes de interesse em praticamen- te qualquer organismo, quer seja de uma espécie domesticada ou de uma espécie selvagem usada para estudos evolutivos.

A variação genética, matéria prima dos biólogos que se dedicam ao estudo da Evolução, é condição sine qua non para o sucesso na agricultura. Como qualquer biólogo que se dedica ao estudo da evolução sabe, uma plantação extensa e geneticamente uniforme é um alvo fácil para patógenos de plantas ou outras pragas, que se adaptarão a ela e se propagarão rapidamente. A ferrugem da batata, que causou fome em grande parte da Irlanda na década de 1840, é um dos numerosos exemplos deste fenômeno (1). Outro exemplo espetacular é a epidemia de ferrugem da folha de milho no sul nos Estados Unidos em 1970, que causou uma perda econômica estimada em US$ 1 bilhão (dólares de 1970). Em mais de 85% da área plantada com milho, tinham sido utilizadas cepas portadoras de um fator genético (Tcms) que impede o desenvolvimento de flores masculinas, o que era útil para produzir variedades híbridas uniformes. Porém, o fator Tcms tornou o milho suscetível a uma raça mutante do fungo Phytopthora infestans, que se alastrou rapidamente por todo o Cinturão do Milho (Corn Belt) e para além dele. Somente a combinação de condições climáticas favoráveis com a ampla plantação de milho de constituição genética normal impediu a ocorrência de uma ferrugem ainda mais devastadora em 1971 (62).

Apesar dessas lições, por razões de eficiência econômica, ainda são amplamente usadas plantações geneticamente uniformes, mas há um reconhecimento generalizado de que é essencial manter a diversidade genética (36). Assim, é essencial constituir bancos de “germoplasma” de diferentes cepas de plantações, especialmente cepas que diferem entre si quanto a características como a tolerância à seca e a resistência a pragas. Uma fonte importante de genes potencialmente úteis são espécies selvagens aparentadas com a plantação — que, obviamente, só podem ser reconhecidas com o auxílio de uma boa Sistemática. Por exemplo, o tomate cultivado, como a maioria das espécies de plantação, é uma espécie autofertilizante (e, por isso, geneticamente homozigota) que possui pouca variação genética, mesmo entre todas as variedades disponíveis. Ele é originário da região andina da América do Sul e chegou à América do Norte via processo de domesticação na Europa. Estudos da genética e da evolução do tomate levaram à constatação de que existem muitas espécies aparentadas nativas do Chile e do Peru e de que essas espécies apresentam uma abundante variação genética. Mais de 40 genes para resistên- cia às principais doenças foram encontrados nessas espécies nativas e 20 deles foram transferidos por hibridação para o estoque matriz comercial de tomates. Características de qualidade de frutas também foram melhoradas desta maneira e espera-se que, nos próximos anos, seja introduzida a resistência à seca, à salinidade e às pragas de insetos, proporcionando um aumento de quatro a cinco vezes do rendimento agrícola (51).

Uma Lição da História: O TUma Lição da História: O TUma Lição da História: O TUma Lição da História: O TUma Lição da História: O Trágico Destino da Genética Evolutiva na União Sorágico Destino da Genética Evolutiva na União Sorágico Destino da Genética Evolutiva na União Sorágico Destino da Genética Evolutiva na União Sorágico Destino da Genética Evolutiva na União Soviéticaviéticaviéticaviéticaviética

Vassiliki Betty Smocovitis University of Florida

Até a década de 1920, os cientistas soviéticos tinham adquirido reconhecimento internacional pelo seu trabalho pioneiro em muitos campos da Biologia. A mais notável entre essas realizações era uma singular escola de Genética de Populações que sintetizava descobertas da Genética e da Teoria Darwiniana da seleção natural com conhecimentos sobre a estrutura de populações selvagens de animais e plantas, a fim de compreender os mecanismos de adaptação e Evolução. Na década de 1920, Sergei Chetverikov e outros geneticistas de populações russos previram a síntese evolutiva que ocorreu no Ocidente nos anos ‘30 e ‘40. Entre as contribuições da escola russa de Teoria Evolutiva estavam o conceito de conjunto gênico, a derivação independente do conceito de deriva genética e os primeiros estudos genéticos de populações selvagens da mosca de frutas Drosophila melanogaster. Esta escola formou jovens evolucionistas como N. V. Timofeeff-Ressovsky e Theodosius Dobzhansky, que, mais tarde, desempenhariam papéis essenciais no estabelecimento da moderna Teoria da Evolução na Alemanha e nos Estados Unidos. A escola russa afirmava que uma mudança evolutiva consiste de mudanças nas freqüências de genes mendelianos, particulados, dentro de uma população.

