EVOLUÇÃO. Prof. Nelson Jorge da Silva Jr. Ph.D.

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1 EVOLUÇÃO EVIDÊNCIAS DO PROCESSO EVOLUTIVO Prof. Nelson Jorge da Silva Jr. Ph.D. Professor Titular

2 PREMISSAS BÁSICAS DA EVOLUÇÃO 1. As espécies mudam no sentido da descendência com modificação. 2. Todos os organismos possuem um ancestral comum. EVOLUÇÃO EM ESCALA PEQUENA A. RESISTÊNCIA A FÁRMACOS E DROGAS O grande avanço na luta contra o vírus HIV tem sido o desenvolvimento de drogas anti-virais que impedem a replicação do vírus Vírus HIV

3 O vírus insere na célula hospedeira cópias de seu DNA na forma de RNA. Seres humanos não possuem a capacidade de converter RNA em DNA. Entretanto, o vírus HIV possui uma enzima (transcriptase reversa) que, inserida na célula hospedeira, faz a conversão completa Fármacos anti-virais são direcionados à transcriptase reversa O 3TC foi um desses fármacos mais famosos desenvolvidos na década de 90 Como em todo organismo vivo, linhagens de vírus HIV desenvolveram resistência ao 3TC em um curto espaço temporal

4 O uso de agrotóxicos ou inseticidas parte do princípio que testes em laboratório terão um efeito universal Aleatoriamente, linhagens de insetos serão resistentes, sobreviverão, e produzirão uma nova população, mais resistente.

5 B. ADAPTAÇÕES Tentilhões de Darwin Ilhas Galápagos

6 Mariposa (Biston betularia) Antes, durante e após a Revolução Industrial inglesa do século 18

7 C. SELEÇÃO ARTIFICIAL Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária - EMBRAPA Arroz, feijão, milho, sorgo, cana-de-açúcar, soja, hortaliças, etc. Biotecnologia produção de animais de laboratório com enfermidades humanas = pesquisa

8 D. INTERCRUZAMENTO E SEMELHANÇAS FENOTÍPICAS CLASSIFICAÇÃO DO LOBO CINZA (Canis lupus) Reino Animalia Phylum Chordata Subphylum Vertebrata t Classe Mammalia Subclasse Theria Infraclasse Eutheria Ordem Carnivora Família Canidae Gênero Canis Espécie lupus Centenas de raças de Canis familiaris Raças interférteis = seleção artificial

9 PROBLEMAS AO CONCEITO DE ESPÉCIES ISOLAMENTO REPRODUTIVO Theodozius Dobzhansky (1970) Mecanismos de Isolamento A. Pé Pré-zigóticos 1. Habitat 2. Sazonal ou temporal 3. Etológico 4. Mecânico 5. Incompatibilidade gamética B. Pós-zigóticos 1. Inviabilidade d híbrida 2. Esterilidade híbrida desenvolvimental 3. Esterilidade híbrida segregacional 4. Quebra de F2 CONCEITO BIOLÓGICO DE ESPÉCIE Grupo de populações reprodutivas que são geneticamente separadas de outros grupos por mecanismos reprodutivos isolantes.

10 CARACTERÍSTICAS FENOTÍPICAS Linnaeus agrupou as espécies em uma hierarquia de categorias: Reino Phylum (Filo) Classe Ordem Família Gênero Espécie IMPLICAÇÕES ATUAIS 1) Necessidade de compreender a variabilidade intra e inter-específica Carolus Linnaeus ( ) 2) Reavaliação e ampliações de distribuições geográficas 3) Análises populacionais e genéticas

11 Variações (variabilidade) podem gerar novas espécies a) deriva genética b) diminuição do fluxo gênico Complexo Micrurus frontalis Micrurus altirostris Micrurus baliocoryphus Micrurus brasiliensis Micrurus diana Micrurus frontalis Micrurus pyrrhocryptus Micrurus tricolor (B) (C) (D) (E) (A) (F) (G)

12 HAWAII Niihau Ilhas vulcânicas Hawaii Kauai Kahoolawe Oahu Maui Molocai Lanai

13 Elevado endemismo Processos de Coevolução Aves Plantas Antropização pelas etnias fundadoras d

14 CONCEITUAÇÃO DE ESPÉCIES Conceito Morfológico de Espécie Conceito Evolutivo de Espécie (Simpson, 1961) Conceito Fenético de Espécie (Sokal and Sneath, 1963) Conceito Biológico de Espécie (Mayr, 1969) Conceito Filogenético de Espécie (Cracraft, 1983) Conceito Ecológico de Espécie (Smith, 1986) Conceito Congruente de Espécie (Avise and Ball, 1990)

15 SISTEMÁTICA LINEANA Fundamenta-se na lógica aristotélica e na visão de mundo de Aristóteles ou seja, em sua ontologia essencialista: existem essências e essas essências podem ser ou não compartilhadas por duas ou mais espécies. Em suma, reunir taxa com base em semelhanças compartilhadas. SISTEMÁTICA FENÉTICA Surgiu junto com os primeiros computadores, no final da década de 50. Baseia-se na análise numérica de semelhanças médias para um conjunto grande de caracteres de espécies. Essa proposição era influenciada por: a) dificuldade em lidar com os padrões aparentemente incongruentes da evolução; b) pelo subjetivismo das decisões dos sistematas tradicionais; c) pelo interesse em desenvolver um sistema operacional objetivo. Os métodos fenéticos dão tratamento numérico a matrizes de dados, produzindo diagramas ramificados fenogramas em que a reunião ou separação de taxa se faz com base na média da semelhança total dos caracteres apresentados na matriz de dados.

16 SISTEMÁTICA FILOGENÉTICA PREMISSAS DA SISTEMÁTICA FILOGENÉTICA 1. O processo evolutivo acontece 2. Existe uma única filogenia da vida e é o resultado da descendência genealógica 3. Os caracteres são passados de geração em geração ABRANGÊNCIA DA SISTEMÁTICA FILOGENÉTICA 1. Procurar descrever a biodiversidade 2. Tentar encontrar uma ordem existente 3. Compreender processos responsáveis pela geração da diversidade 4. Apresentar um sistema geral de referência sobre a diversidade

17 SISTEMÁTICA FILOGENÉTICA Método de classificação baseado no estudo das relações evolutivas entre espécies, onde o critério de ancestria comum é fundamental e é determinado, principalmente, pelo reconhecimento de caracteres derivados comuns. A Sistemática Filogenética procura desvendar a história evolutiva do grupo de estudo = linhagem, genealogia, parentesco = grupos naturais. As características de um organismo (morfologia externa, bioquímica, genética, anatomia, etc.) são analisadas e expressas em forma de um gráfico de parentesco = CLADOGRAMA CLADOGRAMA Dendrograma em que a relação entre os ramos terminais corresponde a uma suposição de relação filogenética, indicada por apomorfias compartilhadas entre os ramos. DENDROGRAMA Diagrama ramificado em que os elementos terminais são reunidos entre si, em vários níveis, por algum critério. A B C D E F G

18 Homologia caracteres derivados em comum = origem evolutiva comum e seqüências de desenvolvimento localizadas em áreas semelhantes do corpo.

19 H l i t í ti lh t ã i ã Homoplasia características semelhantes em grupos não irmãos. Convergência semelhanças em linhagens sem ancestria comum. Paralelismo semelhanças em linhagens com alguma ancestria.

20 DADOS MOLECULARES Complexo Micrurus de Tríadas da América do Sul Jorge da Silva and Sites (2001) Hipótese de Trabalho relações entre maiores grupos do Brasil Problema taxa pobremente definidos Complexo = 21 taxa

21 mtdna maternalmente t herdado d

22 COMBINAÇÃO DE CARACTERES a) mtdna 812 bp dos genes ND4, HIS-tRNA, SER-tRNA e LEU-tRNA

23 b) 14 loci fixos de isoenzimas

24 HIPÓTESES FILOGENÉTICAS

25 Dados Fósseis

26 CÓDIGO GENÉTICO = HOMOLOGIA UNIVERSAL Dentro de um gene, 3 bases seqüenciais formam um códon. Um códon resulta em um produto: aminoácido interrupção (stop) O código genético é altamente conservado entre os diversos grupos de organismos. A compreensão da estrutura do DNA fornece o mecanismo bioquímico para mutações Mudanças nas seqüências de bases do DNA pode Mudanças nas seqüências de bases do DNA pode resultar em mudanças no mrna e mudanças nas proteínas.

27 TIPOS DE MUTAÇÕES MUTAÇÃO PONTUAL mudança simples de 1 nucleotídeo a outro a) Transição: purina purina (A,G) ou pirimidina pirimidina (T,C) b) Transversão: mudanças de purina pirimidina e vice-versa MUTAÇÃO TIPO FRAMESHIFT a) Inserções adição de um nucleotídeo a uma seqüência AAGT AACGT b) Deleções supressão de um nucleotídeo de uma seqüência AAGT - AAT TRANSPOSIÇÕES Inserção de grandes segmentos de DNA em uma seqüência.

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29 TIPOS DE MUTAÇÕES DNA AAA AAG AAA AAT mrna UUU UUC UUU UUA Phenylalanine Phenylalanine Phenylalanine Leucine Amino ácido MUTAÇÃO SINÔNIMA MUTAÇÃO NÃO SINÔNIMA

30 mrna códons de aminoácidos Ala A Alanina GCA, GCC, GCG, GCU Arg R Arginina AGA, AGG, CGA, CGC, CGG, CGU Asn N Asparagina AAC, AAU Asp D Ácido Aspártico GAC, GAU Cys C Cisteína UGC, UGU Glu E Ácido Glutâmico GAA, GAG Gln Q Glutamina CAA, CAG Gly G Glicina GGA, GGC, GGG, GGU His H Histidina CAC, CAU Ile I Isoleucina AUA, AUC, AUU Leu L Leucina UUA, UUG, CUA, CUC, CUG, CUU Lys K Lisina AAA, AAG

31 Met M Metionina i AUG Phe F Fenilalanina UUC, UUU Pro P Prolina CCA, CCC, CCG, CCU Ser S Serina AGC, AGU, UCA, UCC, UCG, UCU Thr T Treonina ACA, ACC, ACG, ACU Trp W Triptofano UGG Tyr Y Tirosina UAC, UAU Val V Valina GUA, GUC, GUG, GUU STOP UAA, UAG, UGA

32 RESUMO 1. Evidências sugerem que as espécies evoluíram de um ancestral comum. 2. A evolução pode ser observada em pequena escala (laboratorialmente) e na Natureza, em formas viventes e fósseis. 3. A variabilidade garante a saúde genética de uma população, mas também se constitui i na base para o surgimento de novas espécies. 4. Semelhanças homólogas (morfológicas, bioquímicas e genéticas) suportam a ancestralidade comum. 5. O registro fóssil fornece evidências fortes de ancestralidade.