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Eva Mitocondrial - Palestra com João Paulo Reis Braga e referências para análise

https://www.youtube.com/watch?v=Nu9UCEMTpr8&list=TLPQMjUwMjIwMjaz5JojE8kTSQ&index=2 

A Eva Mitocondrial - Congresso Design Inteligente (São Luís do Maranhão)


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[Música]

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[Música] vamos lá então a primeira coisa que é

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preciso explicar é o que é a mitocôndria pra gente entender porque a Eva é a Eva mitocondrial né porque ela tem esse nome

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a mitocôndria ela é uma espécie de fábrica de energia que fica dentro das células cada célula NSA cada célula

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nossa tem uma uma uma forma de produzir energia ATP e essa eh energia é

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produzida justamente por essa organela chamada mitocôndria que tem mais ou

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menos essa aparência que vocês estão vendo aí né ela ela tem um diferencial

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que é o seguinte dentro das células a gente tem o nosso Genoma o nosso DNA no

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núcleo das células só que a mitocôndria essa organela ela tem um DNA próprio né um um

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DNA que é específico dela que não está Eh vamos dizer assim diretamente

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relacionado com o DNA do núcleo porém está porque a própria mitocôndria

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Depende de algumas informações que está no DNA do núcleo isso significa inclusive que

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eh a formação do DNA nuclear ele foi feito em conjunto com a

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formação do do DNA mitocondrial ou seja eles não foram feitos separados porque inclusive o o o DNA da mitocôndria

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depende do DNA nuclear mas ela tem um DNA separado e uma outra coisa que é

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bastante característica é o seguinte é que a a mitocôndria ela só é passada

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pela mãe as mitocôndrias nós homens também temos mitocôndria mas na hora da

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reprodução a mitocôndria que fica naquele rabinho do espermatozoide que dá a energia para ele chegar até o óvulo

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ele fica de fora e só o que entra é o a cabeça do do esper permatozoide onde

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contém a informação genética dos cromossomos mas a mitocôndria ela fica de fora justamente porque se entra

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mitocôndria e do pai também há uma desinformação genética quanto a produção

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da mitocôndria então só nisso a gente já vê também que tem uma Ant evidência tem uma inteligência na própria fabricação

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na própria designer do sistema reprodutivo né e o que é esse essa

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técnica que eu vou falar para vocês é o seguinte a mitocôndria quando o DNA dela

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o DNA nuclear ele tem cerca de 3,2 bilhões de pares de base e entre

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23.000 e 25.000 genes codificantes genes codificantes são aqueles aquelas

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informações que são usadas para construir proteínas é até a menor parte do do

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DNA no caso da da do DNA da mitocôndrias eles têm Ele é bem menor ele ele tem

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cerca de 16 600 pares de base veja de 3,2 bilhões que tem no núcleo no DNA da

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mitocôndria só são 16.500 e além dele ser bem pequeno as

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mutações elas se dão em regiões bem específicas da mitocôndria se vocês

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podem ver aqui é nessa partezinha azul que vocês estão vendo é que existem duas regiões que a gente chama de alta

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variabilidade é nessas regiões que a gente vai buscar as diferenças genéticas entre uma mitocôndria e outra Então se

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desenvolveu uma técnica que a gente chama de coalescente que na verdade nada mais é do que uma regressão genética

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começou-se a comparar o DNA das mitocôndrias das pessoas alguém aqui já ouviu falar de

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eh aqueles testes laboratoriais para saber sua genética para saber de onde

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você veio para saber qual as suas origens quantos vocês têm de africano quanto vocês têm de asiá vocês já

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ouviram falar disso então essas técnicas de laboratório que são feitas para poder rastrear elas são feitas justamente pelo

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DNA da mitocôndria O que é que eles fazem eles pegam uma sequência que é a

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chamada sequência de referência e comparam com as outras sequências de outros dnas mitocondriais que tem outras

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pessoas essas diferenças que vocês estão vendo Zinho aqui esse snp significa

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single núcleo eh polimorfismo quer dizer que houve uma mudança no Genoma daquele

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daquela mitocôndria naquela geração naquela pessoa início eles vão comparando pode ser até que ela tenha

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perdido um nucleotido não só mudado mas perdido mas isso também é contado como uma diferença de uma mitocôndria para

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outra e nisso a gente consegue ir rastreando as diferenças entre o DNA mitocondrial de uma pessoa de outra de

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toda uma população e até do mundo inteiro e foi isso que foi feito né em

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1986 o artigo foi publicado em 87 essa geneticista americana chamada Rebeca kem

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ela ela ela publicou um artigo na Nature chamado DNA mitocondrial e evolução

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humana Nesse artigo e o que foi que a d Rebeca k fez ela coletou amostras de DNA

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mitocondrial de placenta de 147 mulheres no mundo inteiro em todos os continentes

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né na América na Ásia na África no Pacífico Sul na Europa e o que foi que

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ela descobriu Quando Ela comparou todos os dnas E olha que isso deu um trabalhão não é uma coisa complicada de ser feita

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Mas é uma coisa muito trabalhosa principalmente na época que ela fez com os recursos computacionais que ela

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tinha mas ela conseguiu comparar todos esses dnas de de pessoas do mundo inteiro e a conclusão do artigo dela

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chocou a comunidade científica por quê Porque se acreditava que os símios foram

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evoluindo e que foram surgindo seres humanos em várias partes do mundo né

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surgindo evolucionista adora essa palavra né surgiu apareceu e e eles

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tinham muita esperança de que isso fosse verdade esse artigo dela acaba com isso ele vai mostrar que todas as

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pessoas na terra são filhos de uma única mulher vieram de uma única mulher isso é

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demonstrado com uma clareza tão grande que vários outros cientistas tentaram derrubar essa essa alegação Fizeram essa

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regressão genética e chegavam todos à mesma conclusão até que eles se renderam

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e esse é o paradigma atual todas as pessoas na face da terra

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vieram de uma única só mulher e esse estudo acabou recebendo o nome justamente de EVA

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mitocondrial né fazendo essa ligação mostrando até o sentido né então Quem

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seria essa mulher né nessa nessa conclusão da Rebeca kem ela vai dizer o

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seguinte todos esses DNA mitocondriais derivam de uma só mulher que se postula presta

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atenção postula ter vivido cerca de 200.000 anos atrás Provavelmente na

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África porém pela calcular essa data de 200.000 anos aqui a gente já viu que

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casa certinho com o que a gente tem por exemplo nos textos bíblicos mas também não só nos textos bíblicos todas as

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outras religiões antigas principalmente Elas têm essa coisa de que a humanidade

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surge de um primeiro casal ainda que não tem o nome de Adão e Eva né então isso

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casa não só com a história bíblica como a história de praticamente todas as tradições religiosas Só que essa data de 200.000

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anos não casa com o que a gente tá eh a gente entende pela idade que é descrita

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na cronologia bíblica né e eu também assim como os pesquisadores que eu vou

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mostrar para vocês não tivemos o o interesse de buscar ter essa e e e esse

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casamento então os primeiros estudos ela supôs que essa mulher viveu aá 200.000

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anos e como é que ela supôs isso ela primeiro assumiu uma taxa constante de mutações

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imaginando que aconteceu uma mutação a cada 800 gerações depois o tempo

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estimado ela usou o tempo estimado da suposta divergência entre homens e macacos que teria acontecido há 50 há 5

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milhões de anos at atrás né e achados arqueológicos paleontológicos com

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datações evolutivas aquela coisa de ah o povo maori chegou a não sei Quantas

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dezenas de milhares de anos atrás em tal lugar então isso ela saiu calculando E

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chegou a uma data totalmente especulativa de 200.000 anos tanto é que

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nos outros artigos seguintes quando usa uma coisa muito especulativa de data essa data varia entre 60.000 anos e até

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300 400.000 anos porque na verdade ela é especulativa sobre a data do que viveu o

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que é certo o que é absolutamente inquestionável é a informação que ela encontrou que toda a humanidade é filha

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de uma única mulher isso não tem para onde correr mas a data de 200.000 anos é

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muito hipotética mas o que que aconteceu mesmo

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o artigo sendo um artigo evolucionista ela fala de de de separação de entre homens e símios eh fala de ocupação de

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dezenas de milhares de anos atrás né mas mesmo assim só o fato dela ter

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encontrado que toda a humanidade veio de uma única mulher de um único útero só o

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fato dela ter encontrado isso ela ela encontrou uma barreira muito forte para

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publicar esse achado dela porque aquilo que eu falei até na palestra de ontem tudo aquilo que não concorda ou que não

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está dentro da historinha evolutiva de D encontra muita dificuldade muitas

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barreiras para ser publicado mesmo que o artigo seja evolucionista mas se ele traz um dado que vai complicar a

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historinha evolutiva ele já encontra uma barreira para ser publicado E ela diz isso ela diz o seguinte nós escrevemos o

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artigo e o submetemos no final de 85 e ele foi revisado por mais de um ano na Nature porque os britânicos não queriam

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que ele fosse publicado por quê Porque tava acabando com a hipótese de que saiu surgindo ser humano de macaquinho em

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vários lugares né mesmo após a publicação a Rebeca kem diz o seguinte

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eu recebi muitas cartas de ódio cartas de maníacos alguns com rab rabiscos

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estranhos recebi ligações aleatórias no meio da noite ela diz inclusive até nessa entrevista que o FBI foi na casa

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dela tal Porque ela tava recebendo ameaça de morte por ter publicado um artigo científico por ter feito uma

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descoberta científica mas que não se encaixava dentro da história

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evolutiva né e o que que acontece um tempo depois o pessoal disse ah já que

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toda a humanidade é filha de uma única mulher e como é que ela conseguiu descobrir isso pela chamada

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matrilinear Você tem uma uma linhagem única matrilinear que você consegue

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comparar sem haver o cruzamento genético Porque todo o DNA vem da mãe né too DNA

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mitocondrial vem da mãe aí o que é que os cientistas pensaram pô se todo se dá

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para fazer esse regressão genética linear pela mãe a gente também consegue fazer isso pelo cromossomo Y que só vem

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pelo pai não há um cruzamento genético na hora da reprodução em que o

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cromossomo Y possa vir pela mãe ele também só vem pelo pai então você consegue fazer uma regressão patrilinear

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e fizeram isso com o cromossomo Y E adivinha toda a humanidade é filha de um

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único pai olha olha só que coincidência

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né mas como é que os evolucionistas lhe dão com essa informação né eles começam

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a supor que Primeiro eles dizem que aconteceu com esse primeiro pai um único

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pai eh deu origem a uma população essa população não se misturou Morreu todo

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mundo na face da terra só ficou aquela população daquele pai e dezenas de

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milhares de anos depois uma mãe deu uma origem a uma população de mulheres em

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que morreram todas as pessoas da terra e só ficou essas mulheres dá para acreditar num negócio

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desse isso acontecer duas vezes do nada e você perguntam um evolucionista Como foi esse fenômeno não não tenho a menor

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ideia por quê Porque eles acreditam que é necessário que existam outras pessoas

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ou outros seres humanos Antes desse primeiro pai e dessa primeira mãe de toda a humanidade ele eles precisam

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acreditar nisso porque senão a ideia a a historinha de milhões de anos não faz sentido mas isso meus amigos é

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lógicamente impossível de ter ocorrido Porque percebam mesmo no evento mais

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radical que a gente teve que é que foi o dilúvio onde sobraram só oito pessoas

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você não teve uma única linhagem de mulheres que sobrou você até teve uma única linhagem de homens que os três

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filhos que sobraram eram filhos de Noé né então você tem uma única linhagem de homens porém de mulheres você tem pelo

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menos três linhagens né e veja a radicalidade desse evento onde sobraram

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só oito pessoas então imagine um evento evolutivo que aconteceu duas vezes onde por algum acaso Só selecionou aqueles

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homens e depois só se relacionou aquelas mulheres daquela linhagem isso não faz o

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menor sentido e não tem nenhum evolucionista que consiga explicar isso ele simplesmente acredita que isso

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aconteceu mas agora é que vem o ponto crucial né apesar de ser extraordinárias

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essas duas descobertas que todos nós viemos de uma única mãe de um único pai ainda se permanecia essa historinha

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evolutiva de que isso levou centenas de milhares de anos ou até milhões de anos

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só que isso começa a mudar eh em 1900 em

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1992 antes de explicar isso para vocês eu preciso explicar esse map Zinho que a Rebeca Ken encontrou eh se vocês

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perceberem uma letra A ancestor que é o o o ancestral né Essa seria a Eva

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mitocondrial a mãe de todos e dela vaii subindo uma linhagem aqui olha e dá essa

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volta até o J correto cada uma dessas letras é o que a gente chama de mutação

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afixada no DNA mitocondrial perceba que não são muitas tem a Eva que é a letra A

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aí tem a b c d e f g h e i que são as oito mutações que a gente encontra no

15:00

DNA mitocondrial e o J que é a geração que nós estamos né só que ao todo você

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só tem oito mutações AF fixadas no DNA mitocondrial isso já deixou eles

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bastante chocados então a Rebeca Ken para poder encaixar dentro da história evolutiva e ela ainda disse que esticou

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o máximo possível para trás que ela pôde para encaixar dentro da história evolutiva ela imaginou que cada mutação

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dessa aconteceu a cada 800 gerações né porém isso começa a mudar em

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1992 com esse estudo aqui do Ron lstr que na verdade é uma equipe né uma

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equipe de de mais duas pessoas onde ele o estudo se chama estimando taxas de

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substituição a partir de dados moleculares usando o coalescente

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Opa o coalescente é justamente essa técnica de regressão genética

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comparativa né então ele ele ele tem todos os dados aqui ele pega 63

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sequências ele pegou esse primeiro estudo ele pegou uma amostra bem pequena e mesmo nessa amostra pequena ele Se

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surpreendeu com o resultado dela por quê ele chega à conclusão o seguinte o

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número total de mutações excedeu o número de posições variáveis observadas em uma média de sete vezes explicando o

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que ele encontrou foi que essas mutações eram no mínimo sete vezes mais rápidas do que a hava sido previsto no no no no

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no artigo da Rebeca kem isso já jogou aquela idade de 200.000 anos que ela

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tinha previsto para cerca de 28.500 anos e isso já virou um problema Seríssimo pr

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pra evolução só que o mais importante desse artigo não

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foi nem essa data de 28.500 anos que ele que ele encontrou foi justamente o método empírico que Ele

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propôs esse método empírico é que vai causar um reboliço tremendo dentro da

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genética porque não é mais especulativo eu não tô pegando fóssil de não sei aonde história de não sei quem de não

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sei o que eu tô olhando o DNA e contando quanto tempo leva para fixar uma uma uma

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mutação é uma coisa empírica direta não é especulativa não é hipotética 4 anos

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depois a gente vai ter o Esse estudo da equipe do Dr Hell é um

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o junto com Neil howell o an kubaca e David ma né kubaca Parece aquele cara do

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chibaku que é um um um um erro genético é uma coisa bem fácil de ser notada

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dentro do Genoma E aí eles compararam uma amostra muito maior eles pegaram 45

17:50

membros de linhagens matrilineares aí saíram comparando

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voltando E aí eles chegaram ao resultado que chocou muito eles eles dizem isso no

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artigo que eles ficaram chocados com a velocidade com que essas mutações se AF fixavam então eles chegou a encontrar

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uma média de uma mutação a cada 25 gerações entre uma mutação e 25 a cada

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25 gerações e uma mutação a cada 40 gerações né gravem essa esse dado uma

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mutação a cada 40 gerações que eles inclusive dizem que provavelmente é o mais correto é o de uma mutação a cada

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40 gerações só que a equipe do Dr Hell ele utilizou um

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uma um um tempo de geração para uma geração para outra de 26 anos esse tempo

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o próprio rell a própria equipe dele diz que foi alongado também tentando jogar

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essa coisa para mais para trás o mais possível porque eles estavam chocados o quanto rápido era isso né E aí eles

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encontraram umas datas entre 5200 anos se for uma mutação a cada 25 gerações há

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8400 anos se for uma mutação a cada 40 gerações mas lembrem-se que ele tá

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usando aqui 26 anos por geração né só que nesses 5200 anos e 8400 anos a gente

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já acha uma data bem parecida com que os textos bíblicos e outros textos de culturas dizem também né que seria de

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aproximadamente 6500 anos se a gente fizer a contagem cronológica por exemplo da Bíblia a gente vai achar em torno de

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6500 anos entre Adão e a geração atual eu me lembro que eu também não

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acreditava nisso tá pessoal assim a a a eu me lembro que a primeira vez que eu conversei isso com uma pessoa a pessoa

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disse olha a Bíblia diz lá que a gente tem menos de 7.000 anos eu me lembro que eu disse ah rapaz que coisa absurda eu

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não sabia Eu não eu não tinha ideia de que existiam evidências de que isso podia ser real e a gente escuta desde

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pequenininho que a terra tem milhões bilhões de anos né encontraram fóssil de sei lá quantos 100.000 anos 300 500 1

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milhão então a gente aqui acredita nisso mas isso é tudo especulativo empírico É isso aí que eu

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tô mostrando para vocês A genética é uma coisa extraordinária meus amigos ela realmente consegue mostrar a história da

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humanidade Isso é incrível é incrível parece que Deus criou realmente um livro

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onde vai sendo registrado geração por geração pra gente conhecer nossa história isso é maravilhoso eu eu fiquei

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encantado com isso quando eu quando eu descobri o estudo da Eva mitocondrial né E aí O o que é que o o

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howell diz né Isso é bem interessante a conclusão do artigo dele até que essas várias questões sejam resolvidas a

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questão porque ele faz uma discussão poxa o que eu encontrei é muito diferente dos 200.000 anos que tá se

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especulando Aí ele diz assim até que essas várias questões sejam resolvidas a

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explicação mais simples para nossos resultados é que as abordagens

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filogenéticas subestimaram substancialmente a taxa de de divergência do DNA mitocondrial e que as

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taxas mais rápidas derivadas do coalescente aí ele usa até o estudo

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passado lstr que eu mostrei para vocês e Os Atuais abordagens genealógicas são

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mais precisas o que é que ele tá dizendo que essa abordagem empírica é mais precisa do que a abordagem hipotética

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isso é até Lógico o que ele tá dizendo né os presentes resultados assim como

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diz ludom do do estudo passado sugerem uma origem muito mais recente pros

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humanos modernos Por que é que eles chamam humanos modernos porque novamente é um artigo evolucionista é um artigo

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evolucionista por isso que eles ficam tão chocados e ele só foi publicado porque é evolucionista né mas ele diz olha não tá

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batendo as coisas são muito mais recentes o que a gente vê no Genoma é muito mais recente e aí vem esse estudo

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que eu acho Fantástico que é da equipe do Dr Parsons Ao todo são 12

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geneticistas envolvidos nesse Esse estudo porque é um estudo Opa

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agora esse bicho tem um Ele não gosta muito do retroprojetor não

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eh deixa eu voltar aqui ah eh o Dr passons junto com a equipe de de outros

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11 geneticistas eles fazem um estudo muito mais amplo eles pegam assim várias

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famílias várias nagens inclusive esse artigo essa pesquisa o Parsons começa

22:30

porque ele participou da exumação do cadáver de de uma pessoa da família

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romanov que foi o último quisar da Rússia e na hora que eles foram fazer

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esse exame o pessoal disse olha tem uma mutação aqui isso é muito rápido então é possível que essa pessoa não seja da

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família do kizar só que eles viram não é da família do kizar e a mutação realmente aconteceu rápido e isso

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despertou no Dr Parsons a ideia de contar essas essa esse tempo de uma

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mutação para outra para ela se afixar e nisso eles fizeram uma pesquisa assim enorme enorme né eles pegaram os

23:08

novamente os polimorfismos que é essa mudança no Genoma e fizeram comparações

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pegaram base de dados de 90 africanos 115 afro-caribenhos 114 africanos de

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Serra Leoa 90 hispânicos 100 britânicos caucasianos 233 europeus e novamente

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aquele da família romanov né E qual foi o resultado que eles encontraram usar

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nossa taxa empírica para calibrar o relógio molecular do DNA mitocondrial

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resultaria em uma idade da ancestral comum mais recente porque eles não admitem ser a primeira porque senão não

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encaixa dentro da história da evolução aí eles chamam de ancestral comum mais recente né usar nossa taxa resultaria em

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uma idade da ancestral comum mais recente de apenas 6.500 anos

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claramente incompatível com a idade conhecida dos humanos modos Vejam o a

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equipe do Dr Passos encontrou foi o mesmo que a equipe do Dr encontrou uma

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mutação fixada a cada 40 gerações Aica diferena para

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o pesis anterior e veja foram duas pesquisas em laboratórios com geneticistas completamente diferentes e

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empiricamente eles Encontraram o mesmo resultado né de uma mutação a cada 40

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gerações a diferença foi o tempo que ele usou para gerações porque o que se admite mas e precisamente é que cada

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geração de uma geração para outra Dura 20 anos não é 26 anos como o Hell

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utilizou que ele mesmo diz que tenta jogar para trás se você pega a cada 20 anos e coloca essa taxa de uma mutação a

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cada 40 gerações sendo 40 gerações a cada 20 anos e você tem oito mutações você encontra entre se 6400 e 6500

25:00

anos que é exatamente o que a gente encontra dentro da cronologia

25:05

bíblica isso é exatamente o que a gente encontra dentro dos textos bíblicos ele encontrou isso no Genoma empiricamente

25:12

eles dizem que ficaram assustados também todos eles todos esses artigos os os geneticistas disseram que não esperavam

25:18

os resultados que eles encontraram até tentavam e e e e achar explicações mudar

25:25

aquilo para ver se conseguiam jogar para e não se consegue literalmente não se consegue tanto que não teve nenhum outro

25:31

estudo que desmentiu isso aí o que eles disseram é que não presta não a técnica

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empírica não presta o que o que presta é a técnica a suposição que a gente faz para eles a suposição é muito mais muito

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mais crível porque se encaixa dentro da teoria da evolução do que algo empírico que eles estão vendo que eles conseguem

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medir diretamente e quando você mede diretamente quando é empírico você acha essa data 6500 anos atrás para a

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primeira mulher que deu origem a toda a humanidade orha meus amigos como é que a

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gente vai negar isso como é que dá para negar isso um resultado empírico genético tão simples

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de ser obtido né então o que que acontece em 1997 no ano seguinte foi

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lançado esse outro artigo vejam que todos esses artigos que eu mostrei para você para vocês são da Nature Science

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Esse daí é da Trends inan College Evolution revistas com

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eh viés totalmente evolucionistas né mas que não tiveram como negar o que foi

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encontrado empiricamente E aí foi publicado esse do Laurence Law e do sfed sherry Onde eles fazem assim um trabalho

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maravilhoso o título eu acho massa né o título do artigo é Eva mitocondrial a

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Trama se complica Por que que a Trama se complica porque ele começou a comparar

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com o DNA de outras espécies de outros animais e esses outros animais começaram

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a bater com essa data de 6500 anos quando se faz também a chamado co elente

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em outros animais na mitocôndria de outros animais também bate com a data da Eva mitocondrial que coisa incrível né

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Eu acho eu achei assim esse artigo é super curtinho assim cara tem duas páginas assim não est você ler ele mas é

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riquíssimo em informações e E aí ele faz até testes para saber se

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tem pontos quentes se tem alguma explicação para essa taxa tão rápida e não e isso é encontrado também em outras

27:30

espécies né aí eles concluem esse artigo dizendo o seguinte se a evolução

27:35

molecular for realmente neutra nesses locais uma taxa de mutação tão alta indicaria que a Eva essa mãe de toda a

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humanidade viveu cerca de 6.500 anos atrás uma figura claramente incompatível

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com as teorias atuais sobre as origens humas que teorias são essas as teorias

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evolutivas isso não bate com a teoria evolutiva de jeito nenhum não tem como encaixar isso de jeito nenhum na te na

28:00

teoria da evolução por isso que foi rejeitado e isso deu um buruçu tremendo

28:05

teve um artigo na sence a mulher mostrando Olha tá tendo essa confusão aqui tal aqui ali não a gente simplesmente vai rejeitar a coisa

28:11

empírica porque não tá batendo com a nossa teoria né porque o que é mais importante não é o que se encontra na

28:18

ciência para essas pessoas não essas pessoas não estão nem aí pros dados empírico pra ciência Não elas querem

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sustentar uma crença numa teoria falida isso para eles é mais importante do que qualquer coisa do que qualquer dado eu

28:30

falei Até recentemente tem um vídeo do pirula que foi encontrado mais um fóssil de macaco lá na Europa e aí eles diz não

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esse macaco aqui é da linhagem humana né E então provavelmente a linhagem humana nasceu na Europa Rapaz o piru lem doidou

28:46

disse não os racistas vão pegar isso a gente tem que ser africano a gente tem que ser africana a

28:53

nossa origem tem que ser africana Olha eu não tô dizendo nem que é africana nem que é europeia e nem que é asiática eu

29:00

tô dizendo é que a gente não pode colocar a nossa ideologia à frente dos dados porque senão isso não é

29:06

Ciência isso não é ciência por que que ele não pode aceitar que a origem não é africana para não dar razão a racistas

29:14

Ora meu amigo a ciência não tem que se preocupar com isso não ela tem que se preocupar com o que ela encontrou se eu

29:19

tô preocupado com isso eu não tô fazendo ciência eu tô expondo minha ideologia e no caso do da genética a

29:26

gente não tem para onde correr isso é muito claro isso é muito notório a a Eva

29:32

e o DNA mitocondrial de outras espécies eh é o momento Justamente que o Laurence

29:37

faz ele compara as coisas e vai mostrando que não faz sentido isso se você pegar bois cavalos e tudo mais

29:44

quando eles foram domesticados eles sofreram uma mutação a que se afixou no

29:50

DNA mitocondrial né E quando eles pegam e usam a técnica que vai dar 200.000

29:57

anos atrás não casa com a história da domesticação dos animais a história da

30:02

domesticação dos animais ela começa 6000 6500 anos atrás isso é aceito pelo próprio evolucionismo né E aí quando

30:10

eles vão buscar os primeiras mutações da do DNA mitocondrial dos animais Eles encontram Exatamente isso essa data

30:17

mágica sabe de menos de 10.000 anos e entre 6 e 6500 anos por exemplo esse

30:25

artigo né esse artigo buscou fez essa a mesma técnica no DNA mitocondrial de cavalos né Aí ele diz assim olha se usar

30:33

a técnica antiga a gente vai jogar esses cavalos para 100 e 200.000 anos só que a gente sabe que os humanos não estavam

30:40

domesticando cavalos há 100 200.000 anos eles começaram a domesticar cavalo quando há 6.000 anos Olha que

30:47

interessante aí bate certinho quando você usa a técnica empírica que encontra

30:52

no genô bate certinho com que com com a Eva mitocondrial com essa

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taxa acelerada de mutação né Aí ele diz portanto e restos de cavalos vê que

31:04

coisa interessante essa situação restos de cavalos tornaram-se cada vez mais frequentes em sist arqueológicos no sul

31:10

da crânio do Cazaquistão a partir de 6000 anos atrás onde evidências limitadas de desgastes dos dentes

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sugerem que alguns cavalos poderiam ter sido montados portanto um cenário

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consistente com o registro Arqueológico e os resultados genéticos empíricos esse que a gente tá mostrando

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de 6500 anos e se vocês forem

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pegar Opa e se vocês forem pegar isso acontece com cães

31:41

chipanzés mudou de novo né Vamos

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lá ver se ele quer agora aí a minha tela já não é

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ela aí se vocês forem pegar e fizer isso com cães fizer isso com chimpanzés fizer

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isso com bisões que é uma espécie de búfalo todos eles você se usar a técnica

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de regressão muito antiga de 200 300 anos não bate com que eles encontram mas

32:13

se usar a técnica de mutação rápida que é o que a gente encontrou da Eva mitocondri 6500 anos bate certinho né ou

32:21

seja mesmo as outras espécies demonstram que a origem delas é muito recente não

32:27

tem nada de milhões bilhões de anos tem nada disso a gente não vê isso no

32:32

Genoma em 2010 foi foi publicado esse artigo que é

32:39

chamado porque as mitocôndrias deveriam definir as espécies é de dois

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geneticistas eles passaram 10 anos para publicar esse artigo 10 anos e tiveram

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uma tremenda dificuldade de publicar esse nesses 10 anos eles compararam

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cerca de 100.000 espécies eles falam espécies mas na verdade é família genética eles compararam 100.000

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famílias genéticas diferentes de dos que vocês imaginarem de inseto de peixe de

33:10

mamífero de réptil do que vocês imaginaram eles compararam e o que foi

33:15

que eles descobriram que 90% das espécies

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surgiram ao mesmo tempo e é compatível com a data de

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surgimento da Eva mitocondrial foi tudo criado ao mesmo tempo meus

33:31

amigos amém amém foi tudo criado ao mesmo tempo essa diferenç de 10% que

33:39

eles não encontram é porque nos peixes nas espécies aquáticas essa variação da mitocondrial varia um pouco aí por isso

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que eles não puderam confirmar que 100% das espécies surgiram ao mesmo tempo mas eles confirmaram isso que pelo menos 90%

33:53

das espécies surgiram ao mesmo tempo na mesma época E aí eles calculam

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justamente jogando para 200.000 anos atrás porque se eles dissessem que que que era 6.500 anos atrás todas as

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espécies aí não não tinha para onde né aí eles dizem aqui abre aspas essa

34:10

conclusão é muito surpreendente eu lutei contra ela o máximo que eu

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pude vejam os autores ficam tentando brigar com com com os dados científicos que eles encontram para poder se

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encaixar dentro da teoria da evolução e quando não se encaixa Ele ficam

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desesperados mas quando o cientista é honesto ele publica ele vai lá o que eu

34:34

encontrei é diferente do que eu esperava quando o cientista é honesto então o que que acontece

34:42

percebam a Teoria da Evolução sempre fala dessa história de milhões de

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anos mas geneticamente é impossível que nós tenhamos milhões de

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anos por quê justamente por caus causa das mutações o DNA humano ele tá

35:00

acumulando tantas mutações que ele não tem essa possibilidade de existir

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durante milhões de anos Isso é literal ele não tem essa possibilidade antes da gente atingir 1 milhão de anos nosso DNA

35:12

já vai tá todo desarranjado por mutações quem teve aqui na palestra ontem eu falei que mutações só causam problemas

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no DNA são erros mutações genéticas são erros nas cópias do do do DNA e esses

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erros eles quando começam a se acumular eles começam a a tirar a aptidão humana

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a aptidão é nossa capacidade de pensar a nossa capacidade a nossa estabilidade emocional a nossa capacidade de realizar

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tarefas tudo isso é aptidão humana né esse artigo já em 1956 ele vai mostrar

35:46

Justamente que todos os gênes mutantes conhecidos são prejudiciais esse cara

35:51

foi um dos maiores cientistas da época ele fez pesquisa justamente com aquelas pessoas do Japão que foram atingidas por

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por e pela bomba de Hiroshima e Nagazaki né Eh e ele pesquisou e ele verificou

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isso empiricamente todas as mutações encontradas são deletérias não há uma

36:10

única mutação benéfica as primeiras pesquisas com essas taxas Ora se as

36:15

mutações são deletérias os geneticistas começaram a pensar assim vamos ver então o que é que ela tá fazendo no Genoma

36:21

humana o Genoma Humano as primeiras pesquisas já mostraram que a as mutações

36:27

tão destruindo o Genoma Humano né Essa primeira pesquisa por exemplo ela vai

36:32

encontrar uma taxa de de perda de aptidão humana entre 1 e 2% por

36:39

geração por geração a gente tá perdendo Nossa aptidão de 1 a 2% em 2010 eles encontraram que essa

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taxa é ainda mais rápida as mutações estão se acumulando tanto que nós estamos perdendo a nossa aptidão humana

36:53

entre 3 e 5% por geração né então Imagine se a gente tá perdendo

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3 A 5% de de aptidão por geração como é que a gente pode ter milhões de

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gerações a resposta é não podemos não podemos é um limite é uma

37:11

barreira de limite de mutacional e esse artigo de 2016 vai justamente

37:18

confirmar isso vejam é de uma das revistas mais conhecidas do mundo a genetics que é da Universidade de Oxford

37:24

e ele vai dizer justamente isso que e as taxas de mutação somáticas humanas

37:31

estão substancialmente Acima das Linhas germinal ou seja acima do que eles

37:36

esperavam mas isso também é observado em outras espécies ou seja não é só a o DNA

37:43

humano que tá perdendo a aptidão a de outras espécies de seres vivos também

37:49

mostrando como a gente tem essa essa esse casamento entre as outras espécies

37:54

e a espécie humana aí Vejam o que o que ele diz né a consequência a longo prazo

38:00

de Tais efeitos é uma deterioração genética esperada na condição humana de

38:05

linha de base potencialmente mensurável na escala de tempo de algumas gerações

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aí depois no artigo ele vai botar 100 anos ou seja só cinco gerações né e o

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que é que me surpreendeu também esse cara também que eu trouxe para vocês esse

38:22

Gerald Ah eu não sei falar o sobrenome dele ele é um dos mais conceituados

38:27

geneticistas do mundo e ele fez justamente uma uma uma pesquisa sobre isso em que ele colocou o título do

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artigo nosso frágil intelecto né ele vai pegando a o prejuízo intelectual de uma

38:40

geração para outra né eu eu costumo dar o exemplo por exemplo de Platão Platão

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há 2400 anos atrás escrevia coisas que hoje são ensinadas na universidade os

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caras não entendem mostrando como é essa capacidade intelectual ela tá diminuindo

38:59

porque Platão não escrevia pra elite n as pessoas entendiam o que Platão dizia hoje não

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entendem 2400 anos depois ou boa parte Claro muita gente entende mas não você

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vai ensinar nas universidades as pessoas o que que esse cara tá dizendo né porque não tá pegando porque não tem o mesmo

39:17

nível de inteligência que a gente tinha no passado a gente era muito mais inteligente quando o nosso DNA foi

39:22

criado quando nós seres humanos for criados nosso nível de era muito maior as mutações é que tá prejudicando a

39:30

nossa capacidade intelectual e isso ele confirma Nesse artigo ele vai dizer por exemplo que com base nas estimativas de

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frequência com que mutações deletérias aparecem no Genoma Humano e na suposição de que 25000 genes são necessários para

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a capacidade intelectual é muito provável que dentro de 3.000 anos cerca

39:50

de 120 gerações toda a humanidade sofrerá duas ou mais muta AES

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prejudiciais à nossa estabilidade intelectual emocional a gente tá falando de 120

40:03

anos como é que a gente tem milhões geneticamente isso é impossível

40:09

nós termos milhões de anos é impossível não é que é difícil não é que é impossível

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e ele diz o seguinte aí vejam que interessante né o professor Marcos inclusive costuma citar que esse número

40:22

6000 parece ser um número mágico quando a gente tá trabalhando com genética e é

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veja o que esse cabré vai concluir no artigo dele juntos o grande número de

40:33

genes necessários para a função intelectual e emocional e a suscetibilidade única desses genes a

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perda de heterozigosidade me levam a concluir que nós como espécie somos

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surpreendentemente frágeis intelectualmente e talvez tenhamos tenhamos tido um atingido um pico de

40:54

intelecto entre 2000 e 6000 anos atrás ele tá dizendo que nosso intelecto

40:59

atingiu o pico máximo há 6000 anos atrás ou seja quando a gente foi criado quando

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a gente que foi criado a gente era perfeito meus amigos não tinha esse negócio de mutação não as coisas que a

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gente vê hoje no no nos genomas nas pessoas isso é justamente fruto dessa deterioração genética que aconteceu

41:18

geração após geração e que não pode ter sido há milhões de anos literalmente não

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pode é um limite é uma barreira f aí veja o que é um cientista sincero

41:30

cientista sincero mesmo evolucionista ele faz as questões certas ele diz assim mas se estamos perdendo nossas

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habilidades intelectuais como as adquirimos em primeiro lugar porque não faz sentido pela Teoria

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da Evolução se a gente tá perdendo como é que a gente adquiriu não faz sentido

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isso empiricamente a Teoria da Evolução não se sustenta

41:55

geneticamente E aí vem a parte que eu mais gosto além de mostrar que a gente não

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pode ter milhões de anos além de mostrar que todos nós somos filhos de uma única

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mulher além de mostrar que todos nós somos filhos de um único homem o Genoma

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ainda é capaz de mostrar o dilúvio Já pensou que coisa

42:20

extraordinária né o Genoma é capaz de mostrar que na história da humanidade

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Houve um momento de gargalo tão extraordinário tão extraordinário que só

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sobraram três linhagens mitocondriais ou seja só sobraram três

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mulheres né Tem esse primeiro artigo que é do Nathaniel

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Jerson sobre a origem das diferenças do DNA mitocondrial humo né aí ele pega uma

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coisa enorme também um monte de amostras sai fazendo coalescente a regressão todinha tal e tudo mais e chega nesse

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grande gargalo e nesse grande gargalo ele vai mostrar que os resultados né

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consistente com esse registro histórico O Dilúvio três nódulos principais são

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vistos na árvore do DNA mitocondrial né o centro do diagrama mostra três troncos

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principais Vocês estão vendo aquelas setinhas ali ó é porque tá um pouco Claro a Eva teria estaria um pouco mais

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abaixo mas quando ela vai na linhagem a momento em que há um gargalo onde ficam

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só três linhagens de mulheres só que nem precisava o Natanael Jerson ter feito

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isso por eu descobri depois um negócio chamado macro apl grupo mitocondrial Na

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medida que foi feito foi se fazendo a regressão genética das mitocôndrias do DNA

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mitocondrial se começou a agrupar isso em macr grupos macro quer dizer grande

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aplo quer dizer pequeno né aí por que macro aplo grupo é porque os grandes

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grupos com pequenos genomas que são os menores que TM os menores números de de mutações e o que é que eles descobriram

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novamente toda a humanidade vem dessa primeiro macro aprog grupo que eles chamaram de macro aprog grupo l e que

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deu origem a várias outras mitocôndrias mas que em determinado momento houve um gargalo onde Ficaram só

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o macrogotero do L também e o n Houve um

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momento em que houve um gargalo onde Ficaram só três mulheres né E esse

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gargalo foi tão sistemático que logo após logo depois gerou um outro macr grupo que aí já vem do descendente de

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alguma dessas mulheres isso aqui é hipotético eu coloquei que o macr grupo seria de Jafé da esposa de Jafé outro da

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esposa de quem e outro da coisa de 100 mas isso aqui eu não sei exatamente se é se era correspondente né mas que foram

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só três mulheres que sobraram em determinado gargalo isso A genética mostra e mostra assim sem sombra de

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dúvida tem nem como a pessoa discutir tanto que quando eu mostrei isso lá não teve um evolucionista que disse tá

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errado porque não tem como isso aí tá muito claro muito Evidente né esse

45:20

gargalo e isso É extraordinário eu já tô até ter hoje eu vou terminar até mais cedo hoje eu tô

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ligado aí meus amigos percebam Ao Total

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nesse nessa minha pesquisa sobre a Eva mitocondrial eu trago 19 artigos

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científicos diferentes eu poderia ter trazido até mais principalmente a respeito de mutação Porque toda pesquisa

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com mutação demonstra que a mutação tá destruindo o Genoma Humano mutação não traz evolução quem confia Os

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evolucionistas Que Confiam em mutação para poder gerar uma nova espécie mais complexa mais a prim morada mais

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evoluída é uma ilusão não há mutação que faça isso porque o Genoma não é uma

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avacalhação de letrinhas o Genoma não é isso é um sistema altamente complexo e

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preciso matematicamente encaixado se você vai alterando aquilo aleatoriamente

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não vai gerar uma coisa benéfica ou boa uma coisa funcional vai gerar desarranjo

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da informação que foi criada inicialmente correta perfeita isso é lógico até E aí tem vários artigos aqui

46:27

quem quiser depois também pode entrar em contato comigo que eu vou mostrar as referências de tudo isso aqui que eu tô

46:33

falando para vocês tudo isso é artigo que vão mostrando isso da Eva mitocondrial e aí eu quero pedir a vocês

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assim quem quem não entrou Oxe ontem de ontem para hoje só na hora que eu pedi assim entraram mais de 100 pessoas no

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meu canal cara muito grato muito grato mesmo ah cerca de 45 dias eu lancei o

46:52

canal o polímata eh e E aí se vocês colocarem João Paulo

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Reis ou polímata vocês vão encontrar e nesse canal eu trago muitas informações

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Inclusive eu tenho um vídeo lá recente que é a origem da humanidade onde eu vou pegando por um outro aspecto mostrando

47:09

que homens e símios não t absolutamente nenhuma semelhança genética não há essa

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semelhança genética entre homens e símios aí nesse nesse vídeo de origem da humanidade tem duas horas eu vou

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trazendo só artigo científico também mostrando que não há a a nossa origem não tem a ver com a dos símios são

47:27

origens completamente diferentes de genomas assim como é de todas as famílias genéticas né então se vocês

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puderem entrar se inscrever no canal Eu agradeço muito vocês vão encontrar muitas informações lá eu vou est

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trazendo vídeos pelo menos uma vez por semana vou tentar trazer duas mas vou trazer pelo menos uma vez por semana e

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tá sempre nessa toada de tá desmintiendo essas ilusões evolucionistas de est desmentindo as alegações ateístas e e e

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que vão contra é Essa realidade que a gente encontra empiricamente meus

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amigos o design inteligente a teoria do Design inteligente ela trabalha de forma

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muito mais empírica e científica do que qualquer evolucionista todo evolucionista

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especula toda pessoa que tenta explicar a Teoria da Evolução ela faz isso

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através de hipótese especulação nós do Design inteligente não fazemos isso nós

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encontramos a coisa nós vemos como funciona o sistema e dizemos esse esse sistema tem informação

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tem inteligência tem uma complexidade redutível tem uma ante evidência ou seja uma capacidade de resolver o problema

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antes do problema se apresentar e tem um ajuste fino funcionando isso a a nossa

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teoria não trabalha com Deus das lacunas quem trabalha com Deus das lacunas é a teoria evolucionista nós somos muito

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práticos muito diretos Olha isso aqui funciona desse jeito e isso aqui para funcionar desse jeito não pode ter

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surgido espontaneamente aí a gente vai pra matemática a gente vai para o Genoma a gente vai para tudo que vocês

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imaginarem e prova isso por a mais b não é especulativo que a gente faz né a

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gente justamente tá combatendo a especulação ah Essas são revistas

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criacionistas e do designer inteligente são alguns dos endereços que vocês podem encontrar uma quantidade enorme de

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artigos não só da da da Eva mitocondrial mas de tudo que vocês arem a respeito do

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genome humano a respeito dos seres humanos a respeito de Geologia a respeito do universo a respeito de

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astronomia é fantástico assim eu adoro esses sites eu vou lá e me informo as

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coisas são muito bem não é não é uma pregação sabe não é uma coisa religiosa

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é uma coisa muito científica e muito legal assim vão nesses sites conheçam botem lá de vez em quando entrem para

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ver qual é a novidade que que que teve que vocês vão ficar super informados com isso e

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eh eu eu gosto como ontem né Eu gosto de de encerrar minhas palestras sempre com

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uma fase de daquele que eu acho que ser humano né físico maior físico de todos

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os tempos que para mim foi o Max né em que ele dez essa frase que eu

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acho magnífica que é para os crentes Deus está no princípio de todas as coisas para os cientistas ele está no

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final de toda reflexão basta a gente refletir

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pensar examinar e a gente encontra Deus a gente encontra nosso criador muito

50:31

grato a todos pela atenção grato [Aplausos]

50:42

[Música]

50:50

demais


BRADLEY, Daniel G. et al. Mitochondrial diversity and the origins of African and European cattle. Proceedings of the National Academy of Sciences, v. 93, n. 10, p. 5131-5135, 1996. Disponível: https://www.pnas.org/doi/pdf/10.1073/...

chrome-extension://efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/https://www.pnas.org/doi/pdf/10.1073/pnas.93.10.5131


CRABTREE, Gerald R. Our fragile intellect. Part I. Trends in Genetics, v. 29, n. 1, p. 1-3, 2013. Disponível: https://pdfs.semanticscholar.org/cc63... ce.pdf 

Não encontrado


CANN, Rebecca L.; STONEKING, Mark; WILSON, Allan C. Mitochondrial DNA and human evolution. Nature, v. 325, n. 6099, p. 31-36, 1987. Disponível: https://media.ellinikahoaxes.gr/uploa...

https://media.ellinikahoaxes.gr/uploads/2017/05/Mitochondrial-DNA-and-human-evolution.pdf


CROW, James F. The high spontaneous mutation rate: is it a health risk?. Proceedings of the National Academy of Sciences, v. 94, n. 16, p. 8380-8386, 1997. Disponível: https://www.pnas.org/doi/full/10.1073...

https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.94.16.8380 


A elevada taxa de mutação espontânea: representa um risco para a saúde? *

5 de agosto de 1997
94 ( 16 ) 8380 - 8386

Resumo

A taxa de mutação humana para substituições de bases é muito maior em homens do que em mulheres e aumenta com a idade paterna. Esse efeito se deve principalmente, senão inteiramente, ao grande número de divisões celulares na linhagem germinativa masculina. O aumento na taxa de mutação é consideravelmente maior do que o esperado se a taxa de mutação fosse simplesmente proporcional ao número de divisões celulares. Em contraste, as mutações que são pequenas deleções ou rearranjos não apresentam o efeito da idade paterna. O aumento observado com a idade do pai na incidência de filhos com diferentes mutações dominantes é variável, presumivelmente resultado de diferentes combinações de substituições e deleções de bases. Em Drosophila , a taxa de mutações que causam efeitos deletérios menores é estimada em cerca de uma nova mutação por zigoto. Devido a um número maior de genes e uma quantidade muito maior de DNA, a taxa humana é presumivelmente maior. Recentemente, os dados de Drosophila foram reanalisados ​​e a estimativa da taxa de mutação questionada, mas acredito que a totalidade das evidências apoia a conclusão original. A forma mais razoável pela qual uma espécie pode lidar com uma alta taxa de mutação é por meio da seleção quase truncada, na qual vários genes mutantes são eliminados por uma única "morte genética".
Meu tema é a mutação. A mutação é a fonte primordial de variabilidade sobre a qual a seleção natural atua; para mudanças neutras, ela é a força motriz. Sem mutação, a evolução seria impossível. Minha preocupação, contudo, não é com a mutação como causa da evolução, mas sim como um fator no bem-estar humano atual e futuro. Visto que a maioria das mutações, se é que têm algum efeito, são prejudiciais, o impacto geral do processo mutacional deve ser deletério. E é esse efeito deletério que quero discutir.
As ideias que apresento não são novas. Algumas remontam ao início do século, mas as evidências foram reforçadas nos últimos tempos. Nesta revisão, recorrerei ao trabalho de muitos que contribuíram para esta história.
Esta palestra é dedicada a três heróis. O primeiro é Wilhelm Weinberg, um médico e obstetra alemão muito ocupado — 42 anos de prática e mais de 3.500 partos — que, de alguma forma, encontrou tempo para inventar todo tipo de truque engenhoso para estudar a hereditariedade naquela espécie recalcitrante, o Homo sapiens . Ele foi o primeiro a sugerir que a taxa de mutação poderia ser uma função da idade paterna ( 1 ). O segundo herói é J.B.S. Haldane, um polímata excêntrico com um número enorme e uma incrível diversidade de realizações. Ele foi um dos primeiros a medir a taxa de mutação humana e o primeiro a notar uma diferença entre os sexos nessa taxa ( 2 ). O terceiro é H.J. Muller, que fez da mutação um tema experimental ao desenvolver um método objetivo para medi-la e demonstrar que a radiação ionizante é mutagênica. Nos últimos anos de sua vida, Muller dedicou grande parte de sua energia, física e emocional, a uma cruzada contra a exposição humana desnecessária à radiação. Curiosamente, ele deu pouca atenção ao que certamente é muito mais importante: os mutagênicos químicos. A principal razão é que, quando ele ainda estava ativo, não havia mutagénicos conhecidos que não fossem altamente tóxicos; o gás mostarda é um exemplo. Se ele tivesse conhecimento de compostos relativamente inofensivos que fossem altamente mutagénicos, certamente teria estendido a sua cruzada aos químicos ambientais. Curiosamente, embora Muller tenha enfatizado a elevada taxa de mutação espontânea, não a incluiu na sua cruzada, principalmente, creio eu, porque não via uma forma viável de a reduzir ( 3 ).

