Aula 1 e 2 - Introdução à Biologia Evolutiva

(1)

Introdução à

Biologia Evolutiva

(2)

Histórico do Pensamento Evolutivo

Na Antiguidade



Questões sobre a origem e história do mundo já

instigavam os filósofos gregos

 Quem ou o que criou o mundo?

 Como surgiram os organismos vivos?

 Qual a idade do universo?

(3)

Histórico do Pensamento Evolutivo

Origens do mundo



As principais fontes de resposta sempre foram as

religiões

 Cada religião aponta para um ponto

 Filósofos também se aventuraram

 Algumas visões religiosas ainda tem forte impacto em algumas culturas

(4)

Histórico do Pensamento Evolutivo

Tentativas de explicar o mundo

Árvore filogenética das religiões

1 – Animismo 2 – Shamanismo 3 – Religiões africanas 4 – Xintoísmo 5 – Taoísmo 6 – Confucionismo 7 – Crenças gregas 8 – Crenças romanas 9 – Crenças egípcias 10 - Judaísmo 11-13 – Crenças dos nativo-americanos 14 – Siquismo 15 – Hinduísmo 16 – Budismo 17 – Cristianismo 18 – Catolicismo 19 – Realismo 20 – Mormonismo 21 – Gnosticismo 22 – Islamismo 23 – Islã Sunita 24 – Islã Xiita 25 – Bahaismo 26 - Cientologia

(5)

Histórico do Pensamento Evolutivo

Origens do mundo



_{Todas as respostas apontadas podem ser classificadas}

em três categorias

 Um mundo de duração infinita

 Um mundo constante de curta duração

(6)

Histórico do Pensamento Evolutivo

Mundo de duração infinita



_{Esta ideia surgiu com a filosofia grega}

 Alguns filósofos acreditavam que o mundo era eterno e constante

 Outros acreditavam que o mundo era eterno e passava por ciclos e que sempre voltava a um estágio anterior

(7)

Histórico do Pensamento Evolutivo

Mundo constante de curta duração

 Esta ideia tornou-se muito popular na era cristã (Idade Média)

 A popularidade desta ideia deve-se ao fato do homem sentir a necessidade de explicar a origem das coisas

 A idéia de origem do mundo fundamentada no Gênese cria respostas simples para todas estas questões

 Um ser supremo criou o mundo há cerca de 6000 anos

 Tudo que existe hoje já existia desde a sua criação

 Todos os seres vivos foram criados de maneira a se adaptarem perfeitamente aos locais onde vivem

(8)

Histórico do Pensamento Evolutivo

Mundo antigo sob constantes alterações



O séc XVII foi marcado pelo Iluminismo

 Começa uma era onde surgem teorias que fogem das previstas e recomendadas pela religião

 Era da Revolução Científica

Quanto mais observações experimentais eram feitas, mais elas entravam em conflito com a história narrada pelos livros sagrados

(9)

Histórico do Pensamento Evolutivo

Revolução científica

 Avanço da astronomia

 A Terra fazia parte de um sistema maior

 Alguns fenômenos começam a ser explicados cientificamente

 A idéia geocentrista e de mundo eterno não fazia mais sentido

 Avanço da geologia

 A geologia revelou que a Terra era muito mais antiga do que se pensava

 A idéia de um mundo de curta duração foi colocada em cheque

 A descoberta de fósseis de animais extintos abalou a crença na constância e permanência da criação divina

(10)

Evolução biológica



Embora a ideia de planeta em evolução

estivesse estabelecida, a evolução biológica

não engrenou

 A primeira teoria completa de evolução biológica surgiu apenas em 1809 com Lamarck



Alguns cientistas tentaram conciliar as recentes

descobertas da ciência e as idéias do

Cristianismo

 Bonnet em 1745 criou a Scala naturae na qual criava uma hierarquia para todos os seres vivos

 O criador desenhou a seqüência de complexidade até culminar na perfeição - o homem

(11)

Evolução biológica



Apenas em 1859 com a publicação da Teoria

de Evolução de Darwin, a evolução biológica

foi aceita

 Entretanto não foi aceita a forma pela qual ela ocorria segundo Darwin



Darwin enxergou que a evolução apresenta

dois aspectos distintos

 Anagênese

(12)

Evolução biológica

Anagênese



Fenômeno abordado por Darwin como “descendência

com modificação”

