Durante décadas, muitos biólogos evolucionistas consideraram grande parte da evolução molecular surpreendentemente silenciosa. A ideia era que muitas alterações genéticas que se espalham pela população não são benéficas nem prejudiciais. Eles simplesmente vagam pela natureza sem atrair muita atenção da seleção natural.
Um estudo da Universidade de Michigan desafia esse quadro. Uma pesquisa liderada pelo biólogo evolucionista Jianzhi Zhang sugere que mutações benéficas podem ser muito mais comuns do que a teoria de longa data prevê. Mas há um problema. Muitas destas mutações benéficas podem não persistir o tempo suficiente para se tornarem permanentes.
A teoria evolucionista dominante enfrenta um novo teste
Durante a evolução, as mutações ocorrem aleatoriamente. Alguns desaparecem. Outros se espalham até que todos os membros da população os carreguem, um processo conhecido como fixação.
Por mais de meio século, uma das ideias mais influentes na evolução molecular foi a teoria neutra da evolução molecular. A teoria, proposta pela primeira vez na década de 1960, afirma que a maioria das alterações genéticas fixas nos níveis dos genes e das proteínas são neutras. Desta perspectiva, as mutações deletérias são geralmente removidas pela seleção natural, enquanto as mutações verdadeiramente benéficas são tão raras que se espera que a maioria das alterações moleculares duradouras sejam neutras.
Zhang e seus colegas decidiram examinar a suposição principal por trás dessa teoria. Existem realmente tão poucas mutações benéficas?
Seus resultados indicam que a resposta pode ser não.
Mutações benéficas podem ser surpreendentemente comuns
Usando grandes conjuntos de dados de varredura mutacional profunda de seu próprio laboratório e de outros, a equipe estudou as consequências de muitas mutações em organismos modelo, como leveduras e Escherichia coli. Na varredura mutacional profunda, os cientistas criam muitas mutações em um gene ou região do genoma e depois medem como essas mudanças afetam o corpo.
Os pesquisadores acompanharam os organismos ao longo de muitas gerações e os compararam com o tipo selvagem, ou a versão mais comumente encontrada na natureza. Ao medir o crescimento, eles puderam avaliar se a mutação ajudou, prejudicou ou teve pouco efeito.
Eles descobriram que mais de 1% das mutações de alteração de aminoácidos examinadas eram benéficas. Isto pode parecer pequeno, mas na teoria evolucionista é enorme. Se este número de mutações ajudar, a equipe estimou que mais de 99% das substituições de aminoácidos deveriam ser adaptativas. A evolução genética também deve ocorrer muito mais rapidamente do que os cientistas realmente observam na natureza.
Essa discrepância levou os pesquisadores a revisar uma de suas suposições. Eles concluíram que o problema pode ser que o meio não permanece parado.
A evolução está perseguindo um alvo em movimento
Uma mutação pode ser benéfica em um ambiente e prejudicial em outro. Se o ambiente mudar antes de uma mutação benéfica se espalhar pela população, essa mutação pode perder os seus benefícios ou mesmo tornar-se uma ameaça.
“Dizemos que o resultado foi neutro, mas o processo não foi neutro”, disse Zhang, professor de ecologia e biologia evolutiva da UM. “Nosso modelo sugere que as populações naturais não estão perfeitamente adaptadas ao seu ambiente porque o ambiente muda muito rapidamente e a população está sempre perseguindo o meio ambiente”.
A equipe chama essa estrutura de rastreamento adaptativo com pleiotropia antagônica. Simplificando, isto significa que as populações podem responder constantemente às mudanças ambientais, enquanto muitas mutações têm compromissos que dependem do ambiente.
Uma mutação que aumenta a aptidão hoje pode diminuí-la amanhã. Como resultado, a evolução pode estar repleta de mudanças benéficas que nunca se tornarão permanentes.
Experimentos com levedura mostram 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 desenvolveu-se num ambiente estável. Outro evoluiu em um ambiente variável composto por 10 meios de crescimento diferentes.
O grupo de ambiente variável passou 80 gerações no primeiro ambiente, depois 80 no seguinte e assim por diante até completar também 800 gerações. (cada geração durou 3 horas)
Os pesquisadores encontraram significativamente menos mutações benéficas no grupo exposto às condições variáveis. Ainda apareceram mutações benéficas, mas muitas vezes não tiveram tempo suficiente para se espalharem pela população antes que as condições mudassem novamente.