A natureza das mutações

É conveniente dividir as mutações em três grupos principais: ( i ) ganho ou perda de um ou mais cromossomos; ( ii ) rearranjo, ganho ou perda de partes de cromossomos como resultado de quebra cromossômica; ( iii ) alterações em genes individuais ou pequenas regiões de DNA. Os dois primeiros são geralmente chamados de mutações cromossômicas, o terceiro, mutações gênicas. É claro que as categorias se sobrepõem, e existem outros tipos de alterações que omiti. Meu foco hoje é o terceiro grupo, a mutação gênica. A alteração mutacional pode ser, e frequentemente é, uma substituição de nucleotídeo individual. Também pode ser o ganho, a perda ou o rearranjo de um grupo de nucleotídeos dentro ou próximo a um gene. A genética clássica não conseguia distinguir entre esses casos, mas as técnicas moleculares conseguem e, como mostrarei mais adiante, essa distinção é importante.
Para os propósitos desta apresentação, as propriedades mais importantes das mutações genéticas são: Primeiro, repetindo, se elas têm um efeito observável, são quase sempre prejudiciais. Segundo, a maioria das alterações não ocorre nos genes, mas na grande maioria do chamado DNA "lixo", que em sua maior parte não tem função conhecida. Muitas dessas alterações são efetivamente neutras. Terceiro, a maioria das mutações tem efeitos muito pequenos, se é que têm algum. Normalmente pensamos em uma mutação como uma mudança na cor dos olhos, uma doença evidente ou alguma outra alteração fenotípica nítida e marcante, e de fato, esses são os tipos de mutações que têm sido mais úteis para a análise genética clássica. Mas diversos experimentos em várias espécies, especialmente em Drosophila , mostram que a mutação típica é muito leve. Geralmente não tem efeito evidente, mas se manifesta como uma pequena diminuição na viabilidade ou fertilidade, geralmente detectada apenas estatisticamente. Quarto, o fato de o efeito ser pequeno não significa que seja irrelevante. Uma mutação dominante que produz um efeito muito grande, talvez letal, afeta apenas um pequeno número de indivíduos antes de ser eliminada da população por morte ou incapacidade de reprodução. Se tiver um efeito leve, persiste por mais tempo e afeta um número correspondentemente maior de indivíduos. Portanto, por serem mais numerosas, as mutações leves podem, a longo prazo, ter um efeito tão grande na aptidão quanto as mutações drásticas.

Taxas de mutação em machos e fêmeas

A primeira evidência de uma diferença entre os sexos nas taxas de mutação veio de Haldane, que estudou a hemofilia, uma grave doença hemorrágica ligada ao cromossomo X ( 2 ). Um homem com a doença herda o gene mutante da mãe. Isso pode ocorrer de duas maneiras: ( i ) a mãe carrega o gene mutante em um de seus cromossomos X, mas, como o gene é recessivo, ela é normal, ou ( ii ) a mutação ocorre em uma célula germinativa da mãe. Haldane demonstrou que, se a taxa de mutação for a mesma em ambos os sexos, dois terços dos filhos afetados provêm de mães heterozigotas (portadoras). Ele descobriu que quase todos os filhos afetados tinham mães portadoras, portanto, a mutação deve ter ocorrido em uma geração anterior. Assim, a maioria das mutações deve ocorrer em homens, como o avô materno. A análise de Haldane foi muito engenhosa, mas não totalmente convincente, em parte devido aos cálculos complexos necessários e em parte porque a identificação de mulheres portadoras por meio de um aumento no tempo de coagulação era, por vezes, ambígua ( 4 ). Mesmo assim, sua conclusão estava correta e trabalhos subsequentes a corroboraram ( 5 ).
Outra doença grave ligada ao cromossomo X, a síndrome de Lesch-Nyhan, é um defeito grave no metabolismo das purinas. Assim como a hemofilia, ela apresenta uma taxa de mutação muito maior em homens do que em mulheres ( 6 ). Em contraste, outra doença trágica ligada ao cromossomo X, a distrofia muscular tipo Duchenne, não apresenta uma diferença marcante na taxa de mutação entre os sexos ( 5 ). Voltarei a discutir por que esse gene difere dos outros dois.
Na genética clássica, não havia como determinar se uma mutação ocorria na mãe ou no pai, exceto para genes ligados ao cromossomo X. A biologia molecular mudou isso, e os resultados são impressionantes. Em um estudo sobre neoplasia endócrina múltipla tipo B (NEM2B), os pesquisadores conseguiram determinar a origem parental em 25 casos de novo ( 7 ). Todas as 25 mutações ocorreram no pai. Um estudo sobre neoplasia endócrina múltipla tipo A (NEM2A) revelou 10 novos casos, novamente todos de origem paterna ( 8 ). Um exemplo ainda mais extremo é a síndrome de Apert (acrocefalossindactilia). Cinquenta e sete novas mutações foram identificadas, e novamente todas eram paternas ( 9 ). Isso totaliza 92 novas mutações, todas paternas. Portanto, parece que, para algumas classes de mutações, quase todas ocorrem no sexo masculino.
Uma taxa de mutação masculina muito maior do que a feminina oferece uma explicação plausível para a quase ausência de homens afetados em doenças dominantes graves (letais ou esterilizantes) ligadas ao cromossomo X. Isso é exatamente o que se espera com uma alta taxa de mutação masculina ( 10 ). Como os homens afetados seriam provenientes quase que exclusivamente de mães heterozigotas, e tais fêmeas não se reproduzem, não se espera nenhum ou muito poucos filhos afetados. Essa parece ser uma hipótese mais plausível do que a explicação ad hoc geralmente invocada, a letalidade pré-natal de todos os homens afetados, o que parece improvável para todas as 13 doenças desse tipo.
A hemofilia clássica fornece outro exemplo, mas com um mecanismo diferente ( 11 ). Quase metade dos casos é causada por uma inversão do cromossomo X. Por algum motivo, as inversões ocorrem inteiramente em homens, ou quase inteiramente. É possível que, na ausência de um parceiro de pareamento na meiose masculina, o cromossomo X forme uma alça sobre si mesmo para produzir uma inversão. Se este é um caso isolado ou um exemplo de um mecanismo mais geral, ainda está por ser determinado.
Há evidências adicionais provenientes de uma fonte surpreendente: a evolução molecular. Sabemos que a taxa de evolução de um alelo neutro é simplesmente sua taxa de mutação ( 12 ). O cromossomo Y é encontrado exclusivamente em machos, enquanto os autossomos ocorrem igualmente em ambos os sexos. Portanto, se quase todas as mutações ocorrem em machos, a taxa de evolução de um lócus neutro no cromossomo Y deve ser cerca de duas vezes maior que a de um lócus autossômico. Uma comparação na ancestralidade humana de um pseudogene (argininosuccinato sintetase), com uma cópia no cromossomo Y e outra no cromossomo 7, mostrou que a evolução no cromossomo Y foi 2,2 vezes mais rápida ( 13 ). Existem inúmeras incertezas em tal estudo, mas ele reforça a hipótese da alta taxa de mutação masculina. Um estudo mais abrangente da evolução em íntrons mostrou que, nos primatas superiores, incluindo humanos, a proporção estimada entre machos e fêmeas é de 5,06, com limites de confiança de 95% entre 3,24 e 8,79 ( 14 ).

Efeito da idade paterna

Como explicar uma taxa de mutação maior em homens do que em mulheres? A explicação mais óbvia reside no número muito maior de divisões celulares na linhagem germinativa masculina em comparação com a feminina. Na mulher, as divisões das células germinativas cessam no momento do nascimento e a meiose só se completa quando o óvulo amadurece. No homem, as divisões celulares são contínuas e muitas divisões ocorrem antes da produção de um espermatozoide. Se a mutação estiver associada à divisão celular, como se as mutações fossem erros de replicação, deveríamos esperar uma taxa de mutação muito maior em homens do que em mulheres.
Isso reforça a forte previsão de que a taxa de mutação deve aumentar com a idade do pai, visto que quanto mais velho o homem, mais divisões celulares ocorreram. Por outro lado, não deve haver efeito da idade nas mulheres.
Permitam-me fazer um parêntese neste ponto para salientar que existe um efeito bem conhecido da idade materna em características causadas por erros na transmissão cromossômica. O tipo de acidente que leva a uma criança com um cromossomo extra está fortemente associado à idade da mãe ( 15 ). Pode haver um ligeiro efeito da idade paterna, mas o efeito muito mais marcante é o materno. Minha preocupação, no entanto, reside nas mutações genéticas que, quando consideradas aquelas com efeitos pequenos, são muito mais frequentes.
Mencionei anteriormente a sugestão de Weinberg de que as mutações deveriam estar associadas à idade paterna ( 1 ). Ele não conseguiu testar a ideia, e ela permaneceu adormecida por muitos anos. Atualmente, no entanto, está bem estabelecido que uma série de características hereditárias humanas estão associadas à idade do pai no momento do nascimento (ou concepção) da criança afetada.
O procedimento consistiu em identificar crianças com doenças hereditárias dominantes cujos pais eram normais. Em seguida, após a identificação desses trios, determinou-se a idade dos pais. Na literatura clássica ( 4 ), quatro condições apresentaram esse efeito: acondroplasia, síndrome de Apert, miosite ossificante e síndrome de Marfan. A idade média dos pais no momento do nascimento de uma criança afetada era 6,1 anos maior do que a dos pais de crianças normais na mesma população. Observou-se também um aumento menor na idade materna, de 3,8 anos, principalmente, senão totalmente, devido à correlação entre as idades dos maridos e das esposas. A idade materna e a ordem de nascimento não apresentaram efeito significativo independente da idade paterna ( 16 ).
Outro teste da hipótese é examinar a idade dos avôs maternos de homens com doenças graves do cromossomo X. Os pais de cinco filhas heterozigotas para a doença de Lesch-Nyhan, cujas mães eram homozigotas normais, eram cerca de 7 anos mais velhos do que a média da população; o erro padrão é, obviamente, muito grande ( 6 ).
Recentemente, foi relatado um efeito da idade paterna em cardiopatias congênitas ( 17 ). Ao agrupar defeitos do septo ventricular e atrial com persistência do canal arterial, os pesquisadores encontraram um aumento pequeno, porém significativo, na idade dos pais. Este foi um estudo caso-controle, com controle do tabagismo e regressão da idade materna. Cerca de 5% da incidência acima de 35 anos é atribuível à idade paterna. Isso sugere que uma pequena fração dessas cardiopatias congênitas se deve a mutações dominantes. Sugere também uma estratégia: examinar famílias em que os pais das crianças afetadas sejam excepcionalmente idosos. Uma análise de ligação e molecular pode levar à descoberta de um gene que predispõe a cardiopatias congênitas.
Um estudo de registros de nascimento e óbito de famílias reais europeias sugere que as filhas de pais idosos têm uma expectativa de vida ligeiramente menor ( 18 ). Isso é consistente com mutações no cromossomo X desempenhando um papel pequeno, mas significativo, na longevidade. Se confirmado, isso se somará à evidência de que a mutação é um fator no envelhecimento.
A doença de Huntington é causada por um número excessivo de repetições CAG. Quanto maior o número de repetições, mais precoce o início da doença. Os casos de herança paterna apresentam um aumento maior em relação ao valor parental do que os casos de herança materna ( 19 ). Essa discrepância pode ser consequência do maior número de divisões celulares na linhagem germinativa masculina. Demonstrar um efeito da idade paterna é complicado pela limitação da reprodução em idades mais avançadas devido à gravidade da doença.

Não linearidade do efeito da idade paterna

Vamos agora examinar o número de divisões celulares ancestrais a um espermatozoide produzido por um pai de determinada idade. Os dados necessários são resumidos por Vogel e Rathenberg ( 4 ). Na mulher, estima-se que o número de divisões do zigoto ao óvulo seja de 24. No homem, a situação é mais complexa. Até a idade da puberdade, Xp, considerada como 13 anos (Xp = 13), ocorrem 36 divisões (Np 36 ) . Depois disso , ocorrem 23 divisões por ano (ΔN = 23). Portanto, o número de divisões celulares anteriores à produção de espermatozoides em um homem de idade X é
Aos 20 anos, o número de divisões celulares é de cerca de 200, aos 30 anos é de 430 e aos 45 anos, de 770.
Podemos usar esses números para estimar o aumento médio na idade paterna associado a uma criança afetada, assumindo que o número de mutações é proporcional ao número de divisões celulares. Os cálculos dependem da variância das idades dos pais, que é de cerca de 50 anos, e levam a um aumento esperado de 2,7 anos ( 20 , 21 ). Embora existam incertezas, elas não são suficientes para explicar a grande discrepância entre o aumento esperado na idade paterna, de 2,7 anos, e o observado, de cerca de 6 anos. Claramente, a hipótese de que o número de mutações é proporcional ao número de divisões celulares está descartada.
Os dados são consistentes com uma função de potência da idade; o melhor ajuste envolve um termo cúbico. Uma análise um pouco diferente e mais sofisticada de Risch et al. ( 22 ) leva a uma conclusão semelhante. O efeito não linear é aparente para a síndrome de Apert e acondroplasia na Fig. 1 .
Figura 1
Frequência relativa de crianças afetadas de pais normais (ordenada) em função da idade paterna (abscissa). ( Esquerda ) Síndrome de Apert, n = 111. ( Centro ) Acondroplasia, n = 152. ( Direita ) Neurofibromatose, n = 243. Da ref. 22 .
Não considero esse efeito não linear nada surpreendente. Tudo piora com a idade, então espero que a fidelidade da replicação, a eficiência da edição genética e a correção de erros se deteriorem com o passar dos anos. Para um homem de 20 anos, a taxa de mutação masculina é cerca de 8 vezes maior que a feminina. Com um aumento linear, em um homem de 30 anos, a proporção é de 430/24 = 18, e aos 45 anos, é de 770/24 = 32. Com a não linearidade, essas proporções são muito maiores, cerca de 30 vezes maiores aos 30 anos e até duas ordens de magnitude maiores aos 40 anos. Exemplos como NEM2A, NEM2B e síndrome de Apert, em que um total de 92 novas mutações foram todas paternas, não são, portanto, tão surpreendentes. Quaisquer que tenham sido as forças seletivas que reduziram a taxa de mutação em nosso passado remoto, numa época em que a maior parte da reprodução devia ser muito precoce, não foram eficazes para homens mais velhos.
Concluo que, para diversas doenças, a taxa de mutação aumenta com a idade e a uma taxa muito superior à linear. Isso sugere que o maior risco mutacional para a saúde na população humana atualmente reside nos homens idosos férteis. Se os homens se reproduzissem logo após a puberdade (ou se um resultado equivalente fosse obtido por meio da coleta precoce de espermatozoides e seu armazenamento a frio para uso posterior), a taxa de mutação poderia ser bastante reduzida. (Não estou defendendo essa ideia. Em primeiro lugar, até que muitas outras doenças sejam estudadas, a generalidade dessa conclusão não está estabelecida. Além disso, não se sugere levianamente procedimentos tão disruptivos socialmente, mesmo que houvesse um benefício comprovado para a saúde.)

Por que algumas mutações não apresentam efeito da idade paterna?

A Figura 1 mostra um efeito muito reduzido da idade paterna na neurofibromatose. Da mesma forma, a distrofia muscular de Duchenne ligada ao cromossomo X não apresenta diferença significativa entre os sexos nem efeito da idade dos avós ( 5 ). Por que essas duas doenças deveriam ser diferentes?
A acondroplasia, que apresenta um efeito marcante da idade paterna (Fig. 1 ), deve-se principalmente, senão inteiramente, a uma substituição de base. Em 16 casos examinados ( 23 ), todas as mutações consistiam em alterações de glicina para arginina em um sítio específico; 15 eram transições GGG ⇒ AGG e a outra era GGG ⇒ CGG. Todas envolvem um dinucleotídeo CpG. Presumivelmente, mutações ocorrem em outras partes do gene, mas não produzem o fenótipo. De forma semelhante, as 57 mutações paternas na síndrome de Apert envolviam transversões C ⇒ G em dois sítios adjacentes ( 9 ).
Os genes da distrofia muscular de Duchenne e da neurofibromatose são ambos enormes, com muitos íntrons. Um estudo sobre distrofia muscular relatou que, de 198 mutações, 62% eram deleções ou duplicações ( 24 ). As mutações pontuais (38%) eram quase inteiramente provenientes do esperma, enquanto as deleções eram herdadas de ambos os pais; na verdade, os dados sugerem uma taxa feminina maior, mas os intervalos de confiança são amplos. Os dados para neurofibromatose são semelhantes ( 25 ). Cerca de dois terços são deleções e um terço são substituições de bases. Novamente, as substituições de bases são predominantemente paternas, enquanto as deleções são mais frequentemente maternas.
O ligeiro efeito da idade paterna na neurofibromatose (Fig. 1 ) deve-se provavelmente a uma mistura de uma minoria de substituições de bases com um forte efeito da idade paterna e uma maioria de anomalias cromossômicas sem esse efeito.
Isso sugere imediatamente uma hipótese: mutações pontuais estão de alguma forma associadas ao processo de replicação; elas apresentam uma taxa de mutação muito maior em homens e um grande aumento com a idade paterna. Mutações devido a pequenas alterações cromossômicas não estão especificamente associadas à replicação, pelo menos não correlacionadas ao número de replicações. Talvez elas ocorram em um momento específico, como a meiose; em todo caso, elas não parecem ocorrer repetidamente durante a proliferação das células germinativas.
É claro que existem exceções. SS Sommer (comunicação pessoal) estudou extensivamente o fator IX, uma característica ligada ao cromossomo X semelhante à hemofilia. As transições mostram o excesso esperado de mutações paternas, enquanto as deleções mostram um excesso feminino. Curiosamente, as transições GC ⇒ AT são mais frequentes em mulheres e geralmente estão associadas ao mosaicismo somático. Os dados sugerem uma idade materna mais elevada para as transversões. Os números são pequenos e será interessante verificar se a descoberta será confirmada. Caso seja, existem outros loci com efeitos semelhantes ou este é um exemplo isolado?
Em seu estudo extenso e detalhado, Risch et al. ( 22 ) classificaram as síndromes em dois grupos. O primeiro, com grande influência da idade paterna, inclui acrodisostose, acondroplasia, síndrome de Apert, nevo basocelular, disostose cleidocraniana, síndrome de Crouzon, fibrodysplasia ossificans progressiva, síndrome de Marfan, síndrome oculodentodigital, síndrome de Pfeiffer, progeria e síndrome de Waardenburg. O segundo grupo, com pouca influência da idade, inclui exostoses múltiplas, neurofibromatose, retinoblastoma, síndrome de Sotos e síndrome de Treacher-Collins. Assim, aproximadamente dois terços dessas condições parecem ser fortemente dependentes da divisão celular e o restante apenas ligeiramente. Presumivelmente, essas diferenças refletem diferentes proporções de substituições e deleções de bases.

Impressão e outras possibilidades

Alguns pesquisadores ( 26 , 27 ) invocaram a impressão genômica para explicar a maior taxa de mutação masculina. Sabe-se que a impressão genômica é dependente do sexo, então eles sugerem que uma impressão genômica defeituosa pode ser responsável pela alta taxa de mutação masculina. A impressão genômica ou a metilação podem "marcar" o cromossomo de alguma forma, tornando-o mais mutável. O mecanismo detalhado não está claro.
Esta é uma hipótese possível, mas creio que existem fortes argumentos contra ela como a principal explicação para o efeito do sexo e da idade paterna. Um deles é que a hipótese da impressão genômica, embora seja consistente com um efeito do sexo, não prevê um efeito da idade, enquanto a hipótese da divisão celular prevê. Além disso, mutações somáticas onde a impressão genômica não está envolvida mostram um acúmulo de mutações com a idade e, portanto, com o número de divisões celulares. Mutações somáticas da glicoforina A (o lócus do grupo sanguíneo MN) aumentam a uma taxa de cerca de 3% ao ano ( 28 ). Finalmente, a hipótese da impressão genômica preveria uma diferença sexual marcante no camundongo, que apresenta impressão genômica, mas não possui o grande número de divisões celulares característico do homem. Russell e Russell ( 29 ) fornecem 7,7 × 10⁻⁶ e 3,2 × 10⁻⁶ para a taxa de mutação espontânea por lócus em machos e fêmeas, respectivamente. Essas taxas são incertas, particularmente a taxa feminina, mas é evidente que não há uma diferença tão grande entre os sexos como a encontrada para a maioria dos genes humanos.
Por essas razões, prefiro a hipótese da divisão celular como a principal explicação para a alta proporção de taxas de mutação entre homens e mulheres e para o efeito da idade paterna. No entanto, essa pode não ser toda a história. Existem algumas pequenas discrepâncias inexplicáveis ​​na proporção sexual, possíveis irregularidades na inativação do cromossomo X e talvez distorção nas taxas de segregação ( 26 , 27 ). Portanto, não podemos descartar pelo menos alguns efeitos menores causados ​​por fatores que não o número de divisões celulares.
Há muito a ser feito. Uma das tarefas é confirmar ou refutar a hipótese de que as substituições de bases dependem da divisão celular, enquanto pequenas alterações citogenéticas não o são. Muitas outras doenças devem ser estudadas para testar as generalizações que fiz a partir de um número relativamente pequeno de casos. Grande parte do que discuti dependeu de métodos clássicos, mas estudos moleculares da origem parental e, presumivelmente em breve, análises diretas de espermatozoides deverão ser muito reveladores. Além disso, as inversões paternas, como as relatadas em alguns casos de hemofilia, e a expansão paterna de elementos repetidos, como na doença de Huntington, são fatores causais importantes ou apenas participantes secundários nesse contexto mais amplo? Por fim, qual a fração de substituições de bases que ocorre em pontos críticos? Essas substituições estão mais ou menos relacionadas à idade paterna do que outras mutações?

Taxa de mutação total

A análise realizada até agora demonstrou a importância relativa das diferenças de sexo e idade paterna nas taxas de mutação, mas nada diz sobre os valores absolutos. Há pouquíssima informação sobre a taxa de mutação genômica humana. As taxas para alguns genes foram medidas, mas não se pode ter certeza de quão representativas elas são, e a incerteza sobre o número de genes e a importância das mutações extragênicas desencoraja a simples multiplicação da taxa média pelo número de genes. Além disso, as mutações de maior frequência são aquelas com efeitos muito pequenos, que são difíceis de estudar por quaisquer métodos existentes. Portanto, recorrerei à Drosophila para obter informações sobre a taxa genômica.