 Uma linhagem evolutiva ancestral sofre transformações graduais que são transmitidas para seus descendentes

 Darwin falhou na sua explicação de como estas modificações eram passadas a seus descendentes

 O conceito chave para que estas modificações se perpetuem foi a ideia de adaptação e seleção natural

(13)

Evolução biológica

Cladogênese



Fenômeno no qual uma linhagem que

se modificam podem se ramificar

 Estes ramos (ou clados) formariam uma

árvore filogenética

 Este processo seria a origem da biodiversidade da Terra

(14)

Evolução biológica

O início do Darwinismo



_{A teoria de Darwin foi criticada em alguns}

de seus aspectos no seu início

 A idéia de evolução biológica defendida por Darwin foi aceita prontamente

 Entretanto como as espécies evoluiam e como se ramificavam por seleção natural não foi aceita na época

(15)

Evolução biológica

O início do Darwinismo



_{A ideia de seleção natural foi rejeitada por}

naturalistas da época

 Muitos naturalistas imaginavam a evolução como um processo sempre progressivo

 Os anatomistas questionavam que a origem de estruturas complexas não poderia ser gradual

(16)

Evolução biológica

Queda de popularidade



A consolidação do modo mendeliano de

herança gerou mais críticas à ideia de

evolução por seleção natural

 Nesta época, a ideia era que novas espécies surgiam por meio de grandes modificações (saltos evolutivos)

 A teoria mendeliana de herança tornam estes saltos inviáveis

(17)

Evolução biológica

Reascenção e consolidação

 Trabalhos de Fisher, Haldane e Wright tornaram a herança mendeliana compatível com a idéia de evolução por seleção natural

 Estes trabalhos ficaram conhecidos como teoria sintética de

evolução

(18)

Biologia Evolutiva

Biologia Evolutiva x Evolução Biológica

 O termo Evolução biológica refere-se ao processo de modificação e surgimento das espécies na Terra

 Biologia Evolutiva refere-se à disciplina que tenta descrever tal processo

 Descreve a história da vida na Terra

(19)

Biologia Evolutiva

Objetivos da Biologia Evolutiva: descrever e compreender

Descrever

 Determinar as relações de ancestralidade entre as espécies (filogenia)

 Determinar as épocas em que as espécies surgiram e se extinguiram

 Determinar a origem das características e o curso de suas mudanças

(20)

(21)

(22)

(23)

Objetivos da Biologia Evolutiva

Compreender

 As origens das variações hereditárias

 Como os processos diversos influenciam no destino dessas variações

 Qual a importância relativa de cada processo

 Em que velocidade ocorrem as mudanças

(24)

Áreas de atuação da Biologia Evolutiva

Evolução comportamental

 Evolução dos sistemas de acasalamento

(cortejo, estruturas familiares, caracteres de seleção sexual)

 Evolução dos mecanismos de procura de alimentos

(predação, fuga de predadores, relações de cooperação)

 Evolução dos sistemas neurais de controle de atividades

 Características adaptativas evoluem em conjunto

(25)

Áreas de atuação da Biologia Evolutiva

Evo-Devo

 Evolução dos padrões de desenvolvimento embrionário

 Campo em grande atividade atualmente

 Varios genes relacionados a regulação dos padrões estão sendo identificados

 Pequenas variações no DNA x grandes modificações morfológicas

(26)

Áreas de atuação da Biologia Evolutiva

Ecologia evolutiva

 Evolução das características ecológicas das espécies

(ocupação de nichos, distribuição, tempos de vida)

 Evolução de relações parasita-hospedeiro

 Como as mudanças do ambiente refletiram na evolução das espécies

 extinções em massa

 conexão de continentes

(27)

Áreas de atuação da Biologia Evolutiva

Genética Evolutiva

 Compreender a origem da variação

(mutações e recombinação)

 Descreve os padrões de variação entre e dentro de populações

 Quais são os processos que influenciam o padrão de variação

(seleção, deriva genética, fluxo gênico)

(28)

Áreas de atuação da Biologia Evolutiva

Paleontologia

 Trata dos padrões evolutivos dos registros fósseis

(origem e destino de linhagens extintas)

 Tendências evolutivas de características

 Relacionar as mudanças morfológicas ao registro geológico

(29)

Áreas de atuação da Biologia Evolutiva

Fisiologia e anatomia comparadas

 Como a fisiologia e a anatomia se tornaram adaptados a seu ambiente

 Definição de limites para a adaptação

 Determinar a origem e o compartilhamento de sistemas anatômicos e fisiológicos

(30)

Áreas de atuação da Biologia Evolutiva

Evolução molecular

 Origem os seres vivos

 Evolução das interações entre as

moléculas que formam os organismos vivos

 Como sistemas simples evoluíram para os sistemas complexos que temos hoje

(31)

Como se estuda evolução?



_{As demais sub-áreas da biologia se ocupam do “como”.}



A biologia evolutiva se ocupa do “porque”



Três componentes devem ser sempre considerados:

 O curso da evolução inclui processos estocásticos e determinísticos

 A evolução é um processo histórico

(32)

Como se estuda evolução?

Métodos de inferência filogenética

 Utilizados para estimar (descrever) as relações entre as espécies

 Atualmente tem-se utilizado o princípio de compartilhamento de características derivadas

Espécies com um maior número de características derivadas em comum, se originaram de um ancestral comum mais

recente

 Atualmente têm-se utilizado muitos caracteres moleculares para a estimativa

(33)

Como se estuda evolução?

Bancos de dados paleontológicos

 Os dados paleontológicos são utilizados para os dois objetivos gerais da biologia evolutiva

 Utilizados para estabelecer as relações entre os organismos, inclusive membros extintos

 Evidencia mudanças das características ao longo do tempo geológico

 Gera estimativas de tempo e causas de surgimento e extinção de espécies

(34)

Como se estuda evolução?

Caracterização da variação genética e morfológica

 Darwin, em sua teoria, já discutia a importância da variação genética para uma população

 Várias inferências são feitas a partir da estrutura da variação genética dentro e entre populações

 A determinação do efeito das variantes genéticas no fenótipo dão uma estimativa de sua importância na adaptabilidade

(35)

Como se estuda evolução?

Observações

 Algumas modificações evolutivas são rápidas o suficientes para serem documentadas

 Espécies de gerações rápidas e sensíveis a modificações ambientais

 A seleção de espécies domesticadas já ocorrem ao longo de séculos

 A evolução convergente fornece informações sobre a adaptação a determinados ambientes

(36)

(37)

Como se estuda evolução?

Experimentação

 Populações de fácil manipulação e de gerações rápidas são utilizadas

 Vários organismos modelo estão disponíveis

 _{E. coli (procarioto)}  _{S. cerevisae (fungo)}

 _{C. elegans (nematóideo)}  D. melanogaster (artrópode)

 A. thaliana (vegetal)

(38)

Biologia evolutiva e sociedade

Saúde humana e medicina



Estrutura das variantes nas populações

 História de formação das populações

 Possíveis características adaptativas de determinados alelos

 Explicar através dos fatores evolutivos a freqüência dos alelos numa dada população

 Estimar através de níveis de variação, possíveis funções para uma dada seqüência do genoma

(39)

Biologia evolutiva e sociedade

Saúde humana e medicina



Evolução de parasitas

 Compreensão da evolução dos sistemas de defesa contra parasitas

 Compreensão da evolução do parasita com os vetores

 Compreensão da evolução de genes de patogenicidade e resistência a drogas

(40)

Biologia evolutiva e sociedade

Agricultura



Criação de plantas e animais

 Melhoramento vegetal e animal = seleção artificial

 Manutenção da variabilidade genética

 Controle do fluxo gênico

(41)

Biologia evolutiva e sociedade

Agricultura



Manejo de pragas

 Utilização de rotação de métodos de controle de pragas

 Uso combinado de controle biológico e controle químico



Silvicultuta e pesca

 Manejo de cardumes

 Compreensão das rotas de reprodução e desova

 Controle de fluxo gênico por meio de pólen de espécies invasoras

(42)

Biologia evolutiva e sociedade

Biotecnologia



Identificação de produtos naturais úteis

 A compreensão dos sistemas de defesa contra patógenos e

parasitas têm levado a identificação de produtos farmacêuticos

 Algumas espécies que vivem em ambiente altamente impactados têm seus genes e metabolismo estudados (adaptação a ambientes hostis)

 Alguns são utilizados como bioreatores

 A exploração da biodiversidade elevou a importância da sistemática e da genética evolutiva