A genética de populações e suas relações com a Evolução
Durante os últimos anos temos assistido a uma explosão na quantidade de informações tanto sobre a variabilidade genética das populações como sobre a quantidade de diferenciação genética existente entre as espécies atuais. Os dados obtidos por técnicas de Biologia Molecular têm se avolumado de tal maneira que existe um consenso entre os especialistas sobre a necessidade de métodos de análise mais poderosos ou até mesmo de suporte teórico novo para se poder lidar com tamanha massa de dados.
Por outro lado, a preocupação crescente com a diminuição da biodiversidade tem levantado questões sobre tópicos como a fragilidade genética de populações pequenas, estratégias genéticas para a conservação de espécies ameaçadas e problemas correlatos, que naturalmente demandam informações sobre a estrutura genética de populações naturais.
Estes problemas atuais necessariamente se baseiam numa área específica e recente da Ciência como um todo, mas antiga se considerarmos o desenvolvimento da genética: a genética de populações. A seguir traçaremos um pequeno histórico do seu desenvolvimento.
O trabalho mais importante de Charles Robert Darwin (1809-1882), "A origem das espécies", e o trabalho de Alfred Russell Wallace forneceram uma base fenomenológica para o processo de evolução orgânica. "A origem", publicada em 1859, quando o autor contava com 50 anos de idade, provocou, sem dúvida, um grande impacto. A primeira edição da obra, com 1.250 exemplares, esgotou no primeiro dia de publicação, 22 de novembro, e até 1876, somente na Inglaterra, já haviam sido vendidos 16.000 exemplares. Isso não significa que Darwin só tenha recebido aplausos; muito pelo contrário, esta obra encontrou violenta oposição, não exatamente de natureza científica, mas de caráter emocional por parte da Igreja Anglicana (liderada inicialmente pelo bispo Wilberforce) e por parte da sociedade leiga, por não se admitir a idéia da origem do homem a partir de primatas. Essa resistência persiste até hoje em alguns grupos de religiosos fundamentalistas, principalmente os criacionistas, que defendem a interpretação bíblica "ipsis litteris" da criação do mundo e dos seres vivos. A Igreja Católica admitiu, após quase 100 anos de resistência, através da Encíclica Papal "Humanis Genesis" (1951), a ascendência biológica do homem. Em 1997, através de comunicado do papa João Paulo II, a Igreja Católica deixou de considerar a evolução biológica como uma teoria científica e passou a considerá-la como um fato.
Na comunidade científica a teoria de Darwin foi aos poucos encontrando abrigo e se tornando cada vez mais uma fonte de inspiração para o desenvolvimento de novas pesquisas. Além disso, a teoria da evolução, com a devida complementação que mais tarde a genética lhe emprestou, permitiu uma visão unificada de toda a Biologia. Os primeiros grandes defensores e divulgadores da teoria da evolução foram Thomas H. Huxley (avô do biólogo Julian Huxley e do escritor Aldous Huxley), na Inglaterra, e Ernst H. Haeckel na Alemanha, onde o darwinismo foi ensinado pela primeira vez em 1860.
É importante salientar que o mecanismo da hereditariedade é fundamental para a compreensão da teoria da evolução. Os trabalhos de Mendel (realizados praticamente ao mesmo tempo em que Darwin formulava sua teoria) tornaram-se amplamente conhecidos somente a partir de 1900. Apenas a partir daquele momento foi possível o estabelecimento de ligações adequadas entre a teoria da evolução e a mecânica da hereditariedade.
Antes disso, as idéias predominantes sobre a herança biológica eram oriundas do pensamento de Francis Galton, um primo de Darwin que se dedicava ao estudo de caracteres quantitativos através da aplicação de métodos estatísticos para desvendar os princípios da hereditariedade. Em 1897 Galton propôs a lei da ancestralidade que viria a provocar, no futuro, grande resistência à aceitação do mendelismo; independentemente disso Galton foi um cientista muito importante por ter criado uma escola de biometria, com cientistas do porte de Karl Pearson, que desenvolveu métodos estatísticos usados até hoje.
A discrepância entre a teoria de Galton e a genética mendeliana só foi resolvida mais tarde, graças principalmente aos trabalhos do dinamarquês Johanssen sobre a herança de caracteres quantitativos (1909) e a um trabalho publicado em 1918 por Ronald Alymer Fisher.
