Durante décadas, muitos biólogos evolucionistas acreditaram que grande parte da evolução molecular era surpreendentemente silenciosa. A ideia é que muitas alterações genéticas que se espalham por uma população não são úteis nem prejudiciais. Eles simplesmente vagaram pela natureza sem atrair muita atenção da seleção natural.
Um estudo da Universidade de Michigan desafia esta ideia. O estudo, liderado pelo biólogo evolucionista Jianzhi Zhang, sugere que mutações benéficas podem ser mais comuns do que a teoria de longa data prevê. Mas há um problema. Muitas mutações úteis podem não durar o suficiente para se tornarem permanentes.
A principal teoria da evolução enfrenta novo teste
Durante a evolução, as mutações ocorrem por acaso. Alguns desapareceram. Outros se espalham até que todos os membros do grupo os carreguem, um processo chamado fixação.
Por mais de meio século, uma das ideias mais influentes na evolução molecular tem sido a teoria neutra da evolução molecular. A teoria, proposta pela primeira vez na década de 1960, sustenta que a maioria das alterações genéticas fixas ao nível dos genes e das proteínas são neutras. De acordo com esta visão, as mutações deletérias são geralmente eliminadas através da selecção natural, enquanto as mutações verdadeiramente benéficas são muito raras, pelo que se espera que as alterações moleculares mais duradouras sejam neutras.
Zhang e seus colegas decidiram examinar uma suposição fundamental por trás da teoria. As mutações benéficas são realmente tão raras?
Seus resultados sugerem que a resposta pode ser não.
Mutações úteis podem ser surpreendentemente comuns
A equipe estudou os efeitos de muitas mutações em organismos modelo, como leveduras e E. coli, usando um grande conjunto de dados de varreduras profundas de mutações de seu próprio laboratório e de outros laboratórios. Na varredura profunda de mutações, os cientistas criam muitas mutações em um gene ou região do genoma e depois medem como essas mudanças afetam o organismo.
Os pesquisadores rastrearam os organismos ao longo de muitas gerações e os compararam com o tipo selvagem ou versões mais comumente encontradas na natureza. Ao medir o crescimento, podem estimar se uma mutação é útil, prejudicial ou tem pouco efeito.
Eles descobriram que mais de 1% das mutações de alteração de aminoácidos examinadas eram benéficas. Isto pode parecer pequeno, mas no contexto da evolução é enorme. Se tantas mutações forem úteis, a equipe calculou que mais de 99% das substituições de aminoácidos deveriam ser adaptativas. A taxa de evolução genética também deveria ser muito mais rápida do que a que os cientistas realmente observam na natureza.
Essa incompatibilidade forçou os pesquisadores a repensar uma de suas suposições. O problema, concluíram eles, pode ser que o ambiente não permanece estacionário.
A evolução persegue um alvo em movimento
Uma mutação pode ser útil numa situação e prejudicial noutra. Se o ambiente mudar antes de uma mutação benéfica se espalhar por toda a população, a mutação pode perder a sua vantagem ou mesmo tornar-se uma desvantagem.
“Dizemos que o resultado é neutro, mas o processo não é neutro”, disse Zhang, professor de ecologia e biologia evolutiva na Universidade de Michigan. “Nosso modelo mostra que as populações naturais não se adaptam realmente ao seu ambiente porque o ambiente muda muito rapidamente e a população está sempre perseguindo o meio ambiente”.
A equipe chama a estrutura de “rastreamento adaptativo com pleiotropia antagônica”. Em termos simples, isto significa que as populações podem estar constantemente a responder a ambientes em mudança, com muitas mutações a serem compensações baseadas no ambiente.
Uma mutação que aumenta a aptidão hoje pode diminuir a aptidão amanhã. Assim, a evolução pode estar repleta de mudanças benéficas, mas estas mudanças nunca são permanentes.
Experimento com levedura mostra o que acontece quando as condições mudam
Para testar esta ideia, a equipe de Zhang comparou dois grupos de leveduras ao longo de 800 gerações. Um grupo evolui em um ambiente estável. O outro evoluiu num ambiente em constante mudança que consiste em 10 meios de cultivo diferentes.
O grupo ambiental em mudança passou 80 gerações no primeiro meio, depois 80 gerações no meio seguinte, e assim por diante, até completar também 800 gerações. (Cada geração dura 3 horas)
Os pesquisadores descobriram que os grupos expostos a condições variáveis apresentavam muito menos mutações benéficas. Ainda surgem mutações úteis, mas muitas vezes não têm tempo suficiente para se espalharem pela população antes que as coisas mudem novamente.