Este pujante centro de pesquisa evolutiva, e a maioria de seus cientistas, tiveram um fim trágico. A partir do fim da década de 1920, a Biologia em geral e a Genética em particular foram vistas cada vez mais como perigosas para o espírito político da Rússia estalinista, empenhada, naquela época, em se transformar de um estado agrário em uma nação moderna. No início dos anos ’30, começou a perseguição à Genética e aos geneticistas. Ela era alimentada pela retórica de Trofim Lysenko (1898-1976), um agrônomo com pouca instrução e nenhuma formação científica, mas com grandiosas ambições para a agricultura soviética, baseadas em sua crença errônea no mecanismo lamarckiano de herança e mudança orgânica. Segundo a teoria de Lamarck e Lysenko, a exposição de organismos parentais a um fator ambiental, como baixa temperatura, induz diretamente o desenvolvimento de mudanças adaptativas que são herdadas pelos seus descendentes – uma teoria da Evolução pela herança de características adquiridas, e não pela seleção natural dos genes.

Os geneticistas e biólogos estudiosos da Evolução ocidentais já tinham mostrado que não ocorre herança lamarckiana. Declarando a Genética uma ameaça ao Estado, capitalista, burguesa, idealista e até mesmo apoiada pelos fascistas, Lysenko conduziu uma odiosa campanha de propaganda, que culminou em 1948 com a condenação oficial da Genética por Stalin e pelo Comitê Central do Partido Comunista. Entre as vítimas do Lysenkoísmo estiveram Nikolai Vavilov, um dos pioneiros da reprodução de plantas, que morreu de fome num campo de prisioneiros, e toda a escola de geneticistas de populações, que se dispersaram ou foram destruídos. O Lysenkoísmo rapidamente levou à destruição total justamente daquelas áreas da Biologia soviética que tinham alcançado notoriedade mundial na década de 1920.

A política soviética contra a Genética e a Evolução teve conseqüências desastrosas para o povo soviético.

Além de uma devastadora destruição rural, só comparável àquela causada pela coletivização soviética, o Lysenkoísmo impediu o desenvolvimento da ciência agrícola. A União Soviética foi excluída da revolução agrícola global que ocorreu nas décadas da metade do século passado, alimentada em parte por inovações genéticas, como o milho híbrido. A despeito da oposição nascente, Lysenko permaneceu no poder até 1965, depois da deposição de Khrushchev. A Biologia soviética nunca conseguiu se recuperar de fato deste período. Suas promessas iniciais sobreviveram somente através de indivíduos como Dobzhansky, uma figura que se sobressai na Biologia Evolutiva, que levou para o Ocidente descobertas da Genética de Populações russa, ao imigrar para os Estados Unidos, em 1927.

As conseqüências completas do Lysenkoísmo e da Biologia estalinista ainda não foram determinadas, mas já estão sendo estudadas por estudiosos que ganharam acesso a fontes governamentais anteriormente restritas. Embora discutam a respeito de detalhes, todos os estudiosos concordam que o reinado do Lysenkoísmo foi um período particularmente negro na história da ciência. É o exemplo clássico das conseqüências negativas de políticas anticientíficas mal orientadas e do controle ideológico da Ciência. A lição aprendida é que a investigação livre, o apoio governamental informado às ciências básica e aplicada e o debate aberto de assuntos científicos – especialmente aqueles declarados como ameaçadores ou perigosos por determinados grupos de interesses

– são essenciais para a saúde e prosperidade das nações. M. Adams, em: E. Mayr and W. Provine (eds.), The Evolutionary Synthesis (Harvard University Press, Cambridge, MA., 1980), p. 242-278; D. Joravsky, The Lysenko Affair (Harvard University Press, Cambridge, MA, 1979); N. Krementsov, Stalinist Science (Princeton University Press, Princeton, NJ, 1997); V. Soyfer, Lysenko and the Tragedy of Soviet Science (Rutgers University Press, New Brunswick, NJ, 1994).