A taxa de mutação genômica em Drosophila

Há alguns anos, H.J. Muller sugeriu dois procedimentos para aumentar consideravelmente o número de mutações detectadas e, consequentemente, ampliar o poder do teste. Um deles consistia em medir todas as mutações em um cromossomo, em vez de loci individuais, aumentando assim o poder em três ordens de magnitude. Isso foi conseguido utilizando cromossomos especiais com genes marcadores e supressores de recombinação, de modo que um cromossomo pudesse ser tornado homozigoto e os efeitos das mutações recessivas fossem evidenciados. A viabilidade desses homozigotos pode ser medida por comparação com outros genótipos segregando na mesma cultura. Às vezes, as novas mutações eram letais, de modo que essa classe de moscas estava ausente. No entanto, com muito mais frequência, havia simplesmente uma pequena redução no número dessa classe, indicando mutações com efeitos menores na viabilidade.
O segundo procedimento de enriquecimento consistia em sequestrar um cromossomo, mantendo-o continuamente heterozigoto por muitas gerações. Após esse período, ele podia ser tornado homozigoto e sua viabilidade comparada na mesma cultura com um cromossomo de teste de um estoque padrão de laboratório. Dessa forma, o efeito total das mutações recessivas acumuladas podia ser avaliado. Os experimentos foram planejados para minimizar a seleção durante o processo de acúmulo, utilizando apenas um único macho por geração e cultivando as moscas sob condições ótimas de criação de Drosophila ( 30 ).
No entanto, a redução da viabilidade quando cromossomos com mutações acumuladas se tornam homozigotos não fornece a resposta que desejamos. A frequência e o efeito das mutações estão confundidos. A diminuição da viabilidade pode ser causada por muitas mutações com efeitos muito pequenos ou por um número menor com efeitos correspondentemente maiores. Para fazer essa distinção, foi utilizada uma sugestão de Bateman ( 31 ). Esta se baseou no fato de que, à medida que o número de mutações aumenta, a variância entre culturas também aumenta. Isso, é claro, significa replicar as linhagens de acumulação muitas vezes.
A primeira pessoa com tempo, paciência e coragem suficientes para empreender tal experimento foi o falecido Terumi Mukai, no Japão ( 32 ). As mutações foram, em sua maioria, muito leves em seus efeitos, causando uma redução de viabilidade de 2 a 3%. Algumas mutações totalmente letais também ocorreram, mas foram facilmente detectadas e em número muito menor. O método de análise implica necessariamente que a estimativa da taxa de mutação é um mínimo, pois quanto menor o efeito, maior a probabilidade de o mutante passar despercebido. A estimativa mínima de Mukai sugeriu uma taxa de mutação de cerca de uma nova mutação por zigoto, muito maior do que se pensava anteriormente. Achei esse resultado difícil de acreditar e providenciei para que Mukai refizesse os experimentos em meu laboratório, o que ele fez com três repetições ( 30 ). Mais um experimento foi realizado posteriormente por Ohnishi ( 33 ). Para detalhes dos experimentos e da análise estatística, veja a referência 30. Cada um dos três experimentos envolveu milhões de moscas.
Os resultados estão resumidos na Tabela 1. Não surpreendentemente, visto que se baseiam em variâncias cujas estimativas são bastante instáveis, as estimativas da taxa de mutação variam amplamente, de 0,29 a 1,48 por zigoto. A taxa de mutação para mutações letais e outras com efeitos drásticos é de cerca de 0,03, portanto, o número de mutações levemente deletérias é de 10 a 50 vezes maior. A frequência média de mutação por zigoto, atribuindo peso igual a cada um dos três experimentos, é de 0,65. Esta é uma estimativa mínima, pois assume (de forma bastante irrealista) que as mutações de viabilidade menores têm o mesmo efeito. Se a distribuição dos efeitos de viabilidade for exponencial, a estimativa é duas vezes maior ( 30 ). Isso sugere que a mosca média carrega cerca de um novo gene mutante com um efeito deletério menor, e talvez mais.
Tabela 1
Taxa mínima de mutação e redução média da viabilidade homozigótica por mutante em três experimentos realizados em momentos diferentes.
Experimentarm (× 10³ )V (×10 5 )Σμ/cromΣμ/zigoto
Mukai (1964)3,8010.260,1410,0270,71
Mukai (1972)3,644,470,2960,0121,48
 4,4111,670,1670,0260,84
 4,8822,870,1040,0470,53
Ohnishi (1977)1,725.080,0580,0300,29
Para explicação dos cálculos, veja a referência 30. A taxa de mutação por zigoto é cinco vezes maior que por (segundo) cromossomo. m , diminuição na viabilidade por geração de acúmulo de mutantes; V , variância na diminuição da viabilidade; Σμ, taxa de mutação (mínima); s̄ , diminuição média da viabilidade por mutante (máxima). Σμ/cromo ≥  / V ;  ≤ V / m . 
Durante muitos anos, esses resultados foram ignorados ou aceitos acriticamente, mas recentemente os dados foram reanalisados ​​e submetidos a uma onda de críticas mais rigorosas. Keightley ( 34 ) argumentou que a verdadeira taxa de mutação é muito menor do que a estimada. Ele sugere duas explicações: que os cromossomos de teste apresentaram melhoria na viabilidade durante os experimentos e que os cromossomos sequestrados continham elementos transponíveis ativos. Minha opinião é que nenhuma das explicações provavelmente está correta. O cromossomo de teste era de uma linhagem de laboratório estabelecida há muito tempo e a viabilidade teria que ter mudado de forma uniforme durante cada um dos três experimentos independentes. O cromossomo sequestrado não apresentou sinais de transposição ativa (por exemplo, esterilidade ou aumento da taxa de letalidade). Além disso, em um experimento posterior no qual se sabia que os elementos transponíveis estavam ativos ( 35 ), a taxa de mutação estimada foi mais de 10 vezes maior. Portanto, continuo acreditando que os dados relatados na Tabela 1 estão essencialmente corretos e considerarei uma mutação por zigoto como uma taxa típica.
A espécie humana possui consideravelmente mais genes do que a Drosophila e muito mais DNA. As taxas de mutação por geração para loci individuais são aproximadamente comparáveis ​​em humanos e Drosophila , portanto é provável que a taxa de mutação genômica em humanos seja consideravelmente maior. As taxas de evolução para substituições de bases presumivelmente neutras, quando multiplicadas pelo número de bases no genoma, sugerem dezenas de novas mutações por indivíduo; 100 ou mais foram sugeridas ( 36 ). Mas quantas dessas mutações estão em regiões de DNA não ativas e presumivelmente neutras é desconhecido. Para fins de discussão, assumirei que a taxa de mutação humana é pelo menos tão alta quanto as estimativas para a Drosophila . Se, como argumenta Keightley, as estimativas se mostrarem muito altas, isso será uma boa notícia; mas manterei a suposição mais pessimista.

Persistência de mutações na população

Como mencionado anteriormente, a maioria das mutações — se tiverem efeitos suficientemente grandes para serem detectados fenotipicamente — são deletérias. Isso significa que elas ocorrem e persistem na população até serem eliminadas pela seleção natural. Quanto maior o efeito deletério médio da mutação, menor será o tempo de persistência antes da eliminação. Uma mutação recessiva pode permanecer oculta na população por um longo período, já que só pode ser eliminada quando em homozigose. Tanto em moscas quanto em humanos, mutações recessivas podem persistir por milhares de gerações. No entanto, há fortes indícios de que a grande maioria das mutações é parcialmente dominante, de modo que os heterozigotos apresentam alguma redução na aptidão. Os heterozigotos são muito mais numerosos que os homozigotos, na proporção de 2p ( 1 − p ) para  , onde p é a frequência (geralmente muito pequena) do gene mutante. Portanto, uma pequena quantidade de seleção contra heterozigotos é mais importante , do ponto de vista da eliminação de mutantes, do que uma grande quantidade de seleção em homozigotos.
Podemos avaliar o número médio de gerações em que um gene mutante persiste extraindo cromossomos de populações naturais e tornando-os homozigotos ( 37 ). A viabilidade reduzida dos homozigotos de populações naturais deve ser maior do que a daqueles com uma geração de acúmulo de mutação por um fator igual ao número de gerações em que o gene mutante médio persiste na população. Quando cromossomos de uma população natural são tornados homozigotos, usando cromossomos com inversões supressoras de recombinação e genes marcadores, a viabilidade reduzida por cromossomo devido a mutações de viabilidade minoritária é de cerca de 0,12 ( 38 ). Dividindo isso pelos valores de m na Tabela 1, obtemos razões que variam de 25 a 70. Assim, o gene mutante médio persiste na população por cerca de 25 a 70 gerações.
Outros tipos de experimentos fornecem valores de persistência de 33–167 ( 39 ) e 50–100 gerações ( 40 ). Para discussão posterior, assumirei um valor de 80. O valor é incerto, mas enfatizo que, apesar da incerteza, o valor é muito pequeno para ser consistente com a recessividade completa das mutações; a cinética populacional de mutações “recessivas” é dominada por seus efeitos em heterozigotos devido à dominância parcial.

Mutações e aptidão populacional

Haldane ( 41 ) anunciou um princípio que teve uma enorme influência na avaliação do impacto de mutações deletérias na população. Ele observou que a redução média na aptidão devido a mutações parcialmente dominantes no i-ésimo lócus é o dobro da taxa de mutação nesse lócus, 2μi . Suponha uma taxa de mutação de 0,5 por gameta ou 1,0 por zigoto. Se os lócus atuam independentemente, a aptidão média, comparada com um indivíduo livre de mutações, é o produto de (1 − 2μi ) sobre todos os lócus ou, aproximadamente, −2Σμ = −1 = 0,37. Se a taxa de mutação for duas vezes maior, como parece provável, a aptidão média é reduzida para 0,14 do valor sem mutações. Muller ( 3 ) fez essencialmente a mesma observação. Em suas palavras, cada mutação leva, em última análise, a uma “morte genética”, já que cada mutação só pode ser eliminada pela morte ou pela falha na reprodução.
Essa parece ser uma carga mutacional alta, mesmo para moscas, e certamente seria excessiva para a população humana. Além disso, é provável que nossa taxa total de mutação seja maior que a das moscas. Portanto, temos um problema.
Existe, porém, uma saída. Ao enunciar seu princípio da morte genética, Muller ( 42 ) afirmou: “Para cada mutação, então, uma morte genética — exceto na medida em que, por escolha criteriosa, várias mutações podem ser eliminadas na mesma vítima”. Assim, a seleção natural, agindo de uma maneira que parece razoável tanto para populações de moscas quanto para populações humanas, pode de fato eliminar várias mutações de uma só vez.
Eu acrescentaria que uma forma tão eficiente de remoção de mutações a baixo custo é estritamente uma consequência da reprodução sexuada. Uma espécie assexuada deve ter uma taxa de mutação muito menor ou sofrer um grande número de mortes genéticas ( 43 , 44 ). Mas, como é realizada a eliminação de grupos de mutações em espécies sexuadas?

Seleção de truncamento

Há muito tempo que os criadores de animais e plantas sabem que a forma mais eficiente de seleção é a “seleção por truncamento”. Aplicando isso ao nosso problema, significa que todos os indivíduos com mais do que um certo número de mutações são eliminados da população. Isso é mostrado na Figura 2 .
Figura 2
Seleção por truncamento. Todos os indivíduos à direita do ponto de truncamento (aqueles na área sombreada) são eliminados por morte pré-reprodutiva ou falha na reprodução. Neste exemplo, 10% são eliminados e 90% contribuem para a próxima geração. Da esquerda para a direita, os números ao longo da abscissa representam o número médio de mutações por indivíduo no grupo selecionado, na população antes da seleção, no ponto de truncamento e no grupo eliminado pela seleção.
Permitam-me ilustrar as consequências da seleção por truncamento com um exemplo numérico simples, usando o que me parecem valores razoáveis. Vou assumir uma taxa de mutação de uma por zigoto por geração e uma persistência média de 80 gerações. Assim, a mosca média carrega 80 mutações. Suponha que a população seja truncada de forma que 10% sejam eliminados seletivamente — os 10% com o maior número de mutações. A distribuição das mutações aleatórias é aproximadamente de Poisson. Na verdade, a variância é um pouco menor que a de Poisson pelo seguinte motivo: cada geração de seleção reduz a variância, principalmente pela geração de desequilíbrio de ligação. Isso é parcialmente, mas não completamente, restaurado pela recombinação e mutação (ref. 45 , p. 154).
Uma distribuição de Poisson com média 80 é essencialmente normal, portanto, assumirei uma distribuição normal com desvio padrão 8. O número médio de mutações em indivíduos do grupo selecionado desvia-se da média populacional por x = z σ/ p , onde z é a ordenada no ponto de truncamento, σ é o desvio padrão e p é a proporção preservada (ref. 46 , p. 192). Assim, o número médio de mutações por indivíduo no grupo selecionado é 80 − (0,1755)(8)/0,9 = 80 − 1,56 = 78,44. Similarmente, o número médio por indivíduo no grupo eliminado é 80 + 14,1 = 94,1 (Fig. 2 ). Portanto, os indivíduos que se reproduzem e estão representados na próxima geração têm 1,56 mutações a menos do que a população não selecionada. Isso é mais do que suficiente para compensar uma nova mutação por geração.
Utilizei números arbitrários, mas acredito que sejam realistas para a Drosophila . Eles ilustram o ponto de que a seleção por truncamento de intensidade relativamente baixa é muito eficaz na eliminação de mutações. Se os genes mutantes agirem independentemente, 80 mutações, cada uma causando uma redução de aptidão de 1/80, reduziriam a aptidão da população para e⁻¹ = 0,37. Assim, uma eliminação de 10% por truncamento remove mais mutações do que uma eliminação independente de 63% .

Seleção por quase-truncamento

É claro que a seleção natural, seja em moscas ou em pessoas, não alinha os indivíduos e remove todos aqueles com mais do que um certo número de mutações. A irrealidade desse modelo me impediu, por muitos anos, de considerá-lo como uma forma pela qual a população lida com uma alta taxa de mutação. Então, graças a uma sugestão de Milkman ( 47 ), Kimura e eu elaboramos as consequências do que chamarei de “seleção quase-truncada” ( 48 ).
Em vez de um corte abrupto em 10%, considere que a probabilidade de eliminação seletiva aumenta gradualmente ao longo de uma faixa de números de mutações. Isso se mostra quase tão bom. Se a faixa de mudança gradual for de dois desvios padrão, o processo de eliminação de mutações é cerca de 87% tão eficiente quanto o truncamento abrupto ( 48 ). Acredito que, embora o truncamento estrito seja totalmente irrealista, a seleção por quase-truncamento seja razoável. Assim, se a seleção por truncamento de 10% reduz o número de mutações em 1,56 por geração, a seleção por quase-truncamento da mesma intensidade reduziria o número em (0,87)(1,56), ou 1,36 — ainda o suficiente para compensar uma nova mutação deletéria por geração.
Concluo que, para as moscas, e muito provavelmente para as populações humanas no passado, mutações levemente prejudiciais foram contrabalançadas por uma seleção quase truncada. Como os humanos têm mais genes e muito mais DNA do que a Drosophila , essa forma de seleção me parece ser o mecanismo mais provável pelo qual a população pôde sobreviver e prosperar, apesar de uma alta taxa de mutação.
Até tempos recentes, o tamanho da população humana crescia a uma taxa extremamente lenta. Com a população em grande parte regulada pela densidade populacional, algo como a seleção por truncamento parece provável. Havia uma alta taxa de reprodução com uma taxa de mortalidade tal que apenas cerca de dois filhos por casal sobreviviam para se reproduzir. Apesar da natureza em grande parte aleatória das mortes acidentais e ambientais, os indivíduos com o menor número de mutações tinham uma chance maior de estar entre os sobreviventes, e a seleção por truncamento podia operar.

A população humana atual

Por mais eficiente que a seleção natural tenha sido na eliminação de mutações prejudiciais no passado, ela já não o é em grande parte do mundo. Nos países ricos, a seleção natural para mortalidade diferencial está bastante reduzida. Um recém-nascido agora tem uma grande probabilidade de sobreviver além da idade reprodutiva. Existem diferenças de fertilidade, sem dúvida, mas elas claramente não estão distribuídas de forma a eliminar mutações de maneira eficiente. Com exceção da mortalidade pré-natal, a seleção natural para a remoção eficaz de mutações foi bastante reduzida.
Parece claro que, nos últimos séculos, mutações prejudiciais têm se acumulado. Por que não percebemos isso? Se formos como a Drosophila , a diminuição da viabilidade devido ao acúmulo de mutações é de cerca de 1% ou 2% por geração. Isso é mais do que compensado por melhorias ambientais muito mais rápidas, que se mantêm bem à frente de qualquer diminuição na eficiência da seleção. Por quanto tempo podemos manter isso? Talvez por muito tempo, mas apenas se persistir uma ordem social que permita melhorias ambientais constantes. Se a guerra ou a fome obrigarem nossos descendentes a retornar a uma vida da Idade da Pedra, eles terão que lidar com todos os problemas que seus ancestrais da Idade da Pedra enfrentaram, além das mutações que se acumularam nesse ínterim.
Vimos que a seleção por quase-truncamento pode remover mutações prejudiciais de forma eficiente, e a redução média na aptidão pode ser bastante pequena. Isso, somado às melhorias ambientais, significa que a sobrevivência e a fertilidade médias são apenas ligeiramente afetadas pela mutação. No entanto, essas 80 mutações em uma mosca — e qualquer que seja o número na espécie humana — certamente devem ter efeitos deletérios que não aparecem em uma tabela de vida (ou como efeitos na aptidão). Quantas dores de cabeça, problemas estomacais, períodos de depressão e outras coisas que tornam a vida menos agradável, mas não reduzem a viabilidade ou a fertilidade, seriam eliminadas se nossa taxa de mutação fosse menor? Suspeito que o número seja substancial.
Se a taxa de mutação humana caísse a zero, provavelmente não notaríamos, exceto pela ausência de algumas das doenças dominantes mais detestáveis. A perda de variabilidade não seria um problema por muito tempo. A variação genética na população é suficiente para satisfazer os sonhos até do eugenista mais fanático. Se pudéssemos reduzir a taxa de mutação a zero (sem efeitos colaterais importantes, é claro), eu seria a favor. Se daqui a alguns séculos novas mutações forem necessárias, certamente saberemos como produzi-las.
Considero o acúmulo de mutações um problema. É como uma bomba populacional, mas com um pavio muito mais longo. Podemos esperar que as técnicas moleculares aumentem consideravelmente a probabilidade de detecção precoce de mutações com grandes efeitos. Mas há menos motivos para otimismo quanto à capacidade de lidar com as mutações, muito mais numerosas, com efeitos muito leves. Este é um problema de longo prazo; o tempo característico é de cerca de 50 a 100 gerações, o que nos leva a ter cautela ao defender qualquer ação precipitada. Podemos levar o tempo necessário para aprender mais.
Entretanto, temos problemas mais imediatos: aquecimento global, perda de habitat, escassez de água, falta de alimentos, guerras, terrorismo e, principalmente, o aumento da população mundial. Se não conseguirmos reduzir a taxa de natalidade global a um nível sustentável e compatível com a viabilidade econômica, não teremos o luxo de nos preocuparmos com o problema da mutação genética.

Observação

*
Este artigo é baseado em uma palestra pública proferida na Academia Nacional de Ciências em 14 de novembro de 1996.

Agradecimentos

Várias pessoas leram este artigo e fizeram comentários úteis; os mais perspicazes foram os de Jan Drake, Brian Charlesworth e Naoyuki Takahata.

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https://journals.plos.org/plosgenetics/article?id=10.1371%2Fjournal.pgen.1000959


Tudo sobre Mitochondrial Eve: Uma entrevista com Rebecca Cann

Jane Gitschier

Tudo sobre Mitochondrial Eve: Uma entrevista com Rebecca Cann

Jane Gitschier

PLOS x

Publicado em: 27 de maio de 2010

https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1000959


Citação: Gitschier J (2010) Tudo sobre a Eva Mitocondrial: Uma entrevista com Rebecca Cann. PLoS Genet 6(5): e1000959. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1000959


Publicado em: 27 de maio de 2010


Direitos autorais: © 2010 Jane Gitschier. Este é um artigo de acesso aberto distribuído sob os termos da Licença de Atribuição Creative Commons, que permite o uso irrestrito, a distribuição e a reprodução em qualquer meio, desde que o autor original e a fonte sejam devidamente creditados.


Conflitos de interesse: O autor declarou que não existem conflitos de interesse.


Na busca pela história genética das populações humanas, o ritmo recente das descobertas tem sido tão acelerado que podemos perder de vista o impacto causado por um único artigo. Em um artigo publicado na revista Nature em 1987 , Rebecca Cann e seus colaboradores, Mark Stoneking e o falecido Allan Wilson, analisaram meticulosamente o DNA mitocondrial purificado de placentas coletadas de mulheres de diversas origens ancestrais. Comparando as variantes do DNA mitocondrial entre si, os autores construíram uma árvore filogenética que demonstrou como as mitocôndrias humanas estão todas relacionadas e, por implicação, como todas as mulheres vivas, por meio das quais as mitocôndrias são transmitidas, descendem de uma única ancestral materna. Além disso, eles localizaram a raiz da árvore na África. O artigo deixou um rastro, que ainda reverbera hoje, estimulando não apenas geneticistas e paleoantropólogos, mas também o público em geral, especialmente porque a ancestral foi rapidamente apelidada de "Eva Mitocondrial". De fato, a capa da Newsweek um ano depois retratava um Éden, repleto de macieira e serpente, mas com o icônico casal loiro de Dürer agora substituído por um Adão e Eva de ascendência africana.


Sempre admirei este artigo, principalmente porque conheci Becky Cann ( Imagem 1 ) quando ela estava empenhada em concluir este estudo e escrever a quadragésima versão para publicação. Na época, eu não tinha noção da magnitude do que Becky havia realizado nem das implicações do trabalho. Quando o encontro da Sociedade Americana de Genética Humana foi realizado em Honolulu, em outubro, combinei de entrevistá-la em seu laboratório na Universidade do Havaí para obter suas reflexões sobre essa descoberta.


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Rebecca Cann.

https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1000959.g001


Nos encontramos no final da tarde, quando os alunos chegavam para entregar seus trabalhos de conclusão de semestre, cujo prazo final era às 16h. Becky tem um ar maternal, é direta, pensa com clareza e apoia seus alunos. Ainda atuante na área de origens humanas, Becky também se dedica ao estudo de aves, examinando a filogenia de espécies ameaçadas de aves nativas do Havaí no Refúgio Nacional de Vida Selvagem da Floresta de Hakalau com seu marido e colaborador, Lenny Freed. O campus de concreto da universidade fica no fundo de um cânion, suas arestas austeras suavizadas pela névoa e pela vegetação. Becky parece se encaixar perfeitamente no ambiente, totalmente conectada com a terra e suficientemente distante da agitação para seguir seu próprio caminho.


Gitschier: Notei em seu currículo que você cursou o ensino médio em São Francisco. Você cresceu lá?


Cann: Não, meus pais se mudaram de Des Moines, Iowa, para São Francisco no verão antes de eu começar o ensino médio. Meus pais pensaram que nos adaptariam aos poucos à Califórnia, nos colocando em um colégio católico só para meninas, e nos mandaram para um na divisa do bairro Haight-Ashbury, sem se darem conta do bairro em que ficava e do que veríamos no caminho para a escola. Foi uma experiência e tanto!


Gitschier: Aposto que sim—isso foi no final dos anos 60, certo?


Cann: Sim, em 1967. Várias pessoas me perguntaram se eu gostaria de experimentar seus medicamentos a caminho da escola. Elas achavam muito engraçado tentar convencer uma garotinha católica do ensino médio, de blazer, sapatos Oxford azuis e brancos, saia xadrez e blusa branca, a experimentar os produtos.


Gitschier: Mas você saiu da escola relativamente ileso...


Cann: Bem, acho que são muito poucos os que conseguem passar ilesos pelos últimos quatro anos do ensino médio católico, com apenas meninas adolescentes.


Gitschier: Certo, então não foi a experiência em Haight que causou o problema.


Cann: Tenho uma freira que cospe fogo no meu parapeito da janela.


Gitschier: Mesmo assim! Eu havia presumido, pelo seu sobrenome, que você poderia ser judeu.


Cann: Meu ex-marido se chamava Cann. Casei-me pela primeira vez em 1972, logo depois de me formar em Berkeley com meu diploma de bacharel. Eu financiei os estudos de pós-graduação de um ex-marido e, quando ele terminou, eu comecei a minha.


Gitschier: Sim, vi que você trabalhou na Cutter Labs por cinco anos depois da faculdade. Como foi a evolução disso?


Cann: Eu me formei em Genética e achava que tinha interesse na genética do comportamento. Queria trabalhar com primatas ou humanos, pensando que seria muito mais interessante do que com moscas-das-frutas. Mas, quando me formei, percebi que as ferramentas para fazer genética humana eram bem rudimentares. Isso foi em 1972.


Gitschier: Bem, havia…


Cann: Nada! Nem mesmo as enzimas de restrição existiam ainda! Então, decidi que, como realmente não tinha uma boa ideia do que queria fazer, procuraria um emprego como químico de controle de qualidade — porque eu tinha as disciplinas necessárias e conseguiria um emprego. Inicialmente, comecei a trabalhar à noite para poder fazer aulas em Berkeley e ler durante o dia. Usei esse tempo para expandir meus horizontes e pensar em como inserir esse interesse em seres humanos e populações humanas em um contexto genético e trabalhar explicitamente em nível molecular.


Eu trabalhava à noite, bem ao lado da sala de correspondência, e via todos aqueles periódicos chegando. Os cientistas da empresa discutiam sobre a variação na capacidade de metabolizar determinados compostos entre os indivíduos e como isso influenciava as curvas de dose-resposta, e como medicamentos desenvolvidos para uma população poderiam não ser eficazes para outra. Isso me fez perceber que realmente existia essa coisa de genomas personalizados com efeito fenotípico. Mas como chegar ao genótipo?


Comecei a perceber que realmente havia importância em entender esse tipo de questão. Mas eu estava apenas aprendendo a ser um bom biólogo de laboratório naquela época — como ser preciso, manter registros, aprender novas tecnologias, reproduzir resultados e não me assustar com a repetição na ciência.


Gitschier: Isso lhe caiu bem, então.


Cann: Oh, meu Deus—147 preparações de DNA placentário depois—sim!


Gitschier: Certo, algo te faz decidir voltar para a pós-graduação em Berkeley…


Cann: Sim, enzimas de restrição! Estou lendo sobre elas e fazendo cursos, e aprendi sobre um cara maluco, Allan Wilson. Allan teve essa ideia maluca de que você pode medir a evolução medindo a mutação, mas, para isso, você precisa ser capaz de encontrar o mesmo pedaço de DNA de forma reprodutível em diferentes indivíduos e em diferentes espécies, para que você possa fazer esse tipo de comparação de "relógio molecular".


E ele já havia colaborado com o professor de antropologia Vince Sarich. Eles tentaram fazer isso indiretamente com a imunologia, para analisar até que ponto era possível induzir uma resposta imune. A ideia era que, quanto mais próximos dois indivíduos fossem em termos de parentesco, mais partes do sistema imunológico eles compartilhariam. E com essa tecnologia, eles produziram essas árvores que deixaram os paleontólogos simplesmente alucinados!


Então, de repente, começou a surgir a ideia de que, se você tivesse uma enzima de restrição, poderia fazer um Southern blot, e se conseguisse fazer um Southern blot, poderia começar a analisar mais indivíduos. Você estaria analisando apenas os genes para os quais tivesse uma boa sonda, mas poderia fazer isso muito mais rápido do que produzir sequências individuais de aminoácidos, e haveria mais variação ali.


Então, naquele momento, decidi que essa seria a onda do futuro. Estava havendo uma mudança na biotecnologia, e eu ia fazer pós-graduação!


Gitschier: E você sabia que queria trabalhar com Allan.


Cann: Allan ou Vince. Eu não tinha noção do quanto eles compartilhavam o laboratório naquela época. E Vince era um verdadeiro cientista de bancada — Allan não era. Ele tinha deixado a bancada há muito tempo. Costumávamos brincar que ele não sabia qual ponta da pipeta colocar no líquido. Allan era professor de bioquímica e Vince era professor de antropologia.


Gitschier: Então, você era estudante de pós-graduação em bioquímica?


Cann: Isso se tornou um problema. Eu havia sido admitido no departamento de antropologia, e havia essa questão sobre se eu conseguiria acompanhar o ritmo dos alunos de bioquímica. Então, imediatamente surgiu esse elitismo. Mas Allan, depois de me observar na bancada e saber um pouco sobre meu histórico, descartou essa questão. [Eu era] alguém que havia trabalhado em bancada como químico industrial e cujo sustento dependia de fazer a coisa certa. Muito em breve, eu estava na posição de ensinar seus alunos de pós-graduação mais jovens a fazer ciência em bancada, e era um laboratório grande. Em certo momento, Allan tinha 18 alunos de pós-graduação e de seis a oito pós-doutorandos. Havia muita competição tanto pelo seu tempo quanto pelo espaço na bancada. Você tinha que ser produtivo, porque senão Allan não conversaria com você.


Gitschier: Em que ano estamos?


Cann: 1977. Eu estava trabalhando com proteínas do soro de macacos, realizando eletroforese em gel de poliacrilamida (PAGE) e eletroforese em gel empilhado, analisando a sistemática das espécies de macacos — o formato de sua árvore filogenética. Esses são primatas do Velho Mundo que se espalharam pelos trópicos e, à medida que se isolaram, se diferenciaram em espécies.


Gitschier: Então você está analisando proteínas séricas em gel…


Cann: E você está usando o corante azul de Coomassie para coloração e perguntando quais bandas são compartilhadas entre as espécies. Mas você não sabe quais proteínas são quais.


Então pensamos: vamos usar alguns Southern blots de hemoglobina e ver se conseguimos resolver isso. A ideia de fazer algo muito específico [com blots de DNA] era muito atraente: observar o grau de correspondência ou não entre os mapas de restrição.


E então Wes Brown apareceu. Ele era um pós-doutorando da UCSF, com doutorado pelo Caltech, no laboratório de Jerry Vinograd. Eles fizeram os isolamentos originais de DNA mitocondrial e estavam isolando pequenos vírus com pureza química usando centrifugação em gradiente de densidade de CsCl. Como Vinograd havia falecido recentemente, quase antes de terminar sua tese, Wes se mudou para cá e vinha escrever propostas de financiamento com Allan. Ele sabia que Allan se interessava por tempo, relógios biológicos e evolução. Ele disse: "A propósito, você sabia que poderia pegar essa fração purificada de DNA mitocondrial, separá-la do DNA genômico e então quebrá-la com enzimas de restrição e estudar isso? E essa coisa muda muito rápido!"


Então, Wes e Allan estavam escrevendo esses pedidos de financiamento, e Wes tinha um artigo sobre 21 frações mitocondriais isoladas que ele havia obtido de placentas de partos. E elas mostraram uma variação incrível! Mas os registros médicos estavam desconexos; ele não sabia muito sobre os doadores [ou seja, suas etnias].


Chegou-se ao ponto em que era possível marcar as extremidades [dos fragmentos de DNA com 32P ]. Então, ele pegava fragmentos de Klenow, marcava as extremidades das frações puras após a digestão com enzimas de restrição e as analisava em géis longos para construir um mapa físico. Era possível determinar o tamanho dos fragmentos, sabendo o tamanho total do genoma [mitocondrial], começando com os fragmentos de 6 bases, e mapear o genoma mitocondrial.


A grande contribuição de Wes foi transformar completamente o laboratório de Allan, passando de uma abordagem de bioquímica de proteínas para o estudo da evolução para uma abordagem baseada em DNA. Ele trouxe não apenas a tecnologia de restrição, mas também a clonagem de fragmentos mitocondriais. Fizemos o sequenciamento de Sanger e mostramos exatamente o espectro de mutações, e que, embora existissem genes essenciais nas mitocôndrias, eles ainda mudavam mais rapidamente do que as mesmas classes de genes no genoma nuclear.


Gitschier: O que te motivou a mudar para as mitocôndrias?


Cann: Percebi que essa era uma ferramenta potencial para desvendar a questão da variação humana.


Durante todo esse tempo, participei de seminários de pós-graduação. Fiz todas as aulas de anatomia humana, ministradas por antropólogos físicos e por Tim White, que fez parte da equipe que analisou as pegadas de Laetoli no final da década de 70. Ele também foi o especialista em anatomia durante a descoberta de Lucy.


Então eu vinha do laboratório e ouvia toda aquela conversa fiada sobre fósseis de 2 e 3 milhões de anos e qual linhagem corresponde a qual espécie. E, pelo que eu entendi do registro fóssil humano, chegamos ao Cro-Magnon e ninguém sabe como ele se relaciona com o Neandertal. E o Homo erectus . O que aconteceu ali?


Então, conversando com Allan e Wes, e lendo e debatendo bastante, [pensamos] que potencialmente seria possível expandir essa visão da evolução humana naquele período fazendo uma análise mitocondrial, porque havia variação suficiente ali. Se usássemos o gene nuclear médio, não haveria resolução suficiente. A ideia era que essa tecnologia nos daria diferenças suficientes entre as populações para começarmos a questionar se existe um ancestral comum mais recente que seja diferente para este grupo em comparação com aquele, e como essas populações arcaicas mais antigas da Ásia e da África estão relacionadas aos povos modernos.


Gitschier: Mas você imaginava que seria possível obter DNA mitocondrial de povos arcaicos?


Cann: Por que não? Alguns dos fósseis que eu estava examinando continham material orgânico. E as pessoas vinham tentando extrair substâncias do sangue presente em ferramentas. Então, quem sabia o que se poderia obter de um fóssil? Ao mesmo tempo, Allan voltou do seu período sabático e trouxe um pequeno pedaço de um mamute siberiano congelado que estava em exposição; ele havia raspado o calcanhar. E ele tinha pessoas indo a feiras de pedras preciosas para coletar âmbar.


Quando a questão das mitocôndrias ganhou destaque, o motivo pelo qual as pessoas começaram a pensar em material antigo foi que sabíamos que o DNA mitocondrial representava uma fração tão grande do DNA na célula que sabíamos que, se algo fosse sobreviver, não seriam os genes nucleares de cópia única, mas sim algo presente nas mitocôndrias.


Foi uma época fértil. Muitas ideias surgiam. Allan costumava dizer: "Continuem tendo ideias — algumas serão boas, outras serão uma porcaria. Simplesmente continuem pensando nelas."


Gitschier: Certo. Quero falar com você sobre um artigo de Cann e Wilson publicado na revista Genetics em 1983. Vocês produziram DNA a partir de 110 linhagens celulares humanas ou placentas, incluindo de pessoas de ascendência africana, e obtiveram esta árvore filogenética. Mas esta árvore não se parece com a árvore seguinte no artigo principal [ Nature 1987]. Vocês não mostram origens africanas no artigo de 1983; na verdade, vocês afirmam que não há uma forte correlação com raça ou geografia, o que é consistente com múltiplas origens para mutações de comprimento. Isso, em última análise, não está correto, certo?


Cann: Não, não...


Gitschier: Então, o que estou tentando descobrir é o que aconteceu entre esses dois artigos.


Cann: PAUP, o novo programa de filogenia — “análise filogenética usando parcimônia” — desenvolvido por David Swofford. Nos artigos anteriores, usamos árvores de Fitch-Margoliash, que são árvores de distância .


Existem duas maneiras de traçar um padrão de parentesco entre dois indivíduos. Uma delas é observar as semelhanças e simplesmente tomar essa medida — somar todas as diferenças.


Gitschier: Então, vamos ver se entendi. No artigo de 1983, você tem uma grande matriz de diferenças entre as 110 pessoas…


Cann: [Acena com a cabeça] Ou, em vez disso, se você tiver informações sobre a sequência de DNA ou um mapa de restrição suficientemente bom, você pode ver qual base teve que ser alterada. Outra coisa que aconteceu foi que a sequência de referência de Cambridge [para o DNA mitocondrial] foi publicada, então eu pude pegar meu mapa de restrição e comparar onde o sítio da enzima de restrição estava na sequência de DNA de referência. Eu pude descobrir — para gerar ou perder esse sítio — qual era a alteração necessária. De repente, você passou de ser capaz não apenas de extrair o quão diferentes ou semelhantes dois indivíduos eram e colocá-los em uma árvore de distância, mas também, com a sequência, você pode usar um princípio de parcimônia e dizer quais alterações estão presentes em dois ou mais indivíduos.


Você está tentando usar a informação partindo do pressuposto de que a mutação ocorreu uma única vez. E então, sucessivamente, constrói esses blocos de sequência que precisam estar mais intimamente relacionados entre si, com base nesse pressuposto, por parcimônia.


Originalmente, o algoritmo PAUP não conseguia processar tantas amostras — inicialmente eram 30 por 30, depois 50 por 50. E, no artigo de 1987, o PAUP já conseguia processar 150 amostras.


Gitschier: E você tem 147 amostras.


Cann: Sim, na minha tese, em 1982, usei o PAUP juntamente com o Fitch-Margoliash e o Neighbor Joining — algoritmos do tipo distância — e tentei compará-los. Tive que usar subamostragens aleatórias de 30 indivíduos com a árvore de parcimônia — porque essa era a maior matriz que o PAUP aceitava — e tentei verificar se a geração aleatória dessas matrizes com parcimônia me dava algo diferente das árvores de distância.


E eles fizeram isso, mas eu não consegui provar, simplesmente selecionando aleatoriamente e obtendo variações, de modo que as etnias ficassem estratificadas entre 28 asiáticos e 2 africanos, por exemplo. Eu ainda obtinha um padrão diferente do que as árvores de distância indicavam. Mas eu não consegui convencer Allan de que isso realmente demonstrava a origem africana. Eu não consegui convencê-lo.


[Luca] Cavalli-Sforza havia publicado um artigo com Doug Wallace afirmando que a Ásia era a origem. Outras pessoas, como [Milford] Wolpoff em Michigan, argumentavam que as árvores mitocondriais jamais poderiam estar certas, e eu, em particular, jamais poderia estar certo, porque o maior geneticista humano vivo acabara de publicar outra árvore que mostrava a ancestralidade humana na Ásia.


Gitschier: Onde foi que eles erraram?


Cann: Eles estavam usando árvores genealógicas de distância. Havia um ramo muito longo até os africanos em sua amostra, mas Cavalli acreditava que as origens humanas eram asiáticas e que os africanos simplesmente tinham essa taxa de mutação descontrolada porque seu ambiente era muito peculiar. [Ele pensou:] se você realmente quer encontrar a raiz da árvore genealógica humana, a Ásia seria um lugar melhor para isso.


Na verdade, não havia boas evidências, além da ideia de que os humanos modernos não poderiam ter evoluído na África. Biologicamente, havia evidências que deveriam situá-los na África. E os geneticistas japoneses, como Masatoshi Nei, perceberam isso e concluíram: “Não há como defender isso. Não há boas evidências arqueológicas que os obriguem a situar essa origem lá [na Ásia]”.


Gitschier: Então, essas amostras que você usou foram as mesmas que você já havia analisado antes.


Cann: Houve algumas adições. Finalmente, consegui mais aborígenes australianos. Estava esperando por mais uns 40. Era 1984, eu estava no meu primeiro pós-doutorado e estava clonando e sequenciando alguns deles. Mark Stoneking veio ao laboratório e Allan sugeriu que Mark fizesse esse mapeamento nos aborígenes australianos adicionais e nas terras altas da Papua-Nova Guiné, que era o tema de sua tese. Então, Mark contribuiu com esses dados para este artigo.


Gitschier: Em que momento Allan entra a bordo?


Cann: Escrevemos o artigo e o submetemos no final de 1985, e ele ficou retido em revisão por mais de um ano na revista Nature , porque os britânicos não queriam que fosse publicado.


Gitschier: Por que não?


Cann: Havia um certo grupo que queria publicar sua filogenia das globinas.


Gitschier: Ah. Por que você simplesmente não retirou e enviou para a revista Science ?


Cann: Acho que Allan queria o prestígio da Nature . Ele era neozelandês, tinha orgulho disso e queria superá-los. Publicou muitos artigos lá. Conversamos sobre mudar a revista de lugar, mas ele tinha fé de que, eventualmente, eles entenderiam o valor dela. Acho que ele era relutante em falar sobre as personalidades das pessoas envolvidas.


Sempre que eu recebia uma revisão, ele dizia: “Não se preocupe com quem revisou. Não é algo positivo ficar pensando nisso e não vai te ajudar a escrever um artigo melhor”. Ele sabia que havia algumas personalidades muito ácidas que se opunham a uma mulher — uma americana — e a uma colona ambiciosa. Ele não queria que eu começasse a pensar que era isso que eu ia enfrentar na ciência.


Ele era um verdadeiro marxista. Sabia o quão difícil era para as mulheres ingressarem na ciência. Ele tinha visto isso — seu laboratório era um refúgio para as mulheres do programa e os professores homens de outros laboratórios brincavam dizendo que Allan tinha todas as mulheres. O que havia de tão especial em Allan? Ele não fazia distinção de gênero. Se você tinha uma boa ideia, era uma boa ideia.


Gitschier: Mas voltando à árvore — você já suspeitava que a árvore teria essa aparência.


Cann: Eu não tinha certeza de que seria assim. Matematicamente, considerando todas essas amostras, havia muitas possibilidades. Um universo de árvores! Mas essa árvore poderia ser reproduzida — a ordem de entrada poderia influenciar o resultado, então reordenaríamos a entrada e executaríamos o teste em subconjuntos de indivíduos. Essa era uma árvore plausível.


Por fim, Allan se sentiu confortável com a ideia e com a possibilidade de defendê-la. Não nos arriscamos a dizer que era a melhor árvore filogenética, mas era uma árvore com alta probabilidade de estar correta e consistente com muitos outros dados — formas fósseis anatomicamente modernas na África do Sul, de cerca de 200.000 anos atrás. Depois, White encontrou outro fóssil na África Oriental, da mesma época. E os fósseis do Oriente Médio foram redatados para 110.000 anos.


Gitschier: Quando foi publicado, este artigo de 1987 deve ter mudado a sua vida.


Cann: Às vezes, não era para o bem. Recebi muitas mensagens de ódio, mensagens de pessoas mal-intencionadas, algumas com anotações estranhas rabiscadas. Cheguei a receber a visita do FBI depois dos ataques do Unabomber. Recebia ligações aleatórias no meio da noite, e pessoas em conexões de voo queriam conversar. Eu não estava preparado para esse papel de especialista em biologia molecular questionando os fósseis – e para pessoas como Wolpoff dizendo que esses povos arcaicos evoluíram para os povos modernos, ou que eu havia estudado afro-americanos, e não africanos de verdade…


Isso me irritava porque as pessoas faziam a mesma coisa com pássaros, lagartos e peixes, e não aguentavam nem de perto a quantidade de críticas que eu aguentava. Eu percebia que era só porque eu estava falando de seres humanos. Essas discussões despertavam muita emoção, e isso me deixava muito deprimido.


Gitschier: Qual foi a reação de Allan à imprensa sobre isso?


Cann: Ele estava perplexo. As pessoas tinham duas reações: ou (1) já sabiam de tudo, ou (2) aquilo não podia estar certo. Então, ele estava tentando encontrar um indicador de quem diria o quê para ele. Será que isso se correlacionaria com algum outro preconceito que ele tinha com base em interações passadas ou em seu tipo de personalidade?


Lembro-me de uma discussão durante um jantar, cerca de três anos após a publicação do artigo. Havia vários geneticistas populacionais, como Alan Templeton, que ainda não haviam se convencido de que a ideia da origem africana pudesse estar correta. Ele continua escrevendo sobre o assunto. E não é que eu não queira ouvir críticas, porque obviamente havia coisas para as quais não tínhamos respostas quando o artigo foi escrito. O sequenciamento mitocondrial mostrou certas áreas que geram distorções, e não tínhamos todas as amostras que gostaríamos. Houve alguns atos de fé.


Às vezes, ouço Luca dizer: "Bem, eles acertaram a resposta, mas não sabiam por quê". E sempre achei isso desdenhoso. Eu tinha uma ótima ideia do porquê de ter acertado a resposta!



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Mutação e Excepcionalismo Humano: Nossa Futura Carga Genética 

Livre

Genética , Volume 202, Edição 3, 1 de março de 2016, Páginas 869–875, https://doi.org/10.1534/genetics.115.180471
Publicado:
 
02 de março de 2016

Resumo

Embora a taxa de mutação da linhagem germinativa humana seja maior do que a de qualquer outra espécie bem estudada, essa taxa não é excepcional quando se considera o tamanho efetivo do genoma e o tamanho efetivo da população. As taxas de mutação somática humana são substancialmente mais elevadas do que as da linhagem germinativa, mas isso também é observado em outras espécies. O que é excepcional nos humanos é o recente distanciamento dos desafios do ambiente natural e a capacidade de modificar características fenotípicas de maneiras que mitigam os efeitos das mutações sobre a aptidão, por exemplo , por meio da medicina de precisão e personalizada. Isso resulta em uma flexibilização da seleção contra mutações levemente deletérias, incluindo aquelas que amplificam a própria taxa de mutação. A consequência a longo prazo de tais efeitos é uma esperada deterioração genética na condição humana basal, potencialmente mensurável na escala de algumas gerações em sociedades ocidentalizadas, e, como o cérebro é um alvo mutacional particularmente grande, isso é especialmente preocupante. Em última análise, o preço a pagar terá que ser coberto por mais investimentos em diversas formas de intervenção médica. Resolver as incertezas quanto à magnitude e à escala temporal desses efeitos exigirá o estabelecimento de procedimentos de medição estáveis, padronizados e multigeneracionais para diversas características humanas.

A mutação, a produção de alterações hereditárias no DNA, é um dos conceitos mais fundamentais da genética. No entanto, uma compreensão filogenética abrangente da taxa e do espectro molecular das mutações, bem como dos mecanismos que impulsionam a evolução desses parâmetros-chave, só começou a surgir recentemente ( Baer et al., 2007 ; Lynch, 2010 , 2011 ). De especial preocupação é a taxa na qual as mutações estão surgindo em nossa própria linhagem e suas consequências a longo prazo. Em termos de habilidades cognitivas e propensão para dominar o ecossistema global, os humanos são claramente excepcionais. Mas quão excepcionais somos em relação à maquinaria genética que é a chave para a estabilidade genômica a longo prazo e a flexibilidade evolutiva? E, à luz de nossas características comportamentais incomuns, quais são as consequências genéticas a longo prazo de sermos humanos modernos? Os avanços da biologia molecular e da medicina moderna reduzirão a incidência e/ou os efeitos de doenças genéticas a níveis insignificantes, ou essas aplicações poderão ter o efeito oposto?

Duas questões são de relevância central aqui. Primeiro, poucas outras espécies se expõem voluntariamente a mutagênicos ambientais na mesma medida que os humanos. Presumivelmente, há alguma margem para reduzir a taxa de mutação humana minimizando os efeitos ambientais negativos, por exemplo , através da redução da exposição à fumaça do tabaco e de outras fontes, aditivos alimentares nocivos, gás radônio, radiação UV, etc. Qual é, no entanto, o limite inferior da taxa de mutação alcançável tanto em nível germinativo quanto somático? E os fatores que influenciam a taxa de mutação somática também têm efeitos na linhagem germinativa e vice-versa?

Em segundo lugar, devido aos notáveis ​​avanços nas condições de vida e na medicina ao longo do último século, e a muitos outros que provavelmente virão, os seres humanos modificam o ambiente de maneiras únicas, minimizando as consequências de doenças genéticas adquiridas. O imperativo ético atual de maximizar o potencial reprodutivo individual e a longevidade, independentemente da herança genética, levanta questões significativas sobre o futuro do patrimônio genético humano. Especificamente, quais são as consequências a longo prazo do acúmulo de mutações cujos efeitos fenotípicos podem ser minimizados transitoriamente por meio de intervenção médica e/ou um ambiente protegido?

É oportuno revisitar essas duas questões no ano de 2016, pois este teria sido o centenário de James Crow, que desempenhou um papel central na Sociedade de Genética da América e tinha um interesse de longa data em mutação humana ( Crow 1993 , 1997 , 2000 , 2006 ). Muitas das questões abordadas abaixo foram levantadas por Crow antes da revolução genômica e agora podem ser avaliadas de forma mais quantitativa.

Taxa de mutação da linhagem germinativa humana

Numerosas linhas de evidência, muitas baseadas no sequenciamento de genomas completos de trios pais-filhos, mostram que a taxa média de mutação humana está na faixa de 1,1–por sítio nucleotídico por geração para mutações de substituição de base isoladamente ( Lynch 2009 ; Campbell et al. 2012 ; Kong et al. 2012 ; O'Roak et al. 2012 ; Ségurel et al. 2014 ; Besenbacher et al. 2015 ). A taxa de mutação para pequenas inserções/deleções éda taxa de substituição de bases ( O'Roak et al. 2012 ; Besenbacher et al. 2015 ; Kloosterman et al. 2015 ), e grandes mudanças estruturais (envolvendo inserções de elementos móveis e trocas intercromossômicas) surgem a uma taxa depor genoma haploide por geração ( Kloosterman et al. 2015 ). Assim, tendo em mente que algumas mutações no DNA repetitivo provavelmente não são detectadas devido às dificuldades de mapeamento em projetos de sequenciamento de genomas, com um tamanho de genoma diploide debilhões de bases, um recém-nascido médio contém  mutações de novo .

Algumas variações nas estimativas da taxa de mutação são, sem dúvida, uma simples consequência do erro de amostragem, mas é evidente que a taxa de mutação por geração não é constante. Notavelmente, a taxa de mutação por geração aumenta em um fator de 2 entre homens de 20 e 40 anos ( Kong et al., 2012 ; Francioli et al., 2015 ), provavelmente devido ao aumento temporal nas divisões celulares na linhagem germinativa masculina. Um exemplo convincente de variação na taxa de mutação humana em grande escala geográfica é um aumento de 1,6 vezes na incidência de um tipo específico de mutação pontual em europeus em relação às populações africanas e asiáticas ( Harris, 2015 ), embora a contribuição das diferenças ambientais para esse efeito seja desconhecida. No entanto, é notável o quão pouco sabemos sobre as alterações na taxa de mutação humana que surgiram mesmo nos ambientes mais mutagênicos, com alguns aumentos observados em áreas afetadas por desastres provocados pelo homem ( Weinberg et al., 2001 ; Dubrova et al., 2002 ), mas pouco se sabe sobre as populações que habitam ambientes com níveis naturais extremamente altos de radiação ionizante ( por exemplo , Guarapari, Brasil e Ramsar, Irã). A obtenção de estimativas imparciais do nível atual de variação genética para a taxa de mutação humana exigirá, no mínimo, uma análise genética quantitativa formal, o que significa a determinação das taxas de mutação em conjuntos de parentes independentes, por exemplo , ambos os pais e seus filhos.

Embora a taxa de mutação da linhagem germinativa humana seja superior à de todas as outras espécies analisadas até o momento, não parece haver nada de excepcional nisso. Após considerar o conteúdo genômico de locais selecionados e o tamanho efetivo da população genética a longo prazo (que influenciam conjuntamente a capacidade da seleção natural de reduzir a taxa de mutação), a taxa de mutação humana por geração é bastante compatível com observações de escala derivadas de uma ampla variedade de outras espécies ( Sung et al., 2012 ). A taxa de mutação estimada em chimpanzés,A taxa de mutação por sítio nucleotídico por geração para mutações de substituição de base não é significativamente diferente daquela em humanos ( Venn et al., 2014 ). A taxa de mutação por geração no camundongo éda taxa humana ( Uchimura et al. 2015 ), apesar das diferenças drásticas na duração das gerações, mas isso pode ser explicado pelo fato de a seleção operar na taxa de mutação na escala de tempo geracional, com a seleção natural sendo mais eficaz no camundongo devido ao seu maior tamanho efetivo de população ( Lynch 2011 ).