“Esta é a fonte da inconsistência. Embora observemos muitas mutações benéficas num determinado ambiente, estas mutações benéficas não têm hipótese de serem reparadas porque quando a sua frequência aumenta até um certo nível, o ambiente muda”, disse Zhang. “Essas mutações benéficas no antigo ambiente podem tornar-se prejudiciais no novo ambiente”.
Por que a adaptação perfeita pode estar fora de alcance
Essas descobertas sugerem uma visão mais instável da evolução. As populações podem muitas vezes ficar presas à procura de condições em mudança, em vez de avançarem continuamente em direcção a um ajuste perfeito entre o organismo e o seu ambiente.
A ideia tem amplas implicações para os seres vivos, incluindo os humanos, disse Zhang.
“Acho que isso tem amplas implicações. Para os humanos, por exemplo. Nosso ambiente mudou muito, e nossos genes podem não ser os mais adequados para o ambiente de hoje porque experimentamos muitos outros ambientes diferentes. Algumas mutações podem ser boas para o nosso antigo ambiente, mas não correspondem aos de hoje”, disse Zhang.
A medida em que qualquer grupo se adapta pode depender das mudanças recentes no seu ambiente, acrescentou.
“A qualquer momento, quando olhamos para uma população natural, a população pode estar muito mal adaptada ou relativamente bem adaptada, dependendo de quando o ambiente sofreu uma grande mudança pela última vez. Mas podemos nunca ver qualquer população que esteja totalmente adaptada ao seu ambiente porque o tempo necessário para uma adaptação total é maior do que seria necessário para que quase qualquer ambiente natural permanecesse inalterado.”
Uma mudança maior na forma como os cientistas estudam as mutações
A teoria neutra surgiu em um momento decisivo na biologia. Antes da década de 1960, os cientistas frequentemente estudavam a evolução examinando a forma, a estrutura e as características físicas dos organismos. À medida que os pesquisadores começaram a sequenciar proteínas e, posteriormente, genes, eles puderam estudar a evolução em nível molecular.
Esta mudança revela padrões que podem ser bem explicados por teorias neutras, incluindo a razão pela qual muitas diferenças genéticas parecem acumular-se de forma constante ao longo do tempo. O estudo de Michigan não apaga esta história. Em vez disso, fornece uma forma de reconciliar duas observações aparentemente conflitantes.
Por um lado, quando os cientistas comparam genomas, muitas alterações moleculares fixas ainda parecem neutras. Por outro lado, as experiências mostram que as mutações benéficas podem ser abundantes num determinado ambiente. A equipe de Zhang acredita que ambos os cenários podem ser verdadeiros se as mutações benéficas forem frequentemente temporárias.
Pesquisas recentes em genética evolutiva continuam a enfatizar a importância de mudar o ambiente. um Uma revisão da adaptação às condições em rápida mudança em 2026 É enfatizado como as mudanças nas frequências e características dos alelos dependem em grande parte da variação genética disponível. Outros estudos com leveduras também demonstraram que as tensões ambientais podem moldar a adaptação e que as mutações que são benéficas num ambiente podem ter custos noutros.
Juntas, essas descobertas reforçam um tema crescente na biologia evolutiva. Os efeitos das mutações nem sempre podem ser compreendidos isoladamente. Pode depender do ambiente circundante, da história do organismo e da rapidez com que as condições mudam.
Aviso e próxima pergunta
Zhang aponta uma limitação importante. A maioria dos dados utilizados no estudo veio de leveduras e E. coliorganismos unicelulares, podem medir mais facilmente os efeitos de aptidão das mutações. São necessários dados de varredura mutacional mais profundos de organismos multicelulares para entender se o mesmo padrão se aplica a animais, plantas e humanos.
A equipa também planeia investigar porque é que demora tanto tempo para os organismos se adaptarem totalmente, mesmo que o ambiente permaneça inalterado.
A pesquisa foi apoiada pelos Institutos Nacionais de Saúde e publicada na revista Nature Ecology & Evolution. Outros autores incluem os antigos estudantes de pós-graduação da UM, Song Siliang e Shen Xukang, e o antigo investigador de pós-doutoramento da UM, Chen Piaopiao.
Por enquanto, este trabalho aponta possibilidades surpreendentes. A evolução pode parecer menos uma escalada constante em direção à perfeição e mais uma busca por um mundo em constante mudança.
