Questão 2: como a evolução pode ser tão rápida?

Imagine que você criou uma gaiola muito grande e colocou nela um grupo de ratos. Você permite que os ratos vivam e cruzem livremente na gaiola, sem interferência. Se você voltasse cinco anos depois e olhasse para a gaiola, encontraria ratos. Cinco anos de cruzamento não causariam uma alteração nos ratos da gaiola, pois eles não evoluiriam de modo perceptível. Você poderia abandonar a gaiola durante cem anos e então observá-la novamente; ainda encontraria somente ratos. Depois de centenas de anos, você olharia novamente sua gaiola e encontraria não 15 novas espécies, mas apenas ratos.

A questão toda é que a evolução em geral é um processo extremamente lento. Quando dois ratos acasalam, os descendentes são ratos. Quando esses descendentes acasalam, seu filhote é um rato. Quando esse filhote acasala... e o ciclo continua. As mutações não alteram este fato de forma significativa a curto prazo.

Carl Sagan, em "Os Dragões do Éden", coloca isso da seguinte maneira:

 

A escala de tempo para a mudança evolutiva ou genética é muito longa. Um período característico para a emergência de uma para outra espécie avançada é, talvez, de cem mil anos, e com muita freqüência a diferença no comportamento entre espécies estreitamente relacionadas (digamos leões e tigres) não parece muito grande. Um exemplo de evolução recente de sistemas orgânicos nos humanos é o dos nossos dedos dos pés. O dedão exerce uma função importante no equilíbrio enquanto caminhamos; os outros dedos têm utilidade muito menos óbvia. Eles evoluíram claramente de apêndices semelhantes aos dedos dos macacos de grande porte (gorilas e urangutangos) e macacos de médio e pequeno portes pregos e micos (em inglês) usados para agarrar e balançar nas árvores. Esta evolução constitui-se na reespecialização, ou seja, a adaptação de um sistema orgânico que evoluiu originalmente de uma função para outra, bastante diferente, que levou cerca de dez milhões de anos para emergir.

O fato de a evolução precisar de 100 mil ou 10 milhões de anos para fazer mudanças relativamente pequenas em estruturas existentes apenas nos mostra sua real lentidão. A criação de uma nova espécie consome tempo.

Por outro lado, sabemos que a evolução pode mover-se com extrema rapidez para criar uma nova espécie. Um exemplo da velocidade da evolução envolve o progresso feito pelos mamíferos. Você provavelmente já ouviu que, cerca de 65 milhões de anos atrás, todos os dinossauros morreram de um modo súbito. Uma teoria para sua extinção maciça diz respeito à queda de um asteróide. Para os dinossauros, o dia em que aquele asteróide caiu foi péssimo, mas para os mamíferos foi um dia de sorte. O desaparecimento dos dinossauros eliminou a maioria dos predadores e, a partir de então, os mamíferos começaram a prosperar e a se diferenciar.

Exemplo: a evolução dos mamíferos
Há 65 milhões de anos os mamíferos eram muito mais simples que hoje. Um representante dos mamíferos daquela época era a espécie Didelphodon, uma pequena criatura quadrúpede semelhante ao gambá atual.

Em 65 milhões de anos, de acordo com a teoria da evolução, todos os mamíferos que vemos hoje (mais de 4 mil espécies) evoluíram a partir de pequenos quadrúpedes como o Didelphodon. Por meio de mutações aleatórias e seleção natural, a evolução produziu mamíferos de surpreendente diversidade, a partir daquele humilde ponto de partida:

• humanos
• cães
• toupeira 
• morcegos
• baleias
• elefantes
• girafas
• ursos pandas
• cavalos

A evolução criou milhares de espécies diferentes que variam em tamanho e forma, de um pequeno morcego marrom pesando alguns gramas até uma baleia azul, com quase 30,5m de comprimento.