•Uso da biodiversidadeUso da biodiversidadeUso da biodiversidadeUso da biodiversidadeUso da biodiversidadeO conhecimento

27 da sistemática dos tomates, junto com a genética ecológica e a compreensão do sistema de cultivo desta planta, formou a base de uma aplicação bem sucedida, que está sendo repetida em muitas outras plantações. A engenharia genética, que possibilita a transferência de genes de praticamente qualquer espécie para qualquer outra, torna disponíveis, para fins agrícolas e outros, a vasta “biblioteca genética” dos organismos da Terra, portadores de uma tremenda variedade de genes para traços como a tolerância ao calor, a resistência a doenças e a insetos, substâncias químicas que conferem sabores e odores e muitas outras características potencialmente úteis. Se quisermos utilizar esta biblioteca no futuro, é necessário tanto que a biblioteca seja preservada — isto é, que a biodiversidade não seja perdida — e que haja bibliotecários — cientistas capazes de darem alguma orientação para que se encontrem “volumes” úteis. Esses bibliotecários serão biólogos que se dedicam ao estudo da evolução: aqueles que estudam Sistemática e Filogenia e, por isso, conhecem as espécies existentes e sabem quais delas têm probabilidade de terem genes e características semelhantes, e aqueles que estudam Genética Evolutiva e adaptação e são capazes de indicar o caminho que leva a organismos com características desejáveis.

•Manejo de pragasManejo de pragasManejo de pragasManejo de pragasManejo de pragas. Pragas de plantas, principalmente insetos e fungos, representam anualmente um enorme ônus econômico em perda de safras e medidas de controle. A Biologia Evolutiva relaciona-se com este problema de várias maneiras. Sem contar os perigos para a saúde pública e o meio ambiente resultantes do uso excessivo de pesticidas químicos, nos últimos 40 anos, mais de 500 espécies de insetos (incluindo pragas de plantações, pragas de grãos armazenados e vetores de doenças) desenvolveram resistência a um ou mais inseticidas, algumas delas sendo resistentes a todos os inseticidas conhecidos. Nos Estados Unidos, a evolução da resistência a pesticidas aumentou em US$1,4 bilhão o custo anual de proteção dos produtos agrícolas e florestais (47). Entomólogos agrícolas com formação em Genética Evolutiva (31,53) estão dando a sua contribuição aos esforços para retardar ou impedir a evolu- ção da resistência, como o uso rotativo de diferentes medidas de controle e a combinação criteriosa de controles químicos e não-químicos. Dois métodos não-químicos foram muito beneficiados pelo conhecimento e pela Teoria da Evolução: o uso de inimigos naturais e o cultivo de resistência.

Inimigos naturais, como os insetos que são predadores especializados ou parasitas de espécies que são pragas, freqüentemente são procurados na região de origem da praga. Portanto, a primeira pergunta é: de onde vem a praga? Achar a resposta exige entomólogos com formação em Sistemática Evolutiva, capazes de identificar a praga usando uma taxonomia baseada em princípios evolutivos. Se a praga for uma espécie desconhecida, a melhor pista para a sua região de origem é a distribuição de espécies aparentadas — que pode ser determinada usando-se a taxonomia evolutiva. A procura de inimigos naturais utiliza os mesmos princípios. Uma vez encontrados inimigos potenciais, tais como parasitas, é crucial fazer a distinção entre espécies com parentesco próximo, muito semelhantes, pois pode ser que algumas ataquem a praga e outras ataquem somente seus parentes. Se um inimigo é aprovado para introdução, ele deve ser criado em grande número para soltura. Neste estágio, a aplicação da Genética Evolutiva é crucial, a fim de impedir que a linhagem do parasita se torne endocruzada ou involuntariamente selecionada para características que possam prejudicar sua eficácia.

Outra importante estratégia no controle de pragas é promover a seleção da resistência em plantas de safra, por meio da triagem para genes que conferem resistência no laboratório ou em canteiros, introduzindo a seguir esses genes, por meio de cruzamentos, em cepas cultivadas com outras características desejáveis. É importante conhecer a base genética da resistência, pois alguns tipos de resistência são de curta duração. Uma praga pode se adaptar a uma linhagem cultivada tão prontamente quanto se adapta a inseticidas químicos. Por exemplo, pelo menos seis importantes genes para resistência à mosca do trigo ou mosca de Hesse foram sucessi- vamente introduzidos no trigo, por cultivo. Em todos os casos, depois de alguns anos de extensa plantação da nova cepa, a mosca superou a resistência: a cada mutação para resistência na planta, uma mutação correspondente na mosca anulava o seu efeito. Entomólogos e cultivadores de plantas com formação em Biologia Evolutiva estão trabalhando na elaboração de métodos de engenharia para resistência múltipla que prolonguem a vida eficaz de novos cultivares resistentes.