Assim, no começo deste século, a teoria da evolução de Darwin sofreu o forte impacto das novas descobertas da genética, iniciadas com a divulgação do trabalho de Mendel. Tornou-se claro que a matéria-prima da evolução são os genes e as suas leis de transmissão de uma geração a outra, ao nível populacional. A união das idéias de Darwin com as noções exatas da mecânica da transmissão do material hereditário originou a teoria moderna da evolução, também conhecida pelo nome de neodarwinismo.
As grandes sínteses empíricas desta visão renovada da teoria de evolução foram feitas nas décadas de 30 e de 40 por três importantes nomes da Ciência: Theodosius Dobzhansky, na sua obra clássica "Genetics and the Origin of Species", cuja primeira edição apareceu em 1937, seguida de várias reimpressões e edições revistas e ampliadas; Julian Huxley em "Evolution, the Modern Synthesis", publicada em 1942, e Ernst Mayr em "Systematics and the Origin of Species", de 1942.
A ausência de um bom conhecimento da genética no tempo de Darwin não o impediu de elaborar a sua teoria sobre a origem das espécies, mas deixou um vazio que já foi preenchido nas três primeiras décadas do século 20, com os conhecimentos que viriam a se constituir naquilo que é chamado hoje de "genética de populações".
A genética de populações estuda as manifestações da herança no nível populacional. Ela trabalha com modelos, ou seja, representações simplificadas da realidade, usando para isso os elementos que participam do fenômeno (genes, genótipos, fenótipos, gametas, etc.), representados simbolicamente e regras operacionais capazes de traduzir os fenômenos que estão sendo estudados. Estas regras operacionais, em geral, estão sujeitas a princípios matemáticos e estatísticos, de modo que os modelos são chamados de modelos matemáticos. A grande importância desses modelos é que partem de informações obtidas por biólogos através de observação e experimentação. Os modelos fornecem meios de estimar parâmetros corretamente e permitem fazer previsões que podem ser testadas experimentalmente. Se os testes experimentais não estiverem de acordo com os modelos, estes serão rejeitados ou modificados e outros modelos mais adequados serão formulados. A cada nova informação, novos modelos podem ser estabelecidos.
Os modelos permitem, portanto, um tratamento quantitativo dos fenômenos, o estabelecimento de previsões e uma maneira de testar hipóteses.
O conjunto de modelos acumulados desde os primeiros trabalhos feitos nesse campo e sua maneira integrada de tratar os processos evolutivos permitem afirmar que a genética de populações é hoje uma ciência à parte.
A primeira publicação relativa à genética de populações foi uma simples nota publicada na revista Science, em 10 de julho de 1908, por Godfrey Harold Hardy, o mais importante matemático inglês deste século. Esse trabalho se deve às questões levantadas por um famoso estatístico, Yule, numa conferência pronunciada pelo geneticista Punnett, na Royal Society of Medicine. Yule declarava que se um alelo dominante fosse introduzido numa população, sua freqüência deveria aumentar até atingir o valor 0,5, fazendo com que a relação entre os fenótipos dominantes e recessivos fosse de 3:1. Punnett, não concordando com aquela afirmação, levou o problema para Hardy, que analisou a questão e demonstrou que na ausência de qualquer fator perturbador as freqüências gênicas devem permanecer constantes e a distribuição das freqüências dos genótipos AA, Aa e aa dependerá das freqüências gênicas de A e a, assumindo valores conforme a distribuição binomial. Esta distribuição de freqüências de uma população em equilíbrio se tornou o ponto fundamental de todo o desenvolvimento da genética de populações. Mais tarde, verificou-se que o mesmo resultado já havia sido publicado em 13 de janeiro de 1908 por um médico alemão, Wilhelm Weinberg, num estudo sobre a herança da gemelaridade. Assim, esse equilíbrio é hoje conhecido na literatura como "equilíbrio de Hardy-Weinberg".
