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Evolução previsível supera aleatoriedade de mutações

Populações de bactérias podem responder a mudanças ambientais de formas idênticas

Elizabeth H. White, M.S., CDC
Por Lucas Laursen e revista Nature

Apesar de mutações ocorrerem aleatoriamente, um estudo da bactéria Escherichia coli revela que a natureza frequentemente encontra a mesma solução para o mesmo problema repetidamente.

Com o passar do tempo, mutações permitem que populações se adaptem e se diversifiquem. Frequentemente, grupos da mesma espécie geograficamente separados se adaptam a seu ambiente local, e menos parecidos com membros do outro grupo se tornam ao longo do tempo.

Mas essa não é a única maneira de promover a diversidade genética. Pesquisadores relataram casos de peixes ciclídeos, palmeiras, e fringilídeos se adaptando a diferentes nichos ecológicos e se diferenciando, apesar de viverem no mesmo local. Em 2008, o biólogo evolutivo Michael Doebeli da University of British Columbia (UBC) em Vancouver, e colegas relataram que bactérias E. coli também podem se diversificar enquanto compartilham o mesmo tubo de ensaio.

Nesse estudo, eles alimentaram populações homogêneas de bactérias com uma glicose de fácil digestão e um acetato difícil de metabolizar. A E. coli pode se alimentar de ambos, mas a equipe descobriu que dois grupos surgiram em cada tubo de ensaio. Um especializado em consumir ou glicose, outro,em acetato. Não sabiam que rota genética cada grupo tomou para chegar à especialização.

Mapeando a evolução

No novo estudo, publicado online em 20 de fevereiro na Public Library of Science Biology, Doebeli e seu colega Mattheu Herron, também da UBC, reexaminaram as culturas congeladas em seus tubos de ensaio e sequenciaram 17 amostras genéticas de várias fases do experimento. A análise mostrou alguns casos de mutações idênticas no DNA, em todos os três tubos de ensaio: independentemente da natureza aleatória das mutações, as mesmas mudanças no ambiente favoreceram as idênticas soluções genéticas.

Doebeli e Herron também descobriram que algumas mutações obedeciam uma ordem específica: após um grupo ter se tornado especializado em glicose e o outro em acetato, os dois evoluíram para utilizar o outro como alimento de modo mais eficiente. Essa última mutação só poderia ser útil depois do surgimento da primeira, que pode ter provocado rápido esgotamento das reservas de comida. Essa descoberta é uma novidade, declara Michael Stumpf do Imperial College London. Apesar de biólogos terem observado características que surgiam em uma ordem específica, até agora ninguém tinha documentado a base genética dessas mudanças.

“É interessante saber com que frequência os genes que se modificam são os mesmos ou diferentes”, observa o biólogo Jerry Coyne da University of Chicago, Illinois. “Isso nos ensina sobre os limites na evolução.” Populações de insetos frequentemente passam a apresentar resistência a inseticidas por meio das mesmas mutações comuns, aponta ele.

Limitação evolutiva

Coyne, porém, adiciona que extrapolar as conclusões a partir de uma espécie como a E. coli pode não ser muito prático.

Como as bactérias vivem em populações muito grandes, sua evolução em agregados pode ser mais previsível que a de espécies maiores e mais dispersas, alerta Stumpf.

Ainda lembra que o ambiente também muda mais rápido do que a maioria das espécies consegue evoluir. Está, assim, interessado em futuras análises sobre a previsibilidade da evolução em ambientes mutáveis. Doebeli concorda: ele tem dúzias de outras linhagens congeladas de bactérias, que evoluíram em ambientes de complexidade variada, esperando avaliações genéticas.

Este artigo foi reproduzido com permissão da revista Nature. O artigo foi publicado pela primeira vez em 19 de fevereiro de 2013.