“É daí que vem a controvérsia. Embora vejamos muitas mutações benéficas num determinado ambiente, estas mutações benéficas não têm oportunidade de se corrigirem, porque quando a sua frequência aumenta até um certo nível, o ambiente muda”, disse Zhang. “Essas mutações benéficas no ambiente antigo podem se tornar prejudiciais no novo ambiente”.
Por que a adaptação perfeita pode ser inatingível
As descobertas apontam para uma visão mais problemática da evolução. Em vez de avançarem continuamente em direcção a um ajuste perfeito entre os organismos e o seu ambiente, as populações podem muitas vezes ficar presas à procura de condições em constante mudança.
Zhang disse que a ideia tem amplas implicações para os seres vivos, incluindo os humanos.
“Penso que isto tem amplas implicações. Por exemplo, os humanos. O nosso ambiente mudou muito e os nossos genes podem não ser os melhores para o ambiente moderno porque passámos por muitos outros ambientes. Algumas mutações podem ser úteis no nosso ambiente antigo, mas não adequadas para o ambiente de hoje”, disse Zhang.
Ele acrescentou que o grau de adaptação observado em qualquer população pode depender de quão recentemente o seu ambiente mudou.
“Sempre que olhamos para uma população natural, dependendo de quando foi a última vez que o ambiente mudou muito, a população pode estar muito mal adaptada ou pode estar relativamente bem adaptada. Mas provavelmente nunca veremos qualquer população que esteja completamente adaptada ao seu ambiente, porque a adaptação completa levará mais tempo do que quase qualquer ambiente natural pode permanecer inalterado.”
Uma mudança maior está na forma como os cientistas estudam as mutações
A teoria neutra apareceu num ponto de viragem na biologia. Até a década de 1960, os cientistas frequentemente estudavam a evolução examinando a forma, a estrutura e as características físicas de um organismo. Quando os pesquisadores começaram a sequenciar proteínas e, mais tarde, genes, eles puderam estudar a evolução em nível molecular.
Esta mudança revelou padrões que a teoria neutra explicou bem, incluindo a razão pela qual muitas diferenças genéticas parecem acumular-se de forma constante ao longo do tempo. O estudo de Michigan não apaga essa história. Em vez disso, oferece uma forma de reconciliar duas observações que parecem contradizer-se.
Por um lado, muitas alterações moleculares que se tornam fixas ainda parecem neutras quando os cientistas comparam os genomas. Por outro lado, as experiências mostram que as mutações benéficas podem ser abundantes num determinado ambiente. A equipe de Zhang argumenta que ambas poderiam ser verdadeiras se as mutações benéficas fossem frequentemente temporárias.
Pesquisas recentes em genética evolutiva continuam a destacar a importância das mudanças ambientais. UM Visão geral de 2026 da adaptação em ambientes em rápida mudança enfatizou como as mudanças nas frequências e características dos alelos são altamente dependentes da variação genética disponível. Outras pesquisas em leveduras também mostraram que a adaptação pode ser moldada pelo estresse ambiental e que mutações que são benéficas em um ambiente podem acarretar custos em outros.
Juntas, essas descobertas reforçam o crescente tema da biologia evolutiva. O efeito de uma mutação nem sempre pode ser entendido isoladamente. Isto pode depender do ambiente, da história do organismo e da velocidade com que as condições mudam.
Uma palavra de cautela e uma pergunta de acompanhamento
Zhang notou uma limitação importante. Muitos dos dados utilizados no estudo vieram de leveduras e Escherichia coliorganismos unicelulares que facilitam a medição dos efeitos de aptidão das mutações. Serão necessários dados mais aprofundados de varreduras mutacionais de organismos multicelulares para verificar se os mesmos padrões se aplicam a animais, plantas e humanos.
A equipa também planeia investigar porque é que os organismos demoram tanto tempo a adaptar-se totalmente, mesmo quando o ambiente permanece o mesmo.
A pesquisa foi apoiada pelos Institutos Nacionais de Saúde dos EUA e publicada na Nature Ecology and Evolution. Outros autores incluem os ex-alunos de pós-graduação da UM, Siliang Song e Xiukang Shen, e o ex-aluno de doutorado da UM, Piaopiao Chen.
Neste ponto, o trabalho aponta para uma oportunidade incrível. A evolução pode parecer menos uma escalada constante em direção à perfeição e mais uma corrida atrás de um mundo que continua em movimento.