Um outro aspecto que preocupou os geneticistas da época, em termos populacionais, foi o efeito do endocruzamento na distribuição das freqüências genotípicas. Este aspecto foi tratado independentemente por H. S. Jennings e por R. Pearl em uma série de trabalhos publicados entre 1912 e 1916. Algumas dúvidas sobre a veracidade das proposições de Pearl levaram também o então jovem geneticista americano Sewall Wright (1889-1988) a se envolver no problema de endocruzamento e sistemas de cruzamento de um modo geral, o que culminou, em 1921, com a publicação de uma série de trabalhos com o título "Systems of mating". Wright tornou-se um dos mais importantes teóricos da genética de populações, juntamente com Ronald Alymer Fisher (1890-1962) e John Burdon Sanderson Haldane (1892-1965). Fisher, além de ter sido um pioneiro da genética de populações, também fez inúmeras contribuições extremamente importantes à Estatística. Haldane, que era professor de Bioquímica em Cambridge, desde cedo manteve interesse por problemas de genética e a partir de 1924 iniciou uma série de publicações sobre genética de populações, centradas no estudo da seleção natural.
O estudo da genética vinha apresentando grandes progressos e cada vez mais os problemas evolutivos eram analisados sob o ponto de vista genético, ficando claro que a sede das mudanças evolutivas era o próprio material genético. Cada caráter usado para definir uma população, raça ou espécie é, portanto, um caráter hereditário; estudar as mudanças evolutivas a que estes caracteres estão sujeitos é estudar as mudanças que ocorrem no próprio material genético. Trabalhando com genes é possível estabelecer modelos matemáticos para estimar as freqüências dos mesmos e prever as mudanças que podem ocorrer quando submetidos à ação dos agentes evolutivos. Assim, a essência do processo evolutivo é retratada pela genética de populações que, por volta da década de 30, já tinha suas bases completamente estabelecidas. Em 1930, Fisher havia publicado seu livro "The genetical theory of natural selection"; Wright, em 1931, publicava um longo artigo na revista Genetics, intitulado "Evolution in Mendelian populations" e Haldane, em 1932, publicava o livro "The causes of evolution". Outro grande impacto teórico experimentado pela genética de populações foi sofrido no fim dos anos 60 e começo dos anos 70, devido aos avanços da genética bioquímica. O problema apareceu com a descoberta de uma quantidade inesperadamente alta de polimorfismos proteicos e a resposta, proposta principalmente pelo biólogo japonês Motoo Kimura, foi a teoria neutralista da evolução molecular, segundo a qual estes polimorfismos seriam uma espécie de ruído de fundo do processo evolutivo. Esta questão teórica ainda aguarda solução. A disponibilidade recente de informações sobre filogenias gênicas tem aberto novos horizontes, especialmente com o desenvolvimento da teoria da coalescência. Em todos estes avanços teóricos a linguagem usada, principalmente nas demonstrações matemáticas e nas aplicações de estatística, não era acessível para quem não tivesse algum tipo de preparo nestas áreas. O problema foi facilitado pelo aparecimento de livros-texto, como os que citamos a seguir.
O primeiro livro-texto didático de genética de populações foi publicado por Hogben, em 1946 e levava o título “An introduction to mathematical genetics”. Em 1948, seguiu-se “Population Genetics”, de autoria de Ching Chung Li, cuja segunda edição, bastante ampliada, foi publicada em 1976 sob o título "First course in population genetics". Li foi um grande divulgador da genética de populações, além de contribuir também com vários trabalhos originais. Além dos livros de C. C. Li, são conhecidas obras dos seguintes autores: Oscar Kempthorne publicou em 1957 "An introduction to genetics statistics", um livro relativamente complexo, exigindo conhecimentos de estatística; D. S. Falconer, em 1960, publicou "Introduction to quantitative genetics", que é um clássico da genética quantitativa; P. A. P. Moran, publicou, em 1962, "The statistical processes of evolutionary theory"; James F. Crow e Motoo Kimura, publicaram "An introduction to population genetics theory" em 1970 e Regina C. Elandt-Johnson, "Probability models and statistical methods in genetics", em 1971. Desta data para cá apareceram inúmeros outros trabalhos, muitos dos quais apresentam o assunto com o mínimo de formalismo matemático. Entre os livros que também abordam o impacto recente dos resultados de Biologia molecular temos o de Masatoshi Nei, "Molecular evolutionary genetics", de 1987, de Daniel Hartl e Andy G. Clark, "Principles of population genetics" (1989) e o de John Maynard Smith, "Evolutionary genetics" (1989).
Embora essas obras abordem o assunto de modo mais profundo que o necessário para um curso básico como o nosso, o registro das mesmas fica pela apresentação dos autores e para aqueles que porventura se interessem pelo assunto.
Créditos à:
Prof. Dr. Sergio Russo Matioli
http://dreyfus.ib.usp.br
