Vídeo Viral Exagera as Evidências sobre a Evolução Bacteriana
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Na semana passada, seguidores do Discovery Institute enviaram e-mails sobre um novo vídeo no YouTube, Veritasium. O título do vídeo é “The Longest-Running Evolution Experiment”. É sobre o Long Term Evolution Experiment (LTEE) hospedado na Michigan State University – um projeto abordado muitas vezes no passado pela “Evolution News” (veja aqui, aqui, aqui e aqui alguns exemplos).
Os defensores da evolução adoram o LTEE. Em 2015, a New Scientist disse que “se tornou um garoto-propaganda da evolução, causando consternação entre os criacionistas que tentam explicar suas evidências convincentes”. Isso nos leva ao vídeo Veritasium, que até o momento tinha mais de 3 milhões de visualizações, usando o LTEE para promover a evolução. Infelizmente, isso significa que muitas pessoas estão sendo mal informadas por exageros no vídeo, sobre as evidências da evolução da E. coli.
No vídeo, o pesquisador líder do LTEE, Richard Lenski, afirma que o experimento fornece “uma das demonstrações mais diretas de adaptações darwinianas por seleção natural que você pode imaginar”. Uma resposta óbvia e simplista é que, após cerca de 75.000 gerações, essas bactérias E. coli ainda são bactérias. Mas isso realmente não aborda as reivindicações do vídeo ou do LTEE. Afinal, a evolução prossegue em pequenos passos, e pequenas mudanças genéticas devem se somar para criar novos recursos complexos e, finalmente, talvez uma nova espécie. Assim, se a bactéria desenvolveu algo genuinamente novo no nível bioquímico, então talvez o LTEE tenha apoiado a viabilidade de um modelo evolucionista em que pequenas mudanças se acumulam e eventualmente se somam a algo novo, até mesmo inteiramente novo. Portanto, precisamos cavar mais fundo.
Aptidão Relativa
Quando os biólogos evolucionistas analisam os detalhes do LTEE, eles estão preocupados principalmente com a aptidão relativa – esses organismos estão se tornando melhores do que seus ancestrais no crescimento neste ambiente de frasco? Sim, esses organismos estão melhorando seu crescimento com base na glicose. No ambiente do LTEE, eles estão em uma corrida para consumir o máximo de glicose possível. É como uma equipe de corrida tentando se mover pelo percurso mais rápido do que seus concorrentes. As bactérias que ficam “mais rápido” ao coletar glicose mais rapidamente vencerão suas companheiras. É simples quando visto desta forma. Crescer mais rápido é igual a mais ajuste.
Mas os detalhes de como eles ficam mais rápidos são importantes. Isso é genética microbiana. Quando os geneticistas microbianos examinam os detalhes do que está acontecendo com essas bactérias, surge uma interpretação diferente. Mais rápido para os organismos no LTEE significa que eles estão enfatizando as funções envolvidas no metabolismo da glicose. Quase todas as outras funções tornam-se um obstáculo para ir mais rápido. Então, o que acontece com esses obstáculos? Eles ficam inativados. Para uma bactéria, é caro fazer algo que você não está usando. Para uma bactéria no LTEE, caro significa que você não cresce tão rápido. E o que isso significa para essas bactérias? Eles acabam indo parar na autoclave. Os que sobrevivem são os mais aerodinâmicos. É como uma corrida de automóveis, em que melhorias incrementais acontecem conforme o carro de corrida fica mais simplificado: ou seja, torna-se mais leve e / ou tem menos resistência. Genes desnecessários criam o equivalente ao arrasto. Livrar-se desses genes acarreta uma perda de função. Não há nada de notável nisso.
Não, o metabolismo do citrato não é nada novo
No vídeo, o narrador diz que “em 2003 a bactéria começou a fazer algo notável”. Isso ocorreu quando, como Lenski descreve, “uma das doze linhagens de repente começou a consumir uma segunda fonte de carbono, o citrato”. Um dia, diz ele, uma linhagem “descobriu que havia um belo deserto de limão e começaram a consumi-lo e a obter uma segunda fonte de carbono e energia”. Lenski faz parecer que esta é uma capacidade inteiramente nova: “ E. coli, voltando à sua definição original de espécie, é incapaz disso”. Ele dá a impressão de que as bactérias desenvolveram repentinamente a capacidade de comer uma fonte de alimento inteiramente nova – uma adaptação evolutiva “notável” que antes eram “incapazes” de realizar. Mas isso é simplesmente falso. E. coli normal pode comer e metabolizar citrato. O site pró-evolução Evo-Ed, na própria universidade de Lenski, explica:
Como muitos organismos, a E. coli tem um ciclo de ácido cítrico e, portanto, metaboliza o citrato enquanto cresce em várias substâncias. Ele também pode crescer anaerobicamente pela fermentação do citrato.
Como Dustin Van Hofwegen colocou em sua recente entrevista à IDTF , “Quando microbiologistas olham para um experimento como esse, sabemos que E. coli tem a capacidade de crescer com citrato. É usado em vários ciclos metabólicos. Eles têm a capacidade de usá-lo no ciclo do ácido cítrico. Se eles entrarem na célula, serão usados em seus processos metabólicos ”. Assim, nenhuma nova via metabólica evoluiu neste experimento. Ao omitir esses fatos, o vídeo desinforma os espectadores.
Não existe informações genéticas novas!
O LTEE levou 33.000 gerações e muitos anos para que a bactéria adquirisse a suposta nova característica. No vídeo, Lenski diz que um dos pesquisadores de seu laboratório queria explorar “por que demorou tanto para evoluir isso e por que apenas uma população desenvolveu essa habilidade?” A implicação é que esse é um traço complexo que exigia o surgimento de muitas mutações lentas. Lenski diz que foi uma característica “difícil” de evoluir porque exigia uma “mutação rara” e também uma “série de eventos” em que múltiplas mutações eram necessárias antes que qualquer vantagem fosse conferida. Van Hofwegen percebeu que havia algo suspeito nessas afirmações. Como ele explicou ao IDTF:
A única diferença é que nas condições do experimento [LTEE], eles não tinham um transportador. Eles [a bactéria E. coli ] não tinham a capacidade de trazer o citrato de suas células para dentro das células e realmente usá-lo para obter energia. E então, quando olhei para aquele experimento como microbiologista, pensei, tudo o que eles precisam fazer é ligar aquela coisa. Isso é muito fácil para as bactérias fazerem. Por que demorou 33.000 gerações para fazer isso?
Van Hofwegen faz uma comparação com um interruptor de luz. A E. coli normal tem as vias metabólicas para viver do citrato e tem a capacidade de transportá-lo para as células. Mas, nas condições do experimento, aquele “interruptor de luz” foi desligado. A bactéria não precisou desenvolver uma nova via metabólica ou um novo recurso de transporte para comer citrato. Tudo o que precisavam fazer era ligar o transportador nas condições óxicas (presença de oxigênio) do experimento LTEE. Os organismos usaram o “interruptor de luz” para expressar seu transportador de citrato. Então como eles fizeram?
Um estudo revisado por pares de 2016 no Journal of Bacteriology , ” Rapid Evolution of Citrate Utilization by Escherichia coli by Direct Selection Requer citT e dctA “, com coautoria de Van Hofwegen e os biólogos Scott Minnich e Carolyn Hovde, tem a resposta. Em sua pesquisa, eles testemunharam a mesma característica, a capacidade de usar essa “sobremesa de limão”, surgir em menos de 100 gerações e 14 dias. Este resultado pode ser repetido 46 vezes. Eles descobriram que a característica não é muito complicada geneticamente – novamente, semelhante a apertar um botão – e que há mais nesta história do que está sendo contado. Na verdade, seu trabalho mostra que nenhuma nova informação genética surgiu durante a evolução desta característica.
Três Mutações Primárias
Embora E. coli normal possa comer citrato, eles não podem captá-lo e metabolizá-lo em condições óxidas. No LTEE, as bactérias desenvolveram a capacidade de absorver citrato em condições óxicas – o que é chamado de “fenótipo Cit +”. Mas alguma coisa “nova” evoluiu? No nível genético, a pesquisa de Minnich e de seus coautores diz que a resposta é não. Para entender o porquê, considere as três mutações primárias necessárias para produzir o fenótipo Cit +:
- Uma mutação permitiu que a E. coli expressasse uma proteína antiporter, CitT, sob condições óxidas. O CitT permite que uma molécula de citrato seja importada para a célula em troca de uma das três moléculas menos “valiosas” com menos carbono: succinato, fumarato ou malato. No entanto, o gene para essa proteína antiporter já existia anteriormente. Nenhum novo gene evoluiu. CitT geralmente é desativado em E. coli quando o oxigênio está presente, mas essa mutação permitiu que ele fosse ativado. O que fez com que ele fosse ativado? Bioquimicamente falando, uma chave que normalmente reprime a expressão do gene que produz CitT em condições óxicas foi quebrada por meio de uma mutação que capturou um novo promotor, de modo que a via de captação de citrato foi ativada em condições óxicas. Esta não é a evolução de uma nova característica molecular; é a “quebra de uma característica molecular”, um interruptor repressor.
- Houve uma mutação de duplicação do gene para a proteína antiporter CitT, permitindo que a bactéria produzisse mais dessa proteína. Isso permitiu que a bactéria absorvesse mais citrato em condições óxicas. Isso também não envolve a evolução de nada novo, envolve apenas fazer mais de algo já presente.
- Outra mutação de duplicação de genes ocorreu para o gene que produz a proteína DctA, um importador de succinato. Isso permitiu que parte do succinato que havia sido perdido em troca do citrato fosse recuperado e transportado de volta para a célula. Novamente, isso é apenas fazer mais de algo já presente. Nada de novo surgiu.
Assim, a via mutacional envolve: (1) quebrar algo no nível molecular (um repressor), (2) fazer mais de algo já presente (importador de citrato) e (3) fazer mais de algo já presente (importador de succinato). Quebrar características no nível molecular, ou fazer mais de alguns componentes pré-existentes, há muito tempo é conhecido como possível na evolução darwiniana. Como Minnich e seus co-autores explicam em seu artigo: “Nenhuma nova informação genética (nova função do gene) evoluiu.” Eles também escrevem: “O LTEE não comprovou a evolução no sentido mais amplo por meio da geração de novas informações genéticas, ou seja, um gene com uma nova função”. Eles concluem:
Finalmente, como essa adaptação não gerou nenhuma nova informação genética e apenas exigiu expressões expandidas de dois transportadores existentes (citT e dctA), a geração de fenótipos de E. coli Cit + em nossa estimativa não garante a consideração como um evento de especiação.
Para os microbiologistas, uma questão fundamental é por que a pesquisa deste artigo observou que o fenótipo Cit + surge tão rapidamente, enquanto o LTEE de Lenski levou muito tempo para que a mesma coisa acontecesse. Um comentário no Journal of Bacteriology que acompanha o artigo explica:
[A] mensagem principal do artigo de Van Hofwegen et al. é que a série de eventos usada para explicar a adaptação no LTEE de transferência curta (e na especiação) pode precisar ser revisada. … Parece que o atraso nos experimentos LTEE pode não refletir a necessidade de uma etapa de potenciação neutra, mas a dificuldade da seleção intermitente para agir em variantes de número de cópias frequentes. O gargalo nas diluições em série é difícil de ultrapassar quando as melhorias iniciais são devidas a uma variante do número de cópias instável que é contra-selecionada durante o período intermediário de crescimento rápido.
JOHN ROTH E SOPHIE MAISNIER-PATIN, “REINTERPRETING LONG-TERM EVOLUTION EXPERIMENTS — IS DELAYED ADAPTATION AN EXAMPLE OF HISTORICAL CONTINGENCY OR A CONSEQUENCE OF INTERMITTENT SELECTION,” JOURNAL OF BACTERIOLOGY , VOL. 198: 1009-1012 (ABRIL DE 2016)
A frase “pode não refletir a necessidade de uma etapa de potenciação neutra” significa que nenhuma sequência complexa de mutações neutras foi necessária para configurar o fenótipo Cit +. Essencialmente, esta pesquisa mostra que quando alguém impõe uma seleção forte para o crescimento do citrato, a história não é de uma evolução neutra envolvendo uma característica complexa, mas uma em que cada passo dá uma vantagem sucessiva, e nenhum passo cria algo geneticamente novo. Sob as pressões de seleção corretas, este fenótipo relativamente simples pode surgir muito rapidamente. Esta pesquisa mostra que o trabalho de Lenski não é a história impressionante de um caminho evolutivo complexo, como muitos afirmam. Mais importante ainda, este artigo mostra que o trabalho de Lenski não demonstrou a evolução de nenhuma nova característica bioquímica. Em vez disso, ele pega proteínas transportadoras pré-existentes e as superexpressa em um ambiente incomum, mas apenas quebrando uma chave molecular. Bioquimicamente, essas moléculas estão apenas fazendo o que já foram projetadas para fazer.
Ou, como Van Hofwegen colocou em sua entrevista à IDTF , “Os organismos desenvolveram a estratégia para responder a essa situação usando as características que já possuíam”. Ele explica que as bactérias normais têm muitos caminhos para comer muitos tipos diferentes de fontes de alimento. Seria um desperdício que todas essas vias estivessem ativas o tempo todo, especialmente quando a maioria das fontes de alimento não estão presentes. Mas ele observa que, quando as bactérias estão estressadas, elas induzem novas mutações por meio de transposons para ativar outras vias metabólicas já existentes. Isso é exatamente o que aconteceu aqui. O resultado do LTEE reflete um sistema normal de controle e regulação em biologia.
A evolução é ilimitada?
No vídeo, Lenski também sugere que sua pesquisa mostra que a evolução não tem limites, refutando um modelo mais antigo em que uma população em evolução eventualmente atinge um limite ou “assíntota” de aptidão. Em vez disso, ele diz que a evolução bacteriana segue um “modelo de lei de potência” onde efetivamente não há limites para o que pode evoluir. Como Lenski coloca, “O que nosso experimento mostra é que mesmo na ausência de mudança ambiental, existem tantas oportunidades de magnitude cada vez menor para continuar a progredir que, na verdade, o progresso provavelmente nunca pararia, mesmo em um ambiente constante.” Mas para fazer essa afirmação, sobre os detalhes do que as bactérias estão realmente fazendo geneticamente, Lenski precisa demonstrar informações funcionais adicionais, não apenas observar o genoma sendo simplificado, ou seja, Escherichia coli tem apenas ~ 4.000 genes. Mais cedo ou mais tarde, com essa estratégia simplificada de remoção de informações genéticas, eles atingirão um teto, ou melhor, uma assíntota.
Referências:
• Cradle of creation: Evolution shapes up new ecosystem in the lab, Michael Le Page, NewScientist
• The Longest-Running Evolution Experiment
• E. coli Citrate Use, Evo-Ed, Michigan State University
• Dustin Van Hofwegen on Engineering and Evolution in Lilliput, J. Witt, Discovery Institute