•Engenharia GenéticaEngenharia GenéticaEngenharia GenéticaEngenharia GenéticaEngenharia Genética. São muitas as propostas para se introduzirem diversas características em plantas de safra e para se difundirem bactérias modificadas por engenharia genética, capazes de melhorar a fertilidade do solo ou de conferir resistência a geadas a certas plantações. Sempre que tais introduções deliberadas são propostas, surgem perguntas referentes aos seus potenciais riscos. Biólogos que se dedicam ao estudo da Evolução e que estudam interações gênicas perceberam a necessidade de realização de testes para se assegurar que um gene estranho não vá interagir de maneira imprevisível com os genes próprios de uma planta de safra, gerando efeitos prejudiciais. O risco mais provável talvez seja o de que tais genes possam se propagar por polinização cruzada de plantas selvagens aparentadas com as plantas de cultivo (p. ex., mostardas selvagens aparentadas com o repolho) e fazer com que elas se tornem ervas daninhas mais vigorosas. Do mesmo modo, sendo que freqüentemente há transferência de genes entre espécies de bactérias, surgiram preocupações de que populações naturais de bactérias poderiam adquirir características de bactérias produzidas por engenharia genética que as tornem mais vigorosas e potencialmente prejudiciais. Por isso, os métodos desenvolvidos por biólogos estudiosos da Evolução para determinar os efeitos adaptativos dos genes e medir as taxas de troca de genes entre populações e espécies terão aplicações valiosas.

•Silvicultura e indústria da pescaSilvicultura e indústria da pescaSilvicultura e indústria da pescaSilvicultura e indústria da pescaSilvicultura e indústria da pescaOs bió-

logos que se dedicam ao estudo da Evolução podem esclarecer a estrutura genética de populações e espécies por meio da análise estatística de marcadores genéticos.

Este método têm muitas aplicações. Ele permite aos pesquisadores, por exemplo, distinguir entre cardumes de espécies de peixes que migram de locais de desova diferentes. Tal distinção tem importantes implicações administrativas e políticas em casos como o da indústria do salmão, uma vez que tanto as unidades políticas que abrigam os locais de desova, como aquelas onde os peixes são recolhidos têm interesse econômico nos cardumes. Na silvicultura, os viveiros nos quais são desenvolvidas e criadas as reservas matrizes comerciais de coníferas estão sujeitos à “contaminação” genética pelo pólen de árvores selvagens, transportado pelo ar. Os métodos desenvolvidos pelos geneticistas de populações são úteis para se determinar a distância percorrida pelo pólen e para se medir os níveis de contaminação, o que afeta o valor de mercado das sementes. Os geneticistas que se dedicam ao estudo da Evolução também têm se dedicado a analisar a base genética de traços desejáveis, como a taxa de crescimento e a resistência a insetos de coníferas. Este tipo de conhecimento contribui para programas de produção de híbridos e de engenharia genética.

C. Descoberta de Produtos Naturais ÚteisC. Descoberta de Produtos Naturais ÚteisC. Descoberta de Produtos Naturais ÚteisC. Descoberta de Produtos Naturais ÚteisC. Descoberta de Produtos Naturais Úteis

Organismos do passado e do presente são fontes de incontáveis recursos naturais. Quase todos os produtos farmacêuticos, muitos produtos para o lar e muitos processos industriais (começando, por ordem histórica, com a fabricação do pão e do vinho) ou utilizam organismos vivos, ou provêm de processos biológicos ocorridos dentro de organismos. Além disso, organismos que morreram há muito tempo também fornecem recursos: combustíveis fósseis. A prospecção de combustíveis fósseis baseia-se em grande parte nas correlações de idade entre depósitos sedimentares – que, por sua vez, se baseiam em fósseis de protozoários, moluscos e de outros organismos estudados pelos paleontólogos.