Considere a afirmação de Carl Sagan de que "um período característico para a emergência de uma para outra espécie avançada é, talvez, de cem mil anos, e com muita freqüência a diferença no comportamento entre espécies estreitamente relacionadas, digamos, leões e tigres, não parece muito grande". Em 65 milhões de anos, existem apenas 650 períodos de 100 mil anos,  isto é, apenas 650 "tique-taques" do relógio evolutivo.

Imagine-se tentando começar com um gambá e chegar a um elefante em 650 incrementos ou menos, mesmo se cada incremento fosse perfeito. O cérebro de um elefante é centenas de vezes maior que o de um gambá, contendo centenas de vezes mais neurônios, todos perfeitamente conectados. A tromba do elefante é um apêndice preênsil perfeitamente formado, que contém 150 mil elementos musculares. Começando com um focinho como o de um gambá, a evolução usou mutações aleatórias para criar o focinho do elefante em apenas 650 "tique-taques". Imagine-se tentando ir de um gambá para um morcego marrom em 650 incrementos. Ou de um gambá para uma baleia. Baleias não têm pelve, têm lobo na cauda, têm crânios muito estranhos (especialmente a baleia cachalote), têm orifícios no alto da cabeça, têm controle de temperatura que lhes permite nadar em águas geladas e consomem água salgada, em vez de água doce. Muitas pessoas teriam dificuldade para imaginar esse tipo de velocidade, dada a atual teoria.

Exemplo: a evolução do cérebro humano
Aqui está um outro exemplo do problema da velocidade. Evidências fósseis atuais indicam que os humanos modernos evoluíram de uma espécie chamada Homo erectus. O Homo erectus apareceu cerca de 2 milhões de anos atrás. Observando seu crânio, sabemos que o tamanho de seu cérebro estava na ordem de 800 ou 900 centímetros cúbicos (cc).

O cérebro humano moderno tem em média 1.500cc ou algo em torno disso. Em outras palavras, em cerca de 2 milhões de anos a evolução praticamente dobrou o tamanho do cérebro do Homo erectus para criar o cérebro humano que temos hoje. Nossos cérebros contêm aproximadamente 100 bilhões de neurônios atualmente, de modo que em 2 milhões de anos a evolução adicionou 50 bilhões de neurônios ao cérebro (enquanto, ao mesmo tempo, redesenhava o crânio para acomodar todos esses neurônios e remodelava a pelve feminina para permitir a passagem de um crânio maior durante o parto).

Presuma que o Homo erectus pudesse reproduzir-se a cada 10 anos. Isso significaria que, em 2 milhões de anos, haveria a possibilidade de termos 200 mil gerações de Homo erectus. Existem quatro explicações possíveis para a origem dos 50 bilhões de novos neurônios em 200 mil gerações:

• a cada geração, 250 mil novos neurônios eram adicionados ao cérebro do Homo erectus (250.000 x 200.000 = 50 bilhões);
• a cada 100 mil anos, 2,5 bilhões de novos neurônios eram adicionados ao cérebro do Homo erectus (2.500.000.000 x 20 = 50 bilhões);
• talvez, 500 mil anos atrás, tenha ocorrido um surto de 20 gerações com estreita proximidade uma da outra que acrescentou 2,5 bilhões de neurônios por geração;
• a cada dia, 50 bilhões de novos neurônios foram adicionados espontaneamente ao cérebro do Homo erectus para criar o cérebro do Homo sapiens.

* Em um experimento absolutamente fascinante, relatado pela primeira vez em julho de 2002, os cientistas modificaram um único gene de rato e criaram ratos com cérebros 50% maiores que o normal. Este experimento mostra que uma mutação localizada pode, de fato, ter um imenso efeito sobre o tamanho do cérebro. Ainda não se sabe se os cérebros maiores tornam os ratos mais espertos ou não, mas é fácil imaginar mutações posteriores que melhorarão as conexões desses milhões de novos neurônios. Em um outro estudo fascinante (site em inglês), os pesquisadores identificaram alterações mínimas em um aminoácido de um gene único que apresenta um efeito profundo sobre o processamento da fala nos humanos. Parece que alterações mínimas em genes isolados podem ter efeitos muito amplos na espécie.