Dada a consistência da taxa de mutação humana com a de outros organismos (todas estimadas em ambientes benignos e não mutagênicos), há poucos motivos para acreditar que a situação possa ser significativamente melhorada por uma redução nos mutagênicos ambientais, embora isso certamente impeça que as coisas piorem. Como em todos os organismos, a taxa basal de mutação humana é consequência de danos ao DNA associados a mutagênicos intracelulares naturais e erros de carregamento de bases associados à replicação e ao reparo. Tais erros resultam de imperfeições nas moléculas responsáveis ​​pela fidelidade da replicação, algumas das quais são codificadas geneticamente e outras resultam de erros de transcrição/tradução, devido aos limites biofísicos fundamentais da detecção de erros. Apesar de 3 bilhões de anos de seleção natural, em nenhum organismo conhecido a taxa de mutação por substituição de bases evoluiu parapor sítio de nucleotídeo por divisão celular ( Sung et al. 2012 ). Como esse limite inferior não está muito longe do que ocorre na linhagem germinativa humana por divisão celular [por sítio de nucleotídeo por divisão celular ( Drake et al. 1998 ; Lynch 2008 )], nenhuma intervenção humana em nível molecular provavelmente melhorará a situação (embora a diminuição da produção de descendentes por meio de espermatozoides de machos idosos possa ajudar).

Mutação Somática

A discussão anterior focou-se em mutações germinativas hereditárias, cujos efeitos fenotípicos cumulativos se expressam apenas nas gerações seguintes. A situação é drasticamente diferente para mutações somáticas que influenciam o nosso bem-estar diário, tanto pelo maior número de células envolvidas como pelas taxas de mutação subjacentes mais elevadas. Embora as mutações somáticas não sejam hereditárias, existe uma ligação evolutiva potencialmente significativa com a taxa de mutação germinativa, uma vez que a maquinaria de replicação e reparação do ADN é partilhada entre ambos os tipos de células. Uma parte substancial da teoria sobre a evolução das taxas de mutação centra-se nas consequências indiretas dos alelos mutantes que permanecem transitoriamente associados aos alelos mutadores até serem dissociados por recombinação e segregação ( Kimura 1967 ; Dawson 1999 ; Lynch 2010 ), mas isto resulta numa seleção relativamente fraca sobre a taxa de mutação. Para espécies multicelulares de grande porte, os efeitos diretos das mutações somáticas podem ser a principal fonte de seleção sobre a taxa de mutação ( Crow 1986 ; Lynch 2008 ; Erickson 2010 ).

Uma das muitas consequências das mutações somáticas é o câncer, embora tais efeitos quase certamente se estendam a outros distúrbios físicos e psicológicos. Observando que a maior parte da variação no risco de câncer ao longo da vida entre diferentes tecidos está associada à variação no número de divisões celulares em linhagens autorrenováveis, Tomasetti e Vogelstein (2015) argumentaram que a maioria dos cânceres são consequências inevitáveis ​​da chegada estocástica de erros de replicação de fundo em células normais e saudáveis ​​(em vez de respostas a fatores carcinogênicos exógenos e evitáveis). Essa ideia de que a mutação está associada à replicação do DNA tem precedentes em trabalhos que sugerem que a variação nas taxas de mutação da linhagem germinativa entre espécies, entre machos e fêmeas da mesma espécie e entre machos de diferentes idades se deve, em parte, à variação no número de divisões celulares da linhagem germinativa ( Drost e Lee 1995 ; Crow 2000 ; Wilson Sayres et al. 2011 ). No entanto, a conclusão de Tomasetti e Vogelstein de que a maioria dos cânceres são imprevisíveis (e, portanto, inevitáveis) gerou considerável controvérsia ( por exemplo , Albini et al. 2015 ; Weinberg e Zaykin 2015 ).

Essa discussão engajada deixa clara a necessidade de informações quantitativas sobre as taxas de base de mutação somática, o que é difícil de obter devido à natureza mosaica das mutações somáticas em tecidos multicelulares. Estimativas indiretas iniciais, baseadas em marcadores fenotípicos em quatro tipos de tecido humano, sugeriram umaaumento na taxa de mutação por substituição de bases por divisão celular em relação à da linhagem germinativa ( Lynch 2009 , 2010 ). Resultados mais recentes baseados no sequenciamento de exoma completo implicam    einflações em células cerebrais, linfócitos, epitélio do cólon e células da pele ( Tomasetti et al., 2013 ; Lodato et al., 2015 ; Martincorena et al., 2015 ). Embora os mecanismos que geram taxas elevadas de mutação somática permaneçam obscuros (possíveis explicações incluem um número elevado de divisões celulares, expressão alterada de componentes da maquinaria de reparo e níveis elevados de subprodutos mutagênicos do metabolismo), é evidente que os humanos não são uma exceção nesse aspecto. Em todas as outras espécies para as quais existem dados disponíveis, as taxas de mutação somática são substancialmente maiores do que as da linhagem germinativa ( Lynch, 2009 , 2010 ).

Supondo queDevido à inflação da taxa de mutação somática (a média das estimativas acima), uma célula adulta média conterá  mutações de novo . Embora nem todas sejam independentes, comcélulas no corpo humano, o número total de mutações carregadas por um adulto será então da ordem decom cada sítio nucleotídico mutado em milhares de células. Uma grande fração dessas mutações pode ser completamente inócua, mas mesmo que a fração do genoma humano com consequências para a aptidão seja tão pequena quanto 1% ( Lindblad-Toh et al. 2011 ; Keightley 2012 ; Rands et al. 2014 ), a conclusão inevitável é que não há como evitar o acúmulo de mutações somáticas com efeitos indesejáveis ​​em um ser humano em processo de envelhecimento. Assim, pelo menos no que diz respeito à eliminação da fonte, a guerra contra o câncer parece ser impossível de vencer.

Isso não significa que devamos abandonar as metas de redução da incidência de mutagénicos ambientais. De facto, a possibilidade de a taxa basal de mutação humana aumentar ao longo do tempo (por razões discutidas abaixo) motiva um forte argumento em contrário — a necessidade de minimizar todos os fatores externos que possam agravar ainda mais uma situação já precária. Deve ser particularmente preocupante que os procedimentos comumente empregados em rastreios e intervenções médicas tenham o efeito colateral de aumentar a nossa exposição a mutagénicos importantes. Por exemplo, a utilização da tomografia computadorizada (TC), que envolve irradiação por raios X, aumentou drasticamente nas últimas duas décadas, comde pacientes em idade reprodutiva ou mais jovens ( Kocher et al., 2011 ; Berdahl et al., 2013 ) e da radiação administrada estar bem acima dos níveis conhecidos por afetar as taxas de mutação somática ( Leuraud et al., 2015 ). Uma segunda preocupação potencial envolve a aplicação extremamente disseminada de antibióticos. Sabe-se agora que níveis subletais de antibióticos aumentam indiretamente a taxa de mutação em bactérias-alvo, induzindo a resposta ao estresse ( Kohanski et al., 2010 ; Andersson e Hughes, 2014 ), mas, para esses e a maioria dos outros medicamentos comumente utilizados, pouco ou nada sabemos sobre os efeitos na estabilidade do DNA em nível de nucleotídeos em células hospedeiras eucarióticas.

Destinos alterados de mutações deletérias

Embora os seres humanos não sejam excepcionais em relação às características mutacionais, a condição humana impõe influências incomuns sobre o destino das mutações germinativas deletérias. Por um lado, no caso de distúrbios genéticos que envolvem um ou poucos loci com efeitos importantes, uma combinação de triagem genética e aconselhamento pode reduzir a transmissão de alelos deletérios entre gerações. Mas, por outro lado, como a grande maioria das mutações hereditárias tem efeitos muito pequenos (veja abaixo) e como todos nós nascemos com um grande número delas, elas são, em sua maioria, resistentes à identificação de seus efeitos individuais. Isso significa que a miríade de procedimentos clínicos para mitigar as consequências de genes defeituosos ( por exemplo , procedimentos cirúrgicos, medicamentos, suplementos nutricionais e terapias físicas e psiquiátricas) só pode resultar no relaxamento da seleção natural contra uma ampla classe de mutações deletérias.

A sensibilidade da incidência de mutações deletérias em ambos os cenários pode ser avaliada considerando o modelo subjacente para a dinâmica da frequência alélica. Alelos com efeitos deletérios discerníveis são geralmente mantidos em baixas frequências por um equilíbrio entre a entrada recorrente por mutação e a remoção por seleção.ser a taxa histórica de mutação para alelos deletérios por geração eSeja a magnitude histórica da seleção contra o alelo (em relação a um valor de aptidão de referência de 1,0), a frequência de equilíbrio esperada é simplesmente

Primeiramente, considere a situação de uma doença genética envolvendo mutações com efeitos suficientemente graves para serem passíveis de triagem direta em pais e/ou embriões em estágio inicial. Supondo uma situação extrema em que uma fração f da população seja triada com precisão para a mutação, com os cromossomos portadores sendo eliminados após a detecção, e nenhuma outra modificação na aptidão de indivíduos não triados, entãoO efeito heterozigoto de uma mutação deletéria (incluindo mutações recessivas letais) é geralmente da ordem deSimmons e Crow 1977 ; Lynch et al. 1999 ), portanto, neste caso, uma política de triagem de 20% ( ) levaria aSupondo que a taxa de mutação seja muito menor que a intensidade da seleção, isso implica uma redução resultante de 21 vezes na nova frequência do alelo de equilíbrio. A partir da expressão anterior, pode-se demonstrar queatinge o ponto médio para o novo equilíbrio apósgerações e a marca de 90% depoisgerações, que se torname 11 gerações (cerca de três séculos) neste exemplo específico. Assim, mesmo um nível moderado de triagem genética pode ser bastante eficaz na redução da incidência de um gene causador de doença importante, mas, a menos que essa seleção seja contínua, a mutação recorrente fará com que as frequências alélicas retornem aos seus níveis anteriores.

Considere agora o efeito da seleção reduzida sobre mutações com efeitos suficientemente pequenos para serem imperceptíveis à detecção por triagem genética, mas passíveis de atenuação por intervenção médica ( por exemplo , a correção de problemas de acuidade visual por optometria). Normalmente, uma mutação hereditária que causa uma redução de 1% na aptidão será eliminada de uma população em aproximadamente 100 gerações, mas a mitigação dos efeitos na aptidão prolongará a vida útil de mutações deletérias preexistentes e, sem uma redução comparável na taxa de mutação, as frequências de equilíbrio dos alelos deletérios aumentarão. Supondo queainda excede a taxa de mutação, reduzindo a desvantagem seletiva a uma fração x do estado natural, ou seja ,aumentará a frequência do alelo de equilíbrio por um fator de( por exemplo , por um fator de 10 se o efeito for reduzido em 90%), embora o tempo para atingir o novo equilíbrio possa ser bastante longo ( por exemplo , o ponto médio sendo atingido emgerações se ).

Para o caso mais extremo de seleção completamente relaxada (  ), os alelos benéficos acabarão sendo perdidos por completo ( 

Essa situação pode se agravar com o tempo, em uma espécie de ciclo de retroalimentação positiva. Como centenas de loci genéticos influenciam a taxa de mutação direta ou indiretamente, qualquer relaxamento da seleção contra mutações deletérias reduzirá naturalmente a eficiência da seleção que atua sobre os genes envolvidos na replicação e reparo do DNA. E devido ao nosso enorme tamanho efetivo populacional atual ( ) , todos os loci de replicação/reparo na população humana já devem abrigar alelos defeituosos em baixas frequências, portanto, esse processo de retroalimentação não precisa aguardar a chegada de novos alelos mutadores. Além disso, como observado acima, qualquer relaxamento da seleção sobre as consequências das mutações somáticas provavelmente relaxará simultaneamente a seleção sobre a taxa de mutação da linhagem germinativa. Portanto, é plausível que a taxa de mutação humana esteja destinada a aumentar lentamente em direção a níveis excepcionais.

Para avaliar as consequências a longo prazo desses processos em nível populacional, precisamos de informações sobre os efeitos das mutações espontâneas na aptidão. Numerosos estudos com organismos modelo indicam que esses efeitos têm uma ampla distribuição ( Lynch et al. 1999 ; Halligan e Keightley 2009 ) — a maioria das mutações tem efeitos menores, muito poucas têm consequências letais e ainda menos são benéficas. Em todos os organismos, a maioria das mutações com efeitos na aptidão reduz a viabilidade/fecundidade em cerca de 1% por mutação ( Lynch et al. 1999 ; Yampolsky et al. 2005 ; Eyre-Walker e Keightley 2007 ), e acredita-se que essa classe constitua de 1 a 10% de todas as mutações humanas, sendo o restante essencialmente neutro ( Lindblad-Toh et al. 2011 ; Keightley 2012 ; Rands et al. 2014 ). Considerando o limite inferior deste último intervalo, sugere-se que a carga recorrente de mutações imposta à população humana reduz a aptidão empor geração, ainda mais se a fração de mutações deletérias exceder 0,01 ou se o ambiente for mutagênico, e menos se o efeito médio de uma mutação na aptidão forUm cálculo menos conservador sugere que a carga recorrente poderia chegar a 5% por geração ( Lynch 2009 ). Para que tudo corra bem a longo prazo, a seleção deve ser capaz de melhorar a aptidão a uma taxa pelo menos tão alta quanto a taxa mutacional de deterioração.

Devido à forma indireta como essa estimativa da carga de mutações humanas recorrentes foi obtida, é de se esperar algum ceticismo. No entanto, um experimento recente de acúmulo de mutações em camundongos ( Uchimura et al., 2015 ) fornece uma visão independente sobre o assunto, visto que camundongos e humanos possuem arquiteturas gênicas e genômicas muito semelhantes. Para aumentar a taxa de aparecimento de mutações com efeitos discerníveis, os autores mantiveram linhagens consanguíneas replicadas de uma cepa mutadora por 20 gerações, propagando cada linhagem por meio de acasalamento entre irmãos completos para minimizar a eficácia da seleção. O sequenciamento de genoma completo revelou uma taxa de mutação por substituição de base depor sítio nucleotídico por geração, que éa taxa média de mutação humana. Ao longo do experimento, o número médio de descendentes por acasalamento diminuiu a uma taxa média de 3,35% por geração, embora a maior parte da mudança tenha ocorrido nas primeiras 6 gerações, dificultando a manutenção da linhagem e provavelmente impondo alguma seleção contra um declínio adicional. Extrapolando e dividindo por 6,7, sugere-se uma taxa de declínio humano deO peso corporal nessas linhagens diminuiu 0,5% por geração, e anormalidades fenotípicas evidentes acumularam-se a taxas de 0,68% por geração, cada uma das quais se extrapola para as expectativas humanas deEmbora essas características possam não ter efeitos independentes sobre a aptidão, e outros fatores-chave de aptidão possam ter sido ignorados, os resultados gerais são qualitativamente compatíveis com acarga de mutações recorrentes mencionada acima.

Prognóstico a Longo Prazo

Resumindo até este ponto, nosso conhecimento atual sobre a taxa e os prováveis ​​efeitos da mutação em humanos sugere um declínio de cerca de 1% no desempenho basal de atributos físicos e mentais em populações com recursos e inclinação para minimizar as consequências para a aptidão de mutações com efeitos menores. Uma conclusão semelhante foi alcançada anteriormente, de forma menos quantitativa, em uma época em que a grande visão atual da medicina personalizada e de precisão dificilmente poderia ser imaginada ( Muller 1950 ; Crow 1997 ).O declínio se aplica à situação extrema de relaxamento completo da seleção, que provavelmente ocorrerá apenas nas populações tecnologicamente mais avançadas. Mas, por razões que serão discutidas adiante, é igualmente relevante que...A estimativa pode ser muito baixa. Embora tenha sido argumentado que a magnitude dos efeitos na aptidão é menos consequente se a seleção for branda (no sentido de que o desempenho individual é simplesmente medido em relação à média móvel) ( Keightley 2012 ; Lesecque et al. 2012 ), defeitos físicos envolvendo câncer, doenças metabólicas e transtornos psiquiátricos têm custos muito reais, independentemente do estado médio da população.

Do ponto de vista da sobrevivência individual, não há dúvida de que a seleção natural foi substancialmente relaxada no último século. O ser humano médio deseja permanecer ativo o máximo de tempo possível, e as ciências biológicas aplicadas dedicam-se cada vez mais a tornar isso possível. Nos Estados Unidos, a expectativa de vida média dobrou nos últimos 160 anos, embora a longevidade máxima não tenha mudado notavelmente e, com base nos argumentos anteriores, provavelmente não mudará. Nas últimas quatro décadas, a incidência de cânceres relatados, ajustada por idade, aumentou emmas agora estão se estabilizando nos Estados Unidos, enquanto a sobrevida pós-diagnóstico aumentou eme continua a fazê-lo ( Siegel et al. 2014 ). Porque apenasConsiderando que a maioria dos cânceres ocorre antes dos 40 anos, presumivelmente devido à seleção prévia contra essa expressão durante a idade reprodutiva ( Frank, 2007 ), os efeitos diretos da seleção relaxada sobre os cânceres de início tardio podem ser de mínima preocupação. No entanto, um aumento na incidência de câncer em idades mais precoces pode ser esperado, à medida que esses casos continuam a ser mitigados por meio de tratamento médico, a ponto de permitir a transmissão dos genes causadores pela reprodução. Da mesma forma, embora a incidência de doenças cardíacas nos Estados Unidos não tenha mudado significativamente nos últimos 40 anos, as taxas de mortalidade associadas diminuíram.e exibem uma tendência descendente contínua ( Ford et al. 2014 ). Dada a altíssima herdabilidade da maioria das características humanas ( Lynch e Walsh 1998 ), é provável que uma fração substancial da variação na predisposição a doenças cardíacas tenha uma base genética.

Os argumentos anteriores não implicam necessariamente que o comportamento humano sob seleção natural tenha chegado a um impasse ( Reed e Aquadro 2006 ), sendo uma questão fundamental o fato de a seleção natural ser uma função tanto da sobrevivência quanto da reprodução. Mesmo que a variação na sobrevivência fosse completamente eliminada, os fenótipos associados à produção reprodutiva seriam inevitavelmente promovidos pelas forças cegas da seleção. Contudo, outro aspecto do comportamento humano moderno — a tendência a famílias de tamanho semelhante (a síndrome dos dois filhos em bairros de classe média em sociedades ocidentalizadas) — pode também frustrar esse aspecto da seleção. Notavelmente, essa mesma estratégia (equilíbrio do tamanho das famílias) tem sido utilizada para acumular mutações deletérias em populações experimentais de Drosophila , resultando em um declínio de 0,2–2% na aptidão por geração ( Shabalina et al. 1997 ).

Presume-se que a seleção sexual continue a desempenhar algum papel na evolução humana, embora a cirurgia estética, a aquisição de riqueza e outros fatores também possam atenuá-la. Por exemplo, embora se argumente que a escolha feminina por machos saudáveis ​​possa ajudar a reduzir a carga mutacional ( Whitlock e Agrawal 2009 ), a força desse reforço também seria diminuída em populações humanas onde fenótipos masculinos subótimos são ocultados por diversos procedimentos médicos. Além disso, a seleção sexual não precisa operar na mesma direção que a seleção natural; por exemplo , dadas as altíssimas herdabilidades das características morfológicas humanas ( Lynch e Walsh 1998 ), espera-se que a seleção feminina por estatura física elevada em machos leve a maiores dificuldades no processo natural de parto. Claramente, as questões aqui são extremamente complexas, e não há certeza alguma de que características benéficas em um sentido absoluto ( por exemplo , atributos físicos ou mentais excepcionais) sejam as que estão sendo promovidas atualmente pela seleção natural ou sexual.

Assim, na ausência de contra-argumentos convincentes neste momento, permanece difícil escapar à conclusão de que inúmeros atributos físicos e psicológicos provavelmente se deteriorarão lentamente em sociedades tecnologicamente avançadas, com mudanças notáveis ​​nos fenótipos médios pré-intervenção esperadas em uma escala de tempo de algumas gerações, ou seja , 100 anos, em sociedades onde a assistência médica é amplamente aplicada. Nos Estados Unidos, a incidência de diversas doenças, incluindo autismo, infertilidade masculina, asma, distúrbios do sistema imunológico, diabetes, etc., já apresenta aumentos que excedem a taxa esperada. Grande parte dessa mudança se deve quase certamente a alterações em fatores ambientais. No entanto, mitigar esses efeitos por meio de modificações comportamentais e/ou intervenção médica também apenas exacerbará os problemas mencionados acima, relaxando a seleção sobre quaisquer fatores genéticos subjacentes. Determinar a contribuição genética para qualquer tendência de longo prazo nos atributos fenotípicos exigirá o desenvolvimento e a implementação de métodos de medição padronizados que controlem as mudanças históricas na seleção e os efeitos ambientais. Dado o enorme apoio dedicado à pesquisa biomédica, certamente este é um objetivo que vale a pena perseguir.

Um último ponto que merece consideração é o fato de que a maioria dos trabalhos anteriores sobre os efeitos das mutações se concentrou em medidas simples de sobrevivência e reprodução, geralmente em sistemas modelo de invertebrados. Pouca atenção foi dada ao comportamento, mas estudos com Caenorhabditis elegans , um nematóide com um sistema nervoso relativamente simples, sugerem uma taxa de declínio no desempenho comportamental semelhante à observada para características de aptidão imediata ( Ajie et al., 2005 ). Esse trabalho observacional pode subestimar substancialmente a vulnerabilidade mutacional do órgão mais complexo do mundo, o cérebro humano. Como a função cerebral humana é governada pela expressão de milhares de genes, a taxa de mutação germinativa para transtornos psicológicos pode ser excepcionalmente alta. Pelo menos 30% dos indivíduos com transtornos do espectro autista parecem adquirir tais comportamentos por meio de mutações de novo ( Iossifov et al., 2015 ). Notavelmente, as células cerebrais humanas também sofrem até dezenas de inserções de elementos móveis por célula ( Erwin et al. 2014 ; Richardson et al. 2014 ), o que implica um nível de mutação somática muito além da expectativa mencionada acima com base em mutações pontuais.

Pode-se argumentar que, ao fornecer um mecanismo para a divisão de tarefas mentalmente exigentes, a vida em sociedade pode servir como mais uma forma de atenuar a seleção sobre características individuais, embora também se possa argumentar que sociedades complexas impõem seleção para novas formas de processamento de informações. Sugeriu-se que houve um declínio lento na inteligência nos Estados Unidos e no Reino Unido ao longo do último século ( Crabtree 2013 ; Woodley 2015 ), embora, novamente, as questões subjacentes relativas a fatores ambientais não tenham sido totalmente resolvidas e, não surpreendentemente, esses argumentos sejam controversos. O ponto crucial aqui é que o único atributo humano verdadeiramente excepcional, a função cerebral, pode ser particularmente sensível ao acúmulo de mutações, possivelmente exibindo uma resposta à seleção atenuada maior do que o limite de 1% sugerido acima.

Uma queda de alguns pontos percentuais na aptidão física ao longo de um século é da mesma ordem de grandeza da taxa de aquecimento global, e isso faz parte do problema. O que será necessário para promover um debate sério sobre as consequências negativas de longo prazo, que emergem lentamente, de políticas promovidas conjuntamente por fatores políticos, sociais e religiosos? Deveríamos sequer buscar tal discussão ou o processo de mudança genética acelerada deveria simplesmente ser deixado seguir seu curso — uma lenta caminhada rumo ao que Hamilton (2001) chamou de “o grande Hospital Planetário”? Ao contrário das mudanças ambientais globais, não há uma solução tecnológica óbvia para o objetivo exclusivamente humano de amenizar intencionalmente os efeitos da mutação, nem um imperativo ético simples para agir de outra forma, a não ser redirecionar nossos objetivos éticos para as futuras gerações. A menos que se tome um rumo diferente, à medida que os procedimentos biomédicos aprimorados continuam a minimizar as consequências cumulativas de nossas aflições genéticas (e/ou induzidas pelo ambiente), e as indústrias biomédicas associadas colhem os frutos financeiros, isso terá um custo progressivamente maior para os indivíduos com recursos e/ou o desejo de aplicar tais soluções.

Agradecimentos

Agradeço aos três revisores pelos comentários úteis. Este trabalho foi financiado pelo programa Multidisciplinary University Research Initiative (MURI) do Departamento do Exército dos EUA, através do prêmio W911NF-09-1-0444 concedido a M. Lynch e a P. Foster, H. Tang e S. Finkel, e pelo prêmio GM036827 dos Institutos Nacionais de Saúde (NIH) concedido a M. Lynch e W.K. Thomas.

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Editor responsável pela comunicação: AS Wilkins

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Variação não neutra do DNA mitocondrial em humanos e chimpanzés 

Obtenha acesso 
Genética , Volume 142, Edição 3, 1 de março de 1996, Páginas 953–963, https://doi.org/10.1093/genetics/142.3.953
Publicado:
 
01 de março de 1996
 Histórico do artigo

Resumo

Sequenciamos o gene da subunidade 3 da NADH desidrogenase (ND3) de uma amostra de 61 humanos, cinco chimpanzés comuns e um gorila para testar se os padrões de variação do DNA mitocondrial (mtDNA) são consistentes com um modelo neutro de evolução molecular. Tanto em humanos quanto em chimpanzés, a proporção de substituições nucleotídicas em relação às substituições silenciosas foi maior do que a observada em comparações entre espécies, contrariando as expectativas de um modelo neutro. Para testar a generalidade desse resultado, reanalisamos dados de RFLP humanos publicados, referentes ao genoma mitocondrial completo. Ganhos de sítios de restrição em relação a uma sequência de mtDNA humana conhecida foram usados ​​para inferir substituições nucleotídicas inequívocas. Também comparamos as sequências completas de mtDNA de três humanos. Tanto os dados de RFLP quanto os dados de sequenciamento revelam uma proporção maior de substituições nucleotídicas em relação às substituições silenciosas em humanos do que a observada entre espécies. Esse padrão é observado na maioria ou em todos os genes mitocondriais humanos e é inconsistente com um modelo estritamente neutro. Esses dados sugerem que muitos polimorfismos de proteínas mitocondriais são ligeiramente deletérios, o que está de acordo com estudos de doenças mitocondriais humanas.

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Este artigo é publicado e distribuído de acordo com os termos do Modelo de Publicação de Periódicos Padrão da Oxford University Press ( https://academic.oup.com/journals/pages/open_access/funder_policies/chorus/standard_publication_model ).




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SHAPIRO, Beth et al. Rise and fall of the Beringian steppe bison. Science, v. 306, n. 5701, p. 1561-1565, 2004. Disponível: https://www.science.org/doi/abs/10.11...


https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.1101074 


Ascensão e queda do bisão-da-estepe-beríngia

Ciência
26 de novembro de 2004
Volume 306 , Edição 5701
pp. 1561 - 1565

Resumo

As extinções em larga escala de grandes mamíferos no final do Pleistoceno têm sido frequentemente atribuídas à predação humana; aqui, apresentamos evidências genéticas que questionam essa suposição. Utilizamos DNA antigo e técnicas bayesianas para reconstruir uma história genética detalhada do bisão ao longo do Pleistoceno tardio e do Holoceno. Nossas análises retratam uma grande e diversificada população vivendo em toda a Beríngia até cerca de 37.000 anos atrás, quando a diversidade genética da população começou a declinar drasticamente. O momento desse declínio coincide com as mudanças ambientais associadas ao início do último ciclo glacial, enquanto as evidências arqueológicas não corroboram a presença de grandes populações humanas na Beríngia Oriental até mais de 15.000 anos depois.

As mudanças climáticas e ambientais durante o Pleistoceno [de 2 milhões de anos atrás (Ma) a 10.000 anos antes do presente (ka BP)] desempenharam um papel importante na distribuição e diversidade de plantas e animais modernos ( 1 , 2 ). Na Beríngia, o clima e a geologia locais criaram um refúgio livre de gelo que se estendia do leste da Sibéria até os Territórios do Noroeste do Canadá ( 3 ). A exposição periódica da Ponte Terrestre de Bering facilitou a troca de uma megafauna diversificada (como bisontes, mamutes e bois-almiscarados) sustentada por gramíneas e arbustos da tundra-estepe ( 3 , 4 ). Acredita-se que os humanos colonizaram a América do Norte por essa rota, e a primeira evidência bem aceita de assentamento humano no Alasca data de cerca de 12 ka BP ( 5 ). O final do Pleistoceno testemunhou a extinção da maior parte da megafauna beringiana, incluindo mamutes, ursos-de-cara-curta e leões norte-americanos. As razões para essas extinções permanecem obscuras, mas são atribuídas com mais frequência ao impacto humano ( 6 , 7 ) e às mudanças climáticas associadas ao último ciclo glacial ( 8 ).
Os fósseis de bisontes do Pleistoceno são abundantes em toda a Beríngia e fornecem um marcador ideal de mudanças ambientais. Acredita-se que os bisontes entraram pela primeira vez na Beríngia oriental vindos da Ásia durante o Pleistoceno Médio [estágios isotópicos marinhos de oxigênio (MISs) 8 a 6, cerca de 300 a 130 mil anos AP] e depois migraram para o sul, para a América do Norte central, durante o período interglacial MIS 5 (130 a 75 mil anos AP), onde se distribuíram pelos Estados Unidos continentais ( 9 ). Durante esse período, as populações de bisontes da Beríngia e da América do Norte central podem ter sido periodicamente separadas pelo gelo glacial que se formou sobre a maior parte do Canadá ( 10 , 11 ). O momento e a extensão da troca genética entre essas áreas permanecem incertos ( 2 ).
A abundância e a diversidade de fósseis de bisão têm motivado consideráveis ​​pesquisas paleontológicas e arqueológicas sobre seu uso como marcadores estratigráficos. A extensa diversidade morfológica, no entanto, tem dificultado a distinção até mesmo entre as formas mais aceitas de bisão fóssil, e a falta de estratigrafia em sítios da Beríngia tem impedido o desenvolvimento de um contexto cronológico. Essas complicações criam uma literatura complexa de hipóteses conflitantes sobre a taxonomia e a evolução do bisão ( 9 , 12 ). Após um severo gargalo populacional, ocorrido há apenas 200 anos ( 13 ), duas subespécies sobrevivem na América do Norte: Bison bison bison , o bisão das planícies, e B. b. athabascae , o bisão da floresta ( 9 , 13 ).
Para investigar a evolução e a história demográfica do bisão do Pleistoceno, coletamos 442 fósseis de bisão do Alasca, Canadá, Sibéria, China e dos 48 estados contíguos dos Estados Unidos ( 14 ). Usamos técnicas de DNA antigo para sequenciar um fragmento de 685 pares de bases (pb) da região de controle mitocondrial ( 14 ). Datações por radiocarbono por espectrometria de massa com acelerador foram obtidas para 220 amostras, que abrangem um período de >60 mil anos ( 14 ).
A associação de datações por radiocarbono com sequências de DNA permite a calibração das taxas evolutivas dentro de espécies individuais ( 15 ). Análises filogenéticas bayesianas produziram uma estimativa da taxa evolutiva para a região de controle mitocondrial do bisão de 32% por milhão de anos (Ma) [intervalo de confiança de 95% (IC 95%): 23 a 41% por Ma] ( 14 ). Essa estimativa é independente de calibrações paleontológicas, mas concorda com as taxas calibradas por fósseis para bovinos de 30,1% por Ma ( 16 ) e 38% por Ma ( 17 ). Essa taxa foi usada para calcular as idades de nós-chave na genealogia do bisão ( 14 ). O ancestral comum mais recente (ACMR) de todos os bisões incluídos nesta análise viveu por volta de 136 mil anos AP (IC 95%: 164 a 111 mil anos AP). Na maioria (66%) das árvores estimadas, o bisão eurasiático se agrupa em um único clado, com um ancestral comum mais recente (ACMR) entre 141 e 89 mil anos atrás. Embora essas duas estimativas se sobreponham, a idade do ACMR do bisão eurasiático foi a mesma da raiz em 4,8% das 135.000 genealogias posteriores (com um fator de Bayes de 20,83, indicando que o ACMR eurasiático não é também o ACMR de todos os clados), sugerindo que o clado eurasiático não é o mais antigo da árvore. Isso sugere que os bisões do Pleistoceno tardio, desde os Montes Urais até o norte da China, são descendentes de uma ou mais dispersões da América do Norte. Diversas linhagens norte-americanas estão inseridas no clado eurasiático, indicando subsequente troca genética assimétrica, predominantemente da Ásia para a América do Norte.
A Figura 1A ilustra o fluxo gênico inferido entre populações de bisontes na Beríngia e na América do Norte central durante o MIS 3 (aproximadamente 60 a 25 mil anos AP), que corresponde ao período interglacial anterior ao Último Máximo Glacial (UMG, cerca de 22 a 18 mil anos AP). Os bisontes distribuíam-se continuamente desde o leste da Beríngia até a América do Norte central durante esse período, antes da formação das calotas de gelo Laurentide (oriental) e Cordilheira (ocidental), que criaram uma barreira à troca faunística entre o norte e o sul. Embora qualquer coalescência entre essas massas de gelo tenha sido breve ( 11 ), a ausência de restos faunísticos com idade entre 22 e 12 mil anos AP ( Figura 1B ) ( 18 ) indica que a área era inabitável para grandes mamíferos durante esse período. Fósseis de bisontes na América do Norte central durante o UMG são esparsamente distribuídos por todo o continente ( 9 ). O DNA pôde ser recuperado apenas de dois espécimes desse período, ambos da caverna Natural Trap, Wyoming (20.020 ± 150 e 20.380 ± 90 mil anos AP). Esses espécimes não são intimamente relacionados ( 14 ), indicando que as populações ao sul do gelo mantiveram alguma diversidade genética até o Último Máximo Glacial.
Figura 1. Distribuição do bisão na Beríngia e na América do Norte central ao longo do tempo. ( A a C ) As setas de duas pontas mostram o fluxo gênico entre as regiões. As setas pretas indicam eventos de colonização. Os círculos nos mapas ( D ) e ( E ) designam a ancestralidade setentrional (vermelha) ou meridional (azul) e o número de amostras daquela localização.
As camadas de gelo começaram a recuar por volta de 14 mil anos atrás, formando um corredor livre de gelo (CLT) através do qual a dispersão entre a Beríngia e a América do Norte pôde ocorrer. Os primeiros haplótipos de bisão observados na IFC são de origem meridional ( Fig. 1, C e D ), com o espécime mais antigo localizado no sul de Alberta, datado de 11,3 mil anos AP, e outros próximos a Athabasca, no norte de Alberta, datados de 10,4 mil anos AP . Essa descoberta é consistente com evidências de que os primeiros conjuntos faunísticos e a presença arqueológica na IFC eram de origem meridional (18–20 ) . A abertura da extremidade norte da IFC testemunhou uma dispersão limitada para o sul do bisão beringiano, com um subconjunto da diversidade setentrional encontrado próximo ao rio Peace (noroeste da Colúmbia Britânica) entre 11,2 e 10,2 mil anos AP ( Fig. 1C ) ( 14 ). Bisões meridionais também são encontrados nessa área por volta de 10,5 mil anos AP, tornando-a o único local onde clados meridionais e meridionais pós-Último Máximo Glacial (UMG) ocorreram simultaneamente. A subsequente troca genética entre a Beríngia e a América do Norte central foi limitada pelo rápido estabelecimento de floresta de abetos em Alberta por volta de 10 mil anos AP ( 21 ) e pelo desenvolvimento generalizado de turfeiras no oeste e noroeste do Canadá ( 22 ). Ao norte dessas barreiras ecológicas, as pastagens foram reduzidas pela invasão de árvores e arbustos, mas apesar da diminuição na qualidade e quantidade do habitat ( 3 ), o bisão persistiu na Beríngia oriental até algumas centenas de anos atrás ( 14 , 23 ).
Foi levantada a hipótese de que os bisontes modernos descendem de bisontes beringianos que migraram para o sul através da IFC após o Último Máximo Glacial (UMG ) ( 9 , 19 ) e que, desde então, sofreram um declínio na diversidade devido à caça excessiva e à perda de habitat ( 13 ). Em contraste, nossos dados mostram que os bisontes modernos descendem de populações que estavam ao sul do gelo antes do UMG e que a diversidade foi restrita a pelo menos 12 mil anos AP, aproximadamente na época das extinções da megafauna. Todos os bisontes modernos pertencem a um clado distinto dos bisontes beringianos. Esse clado tem um ancestral comum mais recente (ACMR) entre 22 e 15 mil anos AP, o que coincide com a separação das populações do norte e do sul pela barreira de gelo do oeste canadense. Esse clado divergiu dos bisontes beringianos entre 83 e 64 mil anos AP e provavelmente fez parte de uma dispersão inicial da Beríngia, como indicado pelo longo ramo que o separa dos bisontes beringianos ( 14 ). Se outros remanescentes dessas dispersões iniciais sobreviveram ao Último Máximo Glacial (UMG), eles não contribuíram com haplótipos mitocondriais para as populações modernas.
A teoria da coalescência é usada para avaliar a probabilidade de uma história demográfica, dadas genealogias plausíveis ( 24 ). Em um modelo de coalescência, a cronologia das datas de divergência fornece informações sobre os tamanhos efetivos da população ao longo do tempo. Para visualizar isso para o bisão, foi utilizada uma técnica chamada gráfico skyline ( 14 , 25 ). Os resultados mostraram duas tendências demográficas distintas desde o ancestral comum mais recente (MRCA), sugerindo que um modelo demográfico simples, como tamanho populacional constante ou crescimento exponencial, era insuficiente para explicar a história evolutiva do bisão da Beríngia. Portanto, estendemos o método de coalescência Bayesiano ( 26 ) para um modelo demográfico de duas épocas com crescimento populacional exponencial à taxa <sub>early</sub> , até um tempo de transição, t<sub> trans</sub> , após o qual uma nova taxa exponencial, r<sub> late </sub> , se aplica até que o tamanho efetivo da população atual, <sub>0 </sub> , seja atingido ( Fig. 2A ). Neste modelo, tanto a época inicial quanto a tardia podem ter taxas de crescimento positivas ou negativas, com as taxas e o tempo de transição estimados diretamente a partir dos dados.
Figura 2. ( A ) O modelo demográfico de duas épocas com quatro parâmetros demográficos: N0 , r0 inicial , r0 tardio e ttrans . O tamanho efetivo da população é uma variável composta considerada linearmente proporcional ao tamanho da população censitária. ( B ) Gráfico log-linear descrevendo os resultados das análises Bayesianas completas. As curvas suavizadas fornecem os valores médios e o intervalo de credibilidade de 95% (região sombreada em azul) para o tamanho efetivo da população ao longo do tempo. As linhas verticais tracejadas e as regiões sombreadas em cinza descrevem os valores médios e o intervalo de credibilidade de 95% para o tempo estimado do Ancestral Comum Mais Recente (ACMR) (111 a 164 mil anos AP), o tempo de transição (32 a 43 mil anos AP) e a presença humana mais antiga relatada inequivocamente no leste da Beríngia (≈12 mil anos AP) ( 5 ). A linha escalonada é o gráfico de skyline generalizado derivado da árvore de máxima a posteriori da análise de crescimento exponencial. O gráfico de barras mostra o número de amostras datadas por radiocarbono em intervalos de 1000 anos de radiocarbono. Não há relação aparente entre o número absoluto de amostras e o tamanho efetivo estimado da população ou o tempo de transição.
A análise corroborou fortemente um modelo demográfico de expansão e declínio ( Tabela 1 ), no qual uma expansão exponencial da população de bisontes foi seguida por um rápido declínio, com uma transição por volta de 37 mil anos AP ( Figura 2B ). No auge da expansão, o tamanho da população era cerca de 230 vezes maior (IC 95%: 71 a 454 vezes) do que o da população atual. Quando este modelo é aplicado apenas ao clado atual, observa-se um pico de crescimento por volta de 1000 anos atrás (IC 95%: 63 a 2300 anos AP), seguido por um rápido declínio ( 14 ), o que está de acordo com registros históricos de um gargalo populacional no final do século XIX ( 13 ). Esses resultados ilustram a capacidade deste método de recuperar sinais demográficos do passado.
Tabela 1. Resultados das análises Bayesianas assumindo tamanho populacional constante, crescimento exponencial e um modelo de duas épocas para a análise completa de 191 bisontes associados a datas de radiocarbono finitas ( 14 ). Os parâmetros do modelo são definidos em ( 26 ). A grande diferença entre as estatísticas médias de ajuste [ln(posterior)] indica que, tanto pelo critério de informação de Akaike quanto pelo critério de informação Bayesiano, o modelo de duas épocas se ajusta significativamente melhor aos dados do que os modelos mais simples.
Os efeitos da subdivisão populacional e da extinção e recolonização de manchas nos padrões de coalescência não foram totalmente caracterizados, mas podem influenciar estimativas demográficas como os gráficos de skyline ( 27 ). Para testar o efeito da subdivisão populacional em nossos modelos, a análise de duas épocas foi repetida primeiro sem o bisão eurasiático e depois sem o bisão eurasiático e o bisão norte-americano central. Os resultados dessas análises foram consistentes com os do conjunto de dados completo ( 14 ), sugerindo que a suposição de panmixia não afeta a análise. Esses resultados sugerem que o principal sinal para o cenário de expansão e declínio populacional veio da população bem representada da Beríngia Oriental.
O declínio populacional dos bisontes da Beríngia ( Fig. 2B ) precede os eventos climáticos do Último Máximo Glacial (UMG) e os eventos do limite Pleistoceno-Holoceno. A população de bisontes cresceu rapidamente durante os estágios isotópicos marinhos (MIS) 4 e 3 (aproximadamente 75 a 25 mil anos AP), dobrando aproximadamente a cada 10.200 anos (IC 95%: 7.500 a 15.500 anos). A reversão dessa tendência de duplicação entre 42 e 32 mil anos AP e a subsequente diminuição drástica no tamanho da população coincidem com a parte mais quente do MIS 3, marcada pela redução da estepe-tundra devido à cobertura arbórea atingir seu máximo no final do Pleistoceno ( 28 ). As florestas boreais modernas atuam como uma barreira à dispersão dos bisontes, pois são difíceis de atravessar e oferecem poucas fontes de alimento ( 3 ). Após o período interglacial, as condições frias e áridas tornaram-se cada vez mais dominantes, e algum componente dessas mudanças ecológicas pode ter sido suficiente para afetar as populações de bisontes em toda a Beríngia. Relatos anteriores de extinção local de ursos pardos ( 29 ) e cavalos hemionídeos ( 8 ) no Alasca por volta de 32 a 35 mil anos AP apoiam a possibilidade de uma mudança ambiental em maior escala afetando populações de grandes mamíferos.
Esses resultados têm implicações consideráveis ​​para a compreensão das extinções em massa do final do Pleistoceno, pois oferecem a primeira evidência do declínio inicial de uma população, em vez de simplesmente o evento de extinção resultante. Esses eventos são anteriores às evidências arqueológicas de presença humana significativa no leste da Beríngia ( 5 ), o que sugere que as mudanças ambientais que antecederam o Último Máximo Glacial (UMG) foram a principal causa das mudanças observadas na diversidade genética. Se outras espécies foram afetadas de forma semelhante, as diferenças na forma como essas espécies responderam ao estresse ambiental podem ajudar a explicar a natureza escalonada das extinções da megafauna ( 7 , 30 ). No entanto, é possível que populações humanas estivessem presentes no leste da Beríngia por volta de 30 mil anos atrás, com relatos de artefatos modificados por humanos datados de 42 a 25 mil anos atrás na bacia de Old Crow, no território de Yukon, Canadá ( 31 ). Embora o significado arqueológico desses espécimes seja controverso e o número de indivíduos seja baixo, os espécimes são consistentes com a cronologia do declínio populacional do bisão. Isso enfatiza que estudos futuros sobre as extinções em massa do final do Pleistoceno na América do Norte devem incluir eventos anteriores ao Último Máximo Glacial (UMG).
O DNA antigo é uma ferramenta poderosa para o estudo de processos evolutivos, como a resposta dos organismos às mudanças ambientais. Deveria ser possível construir uma história paleoecológica detalhada para a Beríngia do Pleistoceno Superior usando métodos semelhantes para outros táxons. Quase nenhuma da diversidade genética presente nos bisontes do Pleistoceno sobreviveu nas populações do Holoceno, apagando os sinais da complexa dinâmica populacional que ocorreu há apenas 10.000 anos.



Referências e notas

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Agradecemos aos museus e coleções que doaram material e a T. Higham, A. Beaudoin, K. Shepherd, RD Guthrie, B. Potter, C. Adkins, D. Gilichinsky, R. Gangloff, SC Gerlach, C. Li, NK Vereshchagin, T. Kuznetsova, G. Boeskorov, ao Alaska Bureau of Land Management e ao Yukon Heritage Branch pelas amostras, apoio logístico e auxílio nas análises. Agradecemos a D. Rubenstein, R. Fortey e P. Harvey pelos comentários sobre o manuscrito; ao Balliol College; à Royal Society; ao Natural Environment Research Council; ao Biotechnology and Biological Sciences Research Council; à Rhodes Trust; à Wellcome Trust e à Leverhulme Trust pelo apoio financeiro; e ao Oxford Radiocarbon Dating Service e ao Lawrence Livermore National Laboratory pela datação por carbono.



STOECKLE, Mark Y.; THALER, David S. Why should mitochondria define species?. BioRxiv, p. 276717, 2018. Disponível: https://www.researchgate.net/publicat...


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Por que as mitocôndrias deveriam definir as espécies?

Maio de 2018Evolução Humana 33(n1-2)

DOI: 10.14673/HE2018121037

Autores:

David S. Thaler

Universidade de Basileia


Resumo e Figuras

Mais de uma década de sequenciamento de DNA, abrangendo cerca de cinco milhões de espécimes de 100.000 espécies animais, corrobora a generalização de que os agrupamentos de DNA mitocondrial se sobrepõem amplamente às espécies definidas por especialistas. A maioria dos agrupamentos de código de barras reflete substituições sinônimas. Quais mecanismos evolutivos explicam a grande coincidência entre agrupamentos sinônimos e espécies? A resposta depende da neutralidade fenotípica das variantes. Na medida em que as variantes são selecionáveis, a seleção purificadora limita a variação dentro das espécies, e espécies vizinhas podem apresentar picos adaptativos distintos. Variantes fenotipicamente neutras estão sujeitas apenas a processos demográficos — deriva genética, seleção de linhagens, carona genética e gargalos populacionais. A evolução dos humanos modernos tem sido estudada por diversas disciplinas com um nível de detalhamento único entre as espécies animais. Os códigos de barras mitocondriais fornecem uma maneira comparável de analisar humanos modernos com outras espécies animais. A variação do código de barras na população humana moderna é quantitativamente semelhante à observada em outras espécies animais. Diversas linhas convergentes de evidência mostram que a diversidade mitocondrial em humanos modernos resulta da uniformidade da sequência, seguida pelo acúmulo de diversidade amplamente neutra durante uma expansão populacional que começou há aproximadamente 100.000 anos. Uma hipótese direta é que as populações existentes de quase todas as espécies animais chegaram a um resultado semelhante, consequência de um processo similar de expansão a partir da uniformidade mitocondrial nos últimos cem mil anos.





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erro


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Efeitos genéticos da radiação atômica

Comitê sobre Efeitos Genéticos da Radiação Atômica - Informações sobre os Autores e Afiliações

Ciência

29 de junho de 1956

Volume 123 , Edição 3209

págs. 1157 - 1164

DOI: 10.1126/science.123.3209.1157





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https://barryyeoman.com/2006/04/schweitzers-dangerous-discovery/ 


A Descoberta Perigosa de Schweitzer

Quando essa paleontóloga tímida encontrou tecido macio e com aparência fresca dentro do fêmur de um T. rex , ela apagou a linha divisória entre passado e presente. Então, o caos se instaurou.

Publicado originalmente na revista Discover.

Mary Schweitzer: “Bastava um olhar para eu pensar: 'Não, não. Isso não vai acontecer. Simplesmente não vai acontecer.'” Foto de Roger Winstead, Universidade Estadual da Carolina do Norte.

Desde que Mary Higby Schweitzer  espreitou o interior do fêmur fraturado de um  Tyrannosaurus rex , a vida da cientista introvertida nunca mais foi a mesma. Nem o campo da paleontologia.

Há dois anos, Schweitzer olhou através de um microscópio em seu laboratório na Universidade Estadual da Carolina do Norte e viu um tecido com aparência humana que não deveria estar presente em um esqueleto fossilizado de dinossauro: uma matriz fibrosa, elástica como uma crosta úmida na pele humana; o que pareciam ser células ósseas flexíveis, com suas formas tridimensionais intactas; e vasos sanguíneos translúcidos que pareciam ter vindo diretamente de um avestruz no zoológico.

De acordo com todas as regras da paleontologia, esses vestígios de vida já deveriam ter desaparecido dos ossos há muito tempo. É uma questão de fé entre os cientistas que o tecido mole pode sobreviver, no máximo, por algumas dezenas de milhares de anos, e não pelos 65 milhões desde que  o T. rex  caminhou sobre o que hoje é a Formação Hell Creek, em Montana. Mas Schweitzer tende a ignorar esse dogma. Ela simplesmente observa e se pergunta, cutuca e examina, seguindo sua curiosidade científica. Isso lhe permitiu ver coisas que outros paleontólogos não perceberam — e potencialmente destruir pressupostos fundamentais sobre o quanto podemos aprender com o passado. Se o tecido biológico puder sobreviver ao processo de fossilização, isso poderá abrir uma janela no tempo, mostrando não apenas como os animais extintos evoluíram, mas também como viviam no dia a dia. "Os fósseis têm histórias mais ricas para contar — sobre o cotidiano dos dinossauros — do que estamos dispostos a ouvir", diz Robert T. Bakker, curador de paleontologia do Museu de Ciências Naturais de Houston. "Esta é uma prova espetacular disso."

Ao mesmo tempo, o conteúdo desses  ossos de T. rex  também deixou alguns criacionistas empolgados, que interpretam as descobertas de Schweitzer como evidência de que a Terra não é tão antiga quanto os cientistas afirmam. "Convido o leitor a refletir sobre o óbvio", escreveu Carl Wieland no site da Answers in Genesis no ano passado. "Essa descoberta oferece um apoio imensamente forte à proposição de que os fósseis de dinossauros não têm milhões de anos, mas foram fossilizados em sua maioria sob condições catastróficas há, no máximo, alguns milhares de anos."

Essa retórica colocou Schweitzer no centro de uma acirrada controvérsia cultural, pois ela não é apenas uma paleontóloga pioneira, mas também uma cristã evangélica. Esse fato por si só levou alguns paleontólogos proeminentes a serem ainda mais céticos em relação à sua pesquisa científica. Alguns criacionistas questionaram seu trabalho por outro ângulo, pressionando-a a refutar a evolução darwiniana. Mas em sua vida religiosa, Schweitzer não é mais ideóloga do que em sua carreira científica. Em ambas as áreas, ela opera com uma consistência simples, porém poderosa: a melhor maneira de compreender a glória do mundo é abrir os olhos e observar honestamente o que existe lá fora.

Reservada por natureza, Schweitzer raramente concede entrevistas e evita fazer grandes declarações sobre sua pesquisa científica ou sua fé religiosa. Em vez de notícias sobre suas descobertas surpreendentes, ela adornou a parede de seu escritório com um versículo do livro de Jeremias: “Porque eu sei os planos que tenho para vocês, diz o Senhor, planos de prosperidade e não de calamidade, planos de dar a vocês esperança e um futuro.”

A visão não convencional de Schweitzer  sobre o passado fossilizado está enraizada em seu duradouro senso de admiração. Quando tinha 5 anos, seu irmão mais velho lhe deu um exemplar de  O Ovo Enorme , de Oliver Butterworth , uma obra de fantasia que explora a então controversa noção de uma estreita relação entre dinossauros e pássaros. Ela se tornou uma entusiasta de dinossauros, mas, como tantas vezes acontece, com a vida adulta seus interesses se voltaram para outros caminhos. Passou os verões vendendo raspadinhas e fogos de artifício. Trabalhou com crianças surdas. Obteve um diploma de bacharel em distúrbios da comunicação e um certificado em educação secundária.

Do blog de Schweitzer: um osso de dinossauro encontrado incrustado em um penhasco de arenito em Montana. "Seu osso externo denso e núcleo oco se assemelham mais a um terópode do que a qualquer outra coisa", escreveu ela.

Em 1989, enquanto dividia seu tempo entre aulas de reforço e seus três filhos, Schweitzer voltou-se para sua fascinação infantil por dinossauros. Ela procurou Jack Horner, um renomado cientista especializado em dinossauros, e perguntou se poderia assistir como ouvinte ao seu curso de paleontologia de vertebrados na Universidade Estadual de Montana. Ele apreciou sua mente refrescantemente não convencional. "Ela não era exatamente uma cientista — o que é bom", diz Horner, curador de paleontologia do Museu das Montanhas Rochosas. "Todos os cientistas acabam pensando de forma parecida, e é bom trazer pessoas de diferentes disciplinas. Elas fazem perguntas de maneiras muito diferentes."

As primeiras incursões de Schweitzer na paleontologia foram “um fascínio total”, diz ela. Não só ficou fascinada pela ciência, como para ela, escavar camadas antigas era como ler a história da obra de Deus. Schweitzer frequenta duas igrejas — uma evangélica em Montana e uma não denominacional quando está de volta à sua terra natal, na Carolina do Norte — e quando fala sobre sua fé, sua postura rígida desaparece. “Deus é tão multidimensional”, diz ela. “Vejo senso de humor. Vejo Sua compaixão no mundo ao meu redor. Isso me deixa curiosa, porque o Criador se revela na criação.” Ao contrário de muitos criacionistas, ela considera a noção de um mundo evoluindo ao longo de bilhões de anos teologicamente estimulante: “Isso torna Deus muito maior do que pensar Nele como um mágico que tirou tudo de uma vez só.”

A carreira de Schweitzer começou justamente quando os paleontólogos começaram a formular suas próprias perguntas de maneira mais multidimensional. Até a década de 1980, os pesquisadores tinham maior probabilidade de ter formação em geociências do que em biologia. Frequentemente, tratavam os fósseis como espécimes geológicos — estruturas minerais cujo principal valor residia em mostrar as formas esqueléticas de animais pré-históricos. Uma geração mais jovem de paleontólogos, em contraste, tem se concentrado em reconstruir detalhes minuciosos, como taxas de crescimento e comportamentos, usando técnicas modernas normalmente associadas ao estudo de organismos vivos. “Isso está transformando os dinossauros de fósseis curiosos em entidades biológicas”, afirma Hans-Dieter Sues, diretor associado de pesquisa e coleções do Museu Nacional de História Natural do Smithsonian, em Washington, D.C.

Essa mudança de perspectiva coincidiu com a intuição de Schweitzer de que os restos de dinossauros eram mais do que simples pedaços de pedra. Certa vez, enquanto trabalhava com um  esqueleto de T. rex  retirado de Hell Creek, ela notou que o fóssil exalava um odor distintamente orgânico. "Cheirava exatamente como um dos cadáveres que tínhamos no laboratório, de alguém que havia sido tratado com quimioterapia antes de morrer", conta. Dada a crença comum de que tais fósseis eram compostos inteiramente de minerais, Schweitzer ficou apreensiva ao mencionar isso a Horner. "Mas ele disse: 'Ah, sim, todos os ossos de Hell Creek têm esse cheiro'", relata. Para a maioria dos paleontólogos tradicionais, o cheiro de morte sequer era perceptível. Para Schweitzer, significava que vestígios de vida ainda poderiam estar presentes naqueles ossos.

Ela já havia observado sinais de preservação excepcional no início da década de 1990, enquanto estudava os aspectos técnicos da fixação de fatias de fósseis em lâminas de microscópio. Certo dia, um colaborador levou uma  lâmina de T. rex  para uma conferência e a mostrou a um patologista, que a examinou ao microscópio. "O cara olhou para ela e disse: 'Você percebe que tem glóbulos vermelhos nesse osso?'", lembra Schweitzer. "Meu colega a trouxe de volta e me mostrou, e eu fiquei arrepiada, porque todo mundo sabe que essas coisas não duram 65 milhões de anos."

Quando Schweitzer mostrou a lâmina para Horner, ela se lembra: “Jack disse: 'Prove para mim que não são glóbulos vermelhos'. Foi para isso que eu consegui meu doutorado.” Primeiro, ela descartou contaminantes e estruturas minerais. Depois, analisou as supostas células usando meia dúzia de técnicas envolvendo análise química e imunologia. Em um teste, um colega injetou extrato do fóssil de dinossauro em ratos; os roedores produziram anticorpos que reagiram às hemoglobinas de peru e coelho. Todos os dados corroboraram a conclusão de que o  fóssil de T. rex  continha fragmentos de moléculas de hemoglobina. “A fonte mais provável dessas proteínas são as células que um dia estiveram vivas no dinossauro”, escreveu ela em um artigo de 1997.

Aquele artigo, publicado nos  Anais da Academia Nacional de Ciências (Proceedings of the National Academy of Sciences ), gerou uma pequena onda de manchetes. Horner e outros consideraram a pesquisa de Schweitzer bem conduzida e confiável. No entanto, diz Horner, “a maioria das pessoas era muito cética. Frequentemente, em nossa área, surgem novas ideias e os oponentes dizem: 'Eu simplesmente não acredito nisso'. Ela estava tendo dificuldades para publicar em periódicos científicos.”

Schweitzer também se viu frustrada por sua fusão não convencional de paleontologia e biologia molecular. "São duas disciplinas que normalmente não vemos na mesma frase", diz Lawrence Witmer, professor de anatomia da Universidade de Ohio. Técnicas rotineiras em uma disciplina pareciam estranhas quando aplicadas à outra. "Se ela estivesse trabalhando com animais modernos, não haveria nada de especial no que ela estivesse fazendo", diz Horner. Mas a paleontologia molecular era algo inédito. "É um campo vasto e aberto que ela inventou", afirma Horner.

Com recursos mínimos, Schweitzer perseverou na busca por vestígios de tecido vivo por um período superior ao previsto pela teoria científica. Quando um grupo de caçadores de fósseis encontrou um conjunto de ovos de pássaros preservados em um lixão em Neuquén, Argentina, inicialmente acreditaram que as cascas continham apenas areia. Schweitzer submeteu os restos mortais a microscópios eletrônicos de varredura e de força atômica e concluiu que os ovos de 70 milhões de anos ainda continham embriões com colágeno intacto.

Durante oito anos, a carreira de Schweitzer seguiu um caminho instável, com projetos inovadores, mas que não chamavam muita atenção. Até que ela descobriu aquele material elástico dentro do fêmur de um  T. rex  .

A descoberta revolucionária de Schweitzer,  assim como sua percepção inicial  sobre o odor cadavérico dos ossos de dinossauro, surgiu dos campos fossilíferos da Formação Hell Creek, um terreno acidentado e tão remoto que grande parte dele sequer possui estradas pavimentadas. Encaixada no canto nordeste de Montana, Hell Creek foi um dos últimos lugares na Terra dominados por dinossauros antes de sua extinção.

Mary Schweitzer e Jack Horner em campo. Foto cedida por Mary Schweitzer.

O objetivo de Horner era realizar um censo completo da população de dinossauros de Hell Creek — “simplesmente sair e coletar tudo”, diz ele. Em 2000, perto de um de seus acampamentos satélites, o chefe da equipe de campo, Bob Harmon, estava almoçando quando notou um  osso do pé de um T. rex  saindo de um penhasco de arenito acima de seu alcance. Subindo em uma cadeira dobrável equilibrada sobre uma pilha de pedras, Harmon encontrou outro osso, depois outro, e outro.

Quando a equipe terminou de escavar todos os ossos e os envolver em gesso, a coleção pesava 1.360 quilos, mais pesada do que o helicóptero conseguia levantar. Sem outra maneira de transportá-la, os cientistas, a contragosto, romperam a camada de gesso e quebraram o  fêmur de 1 metro do T. rex . No processo, o osso fossilizado perdeu alguns fragmentos. Os trabalhadores os envolveram em papel alumínio e os enviaram para a Universidade Estadual da Carolina do Norte, onde Schweitzer havia acabado de começar a lecionar. "Jack simplesmente me deu os pedaços e disse: 'Veja o que você consegue fazer com eles'", ela relembra. Schweitzer, lidando com o choque cultural e um divórcio recente, havia entrado em um período de estagnação em sua pesquisa. "Eu não estava buscando novos projetos", diz ela. "Eu estava tentando sobreviver a cada dia."

Seu laboratório ainda estava repleto de caixas de papelão por abrir quando ela retirou o fragmento maior da escavação do  T. rex  e o olhou com os olhos de uma bióloga. Imediatamente, percebeu que era mais do que um fóssil. O tempo e a história começaram a se desenrolar. "Meu Deus!", exclamou para sua assistente de laboratório, Jennifer Wittmeyer. "É uma fêmea. E está grávida."

O que Schweitzer viu foi osso medular, um tipo de tecido que cresce dentro dos ossos longos das aves fêmeas. O osso medular é produzido durante a ovulação como forma de armazenar o cálcio necessário para a produção de ovos; depois, ele desaparece. "Eu o examinei com o microscópio de dissecção", diz Schweitzer. "Não havia outra possibilidade de ser." O osso medular continha até mesmo lacunas e padrões de fibras labirínticos semelhantes aos das aves modernas.

Até aquele momento, ninguém jamais havia identificado aquele tecido em um dinossauro, o que tornava impossível determinar definitivamente o sexo de um animal assim. "Tudo o que tentamos fazer até então era pura especulação", diz Schweitzer. Por exemplo, os pesquisadores tentavam distinguir um macho de uma fêmea com base no formato do corpo da criatura ou no tamanho da crista em sua cabeça. Agora, eles tinham uma maneira de relacionar o sexo com a morfologia e, traçando paralelos com animais vivos, até mesmo com o comportamento.

A segunda surpresa aconteceu em janeiro de 2004. Enquanto Schweitzer participava de uma festa de tacos do departamento, Wittmeyer entrou correndo na sala, ofegante. "Você não vai acreditar no que aconteceu", disse o assistente de laboratório, sem fôlego.

Wittmeyer estava no turno da noite, analisando pedaços do  membro do T. rex  . Ela acabara de mergulhar um fragmento de osso medular em ácido diluído para remover parte do fosfato de cálcio. Esse era um procedimento incomum para um laboratório de dinossauros. Os cientistas geralmente presumem que um dinossauro fossilizado consiste em rocha que se dissolveria completamente em ácido, mas Schweitzer queria examinar mais de perto a estrutura fina do fóssil e compará-la com a de aves modernas. Naquela noite, Wittmeyer se maravilhou com uma pequena seção de fêmur descalcificado: "Quando você o balançava, ele meio que flutuava na brisa."

Schweitzer e Wittmeyer refletiram sobre o significado da amostra elástica, sentindo-se perplexos e extasiados. Os restos pareciam ser de tecido mole — especificamente matriz, a parte orgânica do osso, que consiste principalmente de colágeno. No entanto, isso parecia impossível, de acordo com o conhecimento predominante. "Todos sabem como os tecidos moles se degradam", diz Schweitzer. "Se você coletar uma amostra de sangue e colocá-la em uma prateleira, não terá nada reconhecível em cerca de uma semana. Então, por que haveria algo sobrando em dinossauros?"

Em seguida, Schweitzer examinou um pedaço do osso cortical do dinossauro. "Colocamos o osso no mesmo tipo de solução", diz ela. "O mineral ósseo se dissolveu, deixando esses vasos sanguíneos transparentes. Dei uma olhada e pensei: 'Não, não. Isso não está acontecendo. Simplesmente não está acontecendo.'" Ela começou a aplicar o mesmo tratamento a fragmentos ósseos de outro dinossauro que havia adquirido para sua dissertação. "E, com certeza", diz ela, "vasos por toda parte."

Menos de um mês depois, enquanto Schweitzer ainda coletava dados sobre o tecido mole, chegou uma terceira amostra. Wittmeyer entrou no laboratório com uma expressão ansiosa. "Acho que talvez parte do nosso material tenha sido contaminado, porque vejo essas coisas flutuando por aí, e parecem insetos", disse ela. Temendo perder seus vasos sanguíneos de dinossauro antes de poder publicar um artigo sobre eles, Schweitzer correu para resgatar a amostra. O que ela encontrou a surpreendeu. Através do microscópio, ela pôde ver o que pareciam ser osteócitos perfeitamente formados, as células dentro do osso.

O passado ganhava vida com toda a força.

Schweitzer publicou  suas descobertas  em ordem inversa — primeiro o tecido mole e depois o osso medular — na revista  Science  no ano passado. A avalanche de publicidade que se seguiu, por vezes envolta em hipérboles exageradas ("Descoberta do tipo Parque Jurássico pode ser o primeiro passo para recriar o T. rex", dizia uma matéria no  Ottawa Citizen ), a deixou desconfortável. Ela tentou ignorar a mídia, mas sem sucesso. Desde a publicação dos artigos, ela se tornou uma das paleontólogas mais conhecidas do mundo. Suas descobertas desafiam pressupostos tão básicos sobre a preservação animal que seus colegas examinaram minuciosamente sua pesquisa — e a própria pesquisadora.

Schweitzer examinando um fóssil em Montana. Foto cedida por Mary Schweitzer.

Se o tecido mole pode durar 65 milhões de anos, diz Horner, “pode haver muitas coisas por aí que deixamos passar devido às nossas suposições sobre como funciona a preservação”. James Farlow, paleontólogo da Universidade de Indiana-Purdue em Fort Wayne, acrescenta: “Se for possível preservar tecido mole nessas circunstâncias, tudo pode acontecer”.

O trabalho de Schweitzer abre a possibilidade de comparar tecido de dinossauro com tecido de animais vivos. Também pode permitir que cientistas reconstruam a biologia antiga, como doenças pré-históricas. Se paleontólogos encontrarem canais vasculares em fósseis de dinossauros, também poderão encontrar nematóides, ou vermes cilíndricos, que se alimentavam dos órgãos internos desses animais. "Aposto seis cervejas Coors que em breve as pessoas estarão descobrindo parasitas do Cretáceo dentro de ossos do Cretáceo", diz Bakker. "A possibilidade de investigar epidemiologia e patologia é muito interessante."

Por outro lado, Jeffrey Bada, geoquímico orgânico do Instituto Scripps de Oceanografia em San Diego, não consegue imaginar tecido mole sobrevivendo por milhões de anos. Ele afirma que o material celular encontrado por Schweitzer deve ser contaminação de fontes externas. Mesmo que o  T. rex  tivesse morrido em um clima mais frio e seco do que Hell Creek, a radiação ambiental teria degradado seu corpo, diz Bada: “Os ossos absorvem urânio e tório como loucos. Você tem uma dose interna que vai destruir as biomoléculas.”

Outros questionam a rigorosidade de Schweitzer. "As imagens eram impressionantes, mas o artigo deixou muito a desejar", diz Hendrik Poinar, geneticista evolutivo molecular da Universidade McMaster, em Ontário. Schweitzer não comprovou que o tecido elástico que encontrou seja de fato composto por moléculas do dinossauro original. Poinar enumera uma série de testes que Schweitzer poderia ter realizado, incluindo a busca pelos componentes básicos das proteínas e o sequenciamento destes para determinar sua origem. "Eu entendo que você queira publicar seus artigos de forma rápida e impactante", diz Poinar, "mas eu prefiro trabalhos mais longos com comprovação irrefutável."

Schweitzer concorda. "Sou uma cientista de sucesso garantido", diz ela. "Preferiria ter adiado a publicação do artigo até termos uma quantidade enorme de dados." Mas, sem publicar um artigo em uma revista científica, ela afirma que jamais teria conseguido financiamento. "Sem os artigos na  Science , eu não teria a menor chance", diz ela. "Essa é a parte mais triste de fazer ciência nos Estados Unidos: você é totalmente guiado pelo que te garante financiamento." Desde a publicação, Schweitzer realizou muitas das análises sugeridas por Poinar, com resultados inicialmente promissores.

Para um cientista, o teste final é ter pesquisadores independentes replicando seus resultados. Até agora, não houve uma corrida desenfreada para isso — poucos têm experiência tanto em biologia molecular quanto em paleontologia, sem mencionar a paixão necessária para realizar tal trabalho. Mas há atividade. Patrick Orr, do University College Dublin, está reunindo geólogos e geoquímicos orgânicos para procurar tecido mole em um fóssil de rã de 10 milhões de anos. Paleontólogos da Universidade de Chicago estão montando um laboratório para procurar tecido semelhante em mais  restos de T. rex  ; Horner está começando a descalcificar outros ossos de dinossauro. No laboratório de dinossauros do Museu Infantil de Indianápolis, Bakker deu algumas olhadas. "Ainda não encontrei nada", diz ele, "mas não ficaria nem um pouco surpreso se em breve alguém encontrasse mais alguma coisa pegajosa e elástica."

Enquanto os cientistas se esforçavam  para entender  os ossos, outra comunidade não tinha dúvidas sobre como interpretar os resultados. Os relatórios foram rapidamente acolhidos pelos literalistas bíblicos, que acreditam que Deus criou a vida na Terra há menos de 10.000 anos. Há décadas, eles vêm trabalhando para dar um verniz científico às suas ideias. O Instituto de Pesquisa da Criação mantém uma escola de pós-graduação perto de San Diego, com 11 instrutores doutores em bioquímica, geologia e outras ciências. Conferências oferecem trabalhos sobre tópicos como a física do dilúvio do Gênesis. "Sempre que há evidências empíricas, isso é ouro para eles", diz Ronald Numbers, professor de história da ciência e da medicina na Universidade de Wisconsin-Madison.

Para Schweitzer, tentar provar suas crenças religiosas por meio de evidências empíricas é absurdo, senão sacrílego. "Se Deus é quem Ele diz ser, Ele não precisa que distorçamos e manipulemos dados científicos", afirma. "O mais importante para Deus é a nossa fé. Portanto, Ele não vai permitir que Sua existência seja comprovada por metodologias científicas."

Alguns criacionistas, observando a fé evangélica de Schweitzer, tentaram pressioná-la a se aliar a eles. "Já passou da hora de a comunidade 'científica' ser transparente: o que significa que o público os responsabilizará quando descobrirem que foram enganados", diz uma mensagem de e-mail recente que Schweitzer recebeu. Ela recebeu dezenas de mensagens semelhantes, algumas delas francamente ameaçadoras.

Esses ataques religiosos a ferem muito mais do que os científicos. "Isso me dilacera as entranhas", diz ela. "Essas pessoas afirmam representar o Cristo que eu amo. Não estão fazendo um bom trabalho. Não é de admirar que muitos dos meus colegas sejam ateus." Ela disse a um fanático: "Sabe, se a única imagem de Cristo que eu tivesse fosse a sua atitude em relação a mim, eu fugiria."

Ironicamente, o interior dos ossos de dinossauros da era Cretácea só fez fortalecer a fé de Schweitzer. "Meu Deus se tornou muito maior desde que me tornei cientista", diz ela. "Ele não fica mais confinado às minhas caixas."

A pesquisa de Schweitzer também não se limita aos limites convencionais  . Agora, não há um limite claro para o quanto a ciência pode avançar na reconstrução do passado. Em particular, a sigla DNA está sempre em voga. "Se houver preservação de células, talvez haja preservação dos componentes celulares", afirma o anatomista Lawrence Witmer. "Isso poderia permitir que alguns dos estudos moleculares e genéticos realizados em animais modernos fossem potencialmente utilizados em amostras de dinossauros." Embora os cientistas considerem o DNA instável, em 2003 Schweitzer publicou um artigo descrevendo diversas maneiras propostas para a preservação da molécula. Por exemplo, o próprio processo de degradação poderia produzir polímeros complexos que retardariam a destruição do DNA.

Ao se mencionar o DNA, a mente imediatamente pensa em representações de ficção científica de dinossauros clonados. Em 2005, um jornal escocês anunciou que, graças ao trabalho de Schweitzer, “os cientistas estão um passo mais perto de… trazer de volta da extinção o predador mais selvagem que já caminhou sobre a Terra”. Até mesmo a Fundação Nacional de Ciência (NSF) confundiu os limites. Quando concedeu a Horner uma bolsa para estudar  as células sanguíneas do T. rex  anos atrás, a agência programou o anúncio para coincidir com o lançamento do filme  Jurassic Park nos cinemas .

Schweitzer desdenha da ideia de parques temáticos de dinossauros. Se alguém algum dia encontrar DNA de dinossauro, diz ela, estará fragmentado e incompleto. Mesmo na improvável hipótese de cientistas conseguirem reconstruir um genoma completo de dinossauro, ela duvida que qualquer animal moderno seja capaz de produzir um óvulo capaz de desenvolver um embrião de dinossauro. E mesmo que esse obstáculo fosse superado, um dinossauro viável poderia não sobreviver por muito tempo em 2006: “Pelo que sabemos, o funcionamento do tecido pulmonar, o funcionamento da hemoglobina, era projetado para uma atmosfera muito diferente da atual.”

Na verdade, Schweitzer nem se deu ao trabalho de procurar DNA. Ela simplesmente se dedicou ao trabalho à sua maneira característica: mantendo os olhos e a mente bem abertos. "Tantas coisas estão se encaixando que sugerem que a preservação é muito melhor do que jamais imaginamos", diz ela. "Acho estúpido dizer: 'Você nunca vai conseguir extrair DNA de ossos de dinossauro, você nunca vai conseguir extrair proteínas de ossos de dinossauro, você nunca vai conseguir fazer isso, você nunca vai conseguir fazer aquilo'. Como cientista, acho que nunca se deve usar a palavra 'nunca'."





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