Muitas espécies vivas podem mostrarse úteis como futuras plantas de cultivo ou, especialmente, revelar possibilidades de aplicação médica, energética, industrial ou de pesquisa. De fato, os organismos podem ser considerados um “capital vivo”, segundo as palavras da Comissão Presidencial de Assessores para assuntos de Ciência e Tecnologia dos EUA (48). Mais de 20.0 plantas diferentes foram listadas pela Organização Mundial da Saúde como tendo sido usadas com fins medicinais por populações humanas e uma fração substancial delas é realmente eficaz. Por exemplo, até muito recentemente, a malária era tratada com quinina, extraída da árvore de cinchona. Muitos outros compostos derivados de plantas e com utilidade médica foram descobertos recentemente. O taxol, um composto encontrado no teixo do Pacífico, mostrou-se promissor no tratamento do câncer de mama; a pervinca rosa do Madagascar contém duas substâncias químicas que se revelaram úteis no combate à leucemia (e vários outros tipos de câncer), tendo aumentado de 10% a 95% as taxas de sobrevivência da leucemia infantil. Diversos produtos naturais provenientes de plantas também têm aplicação industrial, sendo usados como aromatizantes, emulsificantes e aditivos em alimentos. Um extrato do crustáceo Limulus é a base do “teste de lise”, muito usado na indústria farmacêutica para detectar a presença de bactérias.

Os microrganismos fornecem não somente produtos, mas também processos bioquímicos úteis nas biossínteses (p. ex., de antibióticos, solventes, vitaminas e biopolímeros), biodegradações (p. ex., na decomposição de resíduos tóxicos) e biotransformações (em esteróides, compostos quirais e outros compostos desejados). A Biologia e Biotecnologia Moleculares modernas, por exemplo, baseiam-se na reação em cadeia de polimerases, método baseado em uma enzima estável em temperaturas elevadas, que foi descoberta em bactérias que habitam fontes termais. A indústria farmacêutica e outras iniciaram programas de triagem de produtos naturais, na esperança de fazerem outras descobertas desse tipo (ver Box 1).

A exploração da biodiversidade para a obtenção de novos produtos naturais constitui ponto de grande ênfase no relatório do Conselho Nacional de Pesquisa dos EUA, “Levantamento Biológico para a Nação” (“A Biological Survey for the Nation”) (38) e da Agenda de Sistemática 2000 (57), relatório sobre a importância vital da pesquisa e do treinamento em Sistemática. Duas áreas da Biologia Evolutiva estão ligadas — na verdade, indispensáveis — a essa exploração direcionada. A Sistemática fornece o inventário dos organismos e de suas relações filogenéticas, o que é essencial para a organização e, em parte, para a previsão das características dos organismos. A Ecologia Evolutiva no sentido amplo — a análise das adaptações — aponta para organismos cujas necessidades adaptativas podem produzir características que talvez possamos utilizar. Por exemplo, neurobiólogos que estavam à procura de inibidores de neurotransmissores para fins de pesquisa foram levados com sucesso para os venenos de certas cobras e aranhas, organismos que desenvolveram justamente inibidores desse tipo para dominar suas presas. Há fungos que liberam antibióticos para controlar competidores bacterianos, bem como plantas que armazenam muitos milhares de compostos para repelir seus inimigos naturais. O estudo evolutivo-ecológico dessas adaptações está apenas começando a revelar compostos que merecem maior atenção.

D. Meio Ambiente e Conservação. Meio Ambiente e Conservação. Meio Ambiente e Conservação. Meio Ambiente e Conservação. Meio Ambiente e Conservação

Os estudos evolutivos abriram caminho para novos métodos de correção e recuperação do meio ambiente em áreas degradadas. Por exemplo, alguns tipos de grama e outras plantas adaptaram-se a solos altamente poluídos por níquel e outros metais pesados tóxicos. Amplos estudos da sistemática, da genética e da fisiologia dessas plantas formaram a base de técnicas para o replantio e a estabilização de solos tornados estéreis por atividades de mineração e até mesmo para a desintoxicação do solo e da água contaminados por metais. Descobriu-se que algumas bactérias têm a capacidade de metabolizar o mercúrio, transformando-o em uma forma menos tóxica, e, em experimentos de laboratório, seus genes para esta capacidade foram transferidos para plantas. Em outros casos, plantas que desenvolveram a capacidade de “hiperacumular” metais pesados e, desta forma, resistir a solos tóxicos agora estão sendo usadas comercialmente como tecnologia de despoluição. De modo similar, estudos sobre a ecologia evolutiva da dispersão e germinação de sementes têm o seu papel no reflorestamento de áreas de pastagem esgotadas na América tropical e no replantio de locais de aterro.

As preocupações referentes ao impacto ambiental das atividades humanas incluem as conseqüências da superpopulação, da alteração do habitat, a perspectiva de aquecimento global e a extinção documentada e prevista de grande número de espécies. Estudos paleobiológicos sobre as mudanças climáticas, o nível do mar e a distribuição das espécies no passado permitem discernir o tipo de organismos com maior probabilidade de sofrerem os efeitos adversos do aquecimento global — a saber, aqueles com baixo poder de dispersão, reduzido alcance geográfico e baixa tolerância ecológica. Evidências provenientes de populações que evoluíram em temperaturas diferentes também podem nos ajudar a prever a diversidade de respostas a uma mudança climática e a velocidade com a qual diferentes populações conseguem se adaptar a ela (61).

Como conseqüência das atividades humanas, espécies e populações geneticamente singulares estão entrando em extinção num ritmo alarmante. As nossas atividades ameaçam não somente espécies conspícuas, como os grandes mamíferos e as tartarugas marinhas, mas também um sem-número de plantas, artrópodes e outros organismos menos conhecidos, que são, em conjunto, uma fonte potencial de produtos naturais, agentes de controle de pragas e outras aplicações úteis (incluindo a reciclagem de elementos químicos que permite o funcionamento de todo o ecossistema). A Biologia Evolutiva tem um papel da maior relevância na maneira de lidar com esta “crise da biodiversidade”. Uma das considerações importantes é a de quais

Determinação de Riscos e Organismos Geneticamente ModificadosDeterminação de Riscos e Organismos Geneticamente ModificadosDeterminação de Riscos e Organismos Geneticamente ModificadosDeterminação de Riscos e Organismos Geneticamente ModificadosDeterminação de Riscos e Organismos Geneticamente Modificados

Thomas R. Meagher Rutgers University

A preocupação com a programada liberação no meio ambiente de organismos geneticamente modificados provocou uma ampla gama de recomendações para a determinação dos riscos associados com essas liberações. À medida que os cultivares transgênicos foram se aproximando da realidade comercial, a questão da determinação dos riscos deslocou-se da preocupação com os próprios organismos transgênicos para a preocupação com os efeitos de longo prazo de sua possível hibridização com seus parentes selvagens. Uma hibridização introgressiva de genes modificados, como aqueles que conferem resistência a herbicidas, com parentes selvagens de cultivares poderia, por exemplo, gerar ervas daninhas problemáticas.

Em relação a qualquer cultivar transgênico, a informação básica necessária para tratar desta preocupação é a probabilidade da produção híbrida com espécies aparentadas. Cultivares de colza com sementes oleosas e de outras espécies cultivadas de Brassica foram causas de particular preocupação, devido à pressão econômica pela introdução da colza transgênica (Brassica napus) em estreita proximidade com seus parentes selvagens, alguns dos quais já constituem ervas daninhas em terras de cultivo. Dados empíricos que poderiam formar uma base científica para a determinação dos riscos desta introdução foram recentemente fornecidos por estudos com Brassica napus e uma espécie selvagem com parentesco próximo, B. campestris. Estes estudos sobre Brassica servirão de modelo, no qual poderão basear-se estudos de determinação dos riscos de cultivares polinizados por insetos.J. M. Tiedje et al., Ecology 70:298-315 (1989); N. C. Ellstrand and C. A. Hoffman, BioScience 40:438-442 (1990); L. R. Meagher, Capítulo 8 de: A New Technological Era for American Agriculture, U.S. Congress Office of Technology

Assessment, OTA-F-474 (U.S. Government Printing Office, Washington, D.C., 1992)M. J. Crawford et al., Nature 363:620-623 (1993); C. R. Linder and J. Schmitt, Molecular Ecology 3:23-30 (1994).T. R. Mikkelson et al., Nature 380:31 (1996).

espécies, comunidades ecológicas ou regiões geográficas merecem os esforços de conservação mais urgentes, já que existem limites econômicos, políticos e de informação para o número de espécies que podemos salvar.

Entre os papéis da Biologia Evolutiva na conservação estão:

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