Nenhuma dessas situações é particularmente confortável. Não vemos evidências de que a evolução está acrescentando aleatoriamente 250 mil neurônios a cada criança que nasce hoje, de modo que é difícil admitir tal explicação. A idéia de adicionar um grande pacote de mais ou menos 2,5 bilhões de neurônios em uma etapa é difícil de imaginar, porque não há como explicar como os neurônios se conectariam. Que espécie de mutação ocorreria em uma molécula de DNA capaz de criar subitamente bilhões de novos neurônios e conectá-los corretamente? * A teoria atual da evolução não prevê como isso poderia ocorrer.

Uma linha de pesquisa atual examina o efeito de mudanças muito pequenas nos padrões do DNA durante o desenvolvimento embrionário. Qualquer novo animal, seja este um rato ou um humano, começa a vida como uma única célula. Essa se diferencia e se desenvolve até tornar-se um animal completo. Um grande volume de sinalização ocorre entre as células durante o processo do desenvolvimento para garantir que tudo termine no lugar certo. Alterações mínimas nesses processos de sinalização podem ter efeitos muito amplos no animal resultante. É assim que o genoma humano, com cerca de 60 mil genes, é capaz de especificar a criação do corpo humano contendo trilhões de células, bilhões de neurônios cuidadosamente conectados e centenas de tipos diferentes de células, todas incrivelmente esculpidas em órgãos tão diferentes como coração e olhos. O livro"Molecular Biology of the Cell" (Biologia Molecular da Célula) diz o seguinte:

 

Os humanos, como um gênero distinto dos grandes macacos, existem há apenas alguns milhões de anos. Assim, cada gene humano teve a chance de acumular relativamente poucas alterações nos nucleotídeos desde nossa criação, e a maior parte dessas foi eliminada pela seleção natural. Uma comparação entre humanos e macacos, por exemplo, mostra que suas moléculas de citocromo-c diferem em cerca de 1% e suas hemoglobinas diferem em cerca de 4 % de suas posições de aminoácidos. Está claro que muito de nossa herança genética deve ter sido formada bem antes do aparecimento do Homo sapiens, durante a evolução dos mamíferos (que começou cerca de 300 milhões de anos atrás) e até mesmo antes. Uma vez que as proteínas de mamíferos tão diferentes quanto baleias e humanos são muito similares, as alterações evolutivas que produziram essas diferenças morfológicas notáveis devem envolver relativamente poucas mudanças nas moléculas das quais somos feitos. Em vez disso, existe a suposição de que as diferenças morfológicas surgem de diferenças no padrão temporal e espacial da expressão do gene durante o desenvolvimento embrionário que, então, determina o tamanho, forma e outras características do adulto.

Em outras palavras, simplesmente não existem tantas diferenças no DNA de um humano e de uma baleia, mas os humanos e baleias têm aparência totalmente distinta. Pequenas coleções de mutações no DNA podem ter um efeito muito grande no resultado final.

Atualmente, os mecanismos sinalizadores que conectam os 100 bilhões de células no cérebro humano são um mistério. Como meros 60 mil genes no genoma humano podem dizer a 100 bilhões de neurônios como se conectar precisamente no cérebro humano? Ninguém sabe ainda como tão poucos genes podem conectar meticulosamente tantos neurônios. Em um feto em desenvolvimento no útero, o DNA cria e conecta corretamente milhões de células por minuto. Uma vez que o DNA realmente conecta um cérebro humano sempre que um bebê nasce, pode ser que o DNA tenha propriedades especiais que tornam o funcionamento da evolução mais eficiente. À medida que os mecanismos se tornam mais claros, os efeitos das mutações no DNA durante o desenvolvimento também são melhor compreendidos.