Contingência histórica e a improbabilidade da evolução das proteínas (1 de 2)

Imagem gerada por IA (acervo de Lexica)

Leia a Parte 2

por Fazale Rana

13 de julho de 2016

Os processos evolutivos podem produzir inovação biológica?

Os críticos do paradigma evolucionista – inclusive eu – diriam: “Não”. Contudo, as razões do meu ceticismo diferem das de muitos dos principais detratores da evolução. Um argumento contra o paradigma evolutivo que me causa desconforto tem a ver com a “improbabilidade” do processo evolutivo. Por exemplo, uma versão comum deste argumento refere-se ao surgimento evolutivo de proteínas, com os críticos afirmando que a evolução de novas proteínas a partir de proteínas preexistentes teria sido tão improvável que desafiaria uma explicação evolutiva. Para justificar esta posição, estes críticos apontam frequentemente para estudos como o publicado por cientistas das Universidades de Oregon e Chicago, que aparentemente reforçam o seu ponto de vista. [1] Mas será que é?

A Origem Evolutiva de Um Receptor de Proteína

Esta equipe de pesquisa esperava obter informações sobre o papel que os eventos históricos casuais desempenham nos processos evolutivos. Trabalhando dentro da estrutura do paradigma evolutivo, eles determinaram o que acreditam ser a sequência de aminoácidos e a estrutura da proteína ancestral que evoluiu para a proteína receptora celular que se liga ao hormônio cortisol. Eles afirmam ter ressuscitado uma proteína antiga que acreditam existir há 450 milhões de anos, antes que o receptor glicocorticoide específico do cortisol desenvolvesse sua especificidade para esse hormônio em questão. [2]

Hoje, o receptor glicocorticoide específico do cortisol assume um papel fundamental no sistema endócrino, regulando o desenvolvimento e a resposta ao estresse. A atividade desta proteína é mediada pela ligação do cortisol. Entretanto, os investigadores acreditam que no passado a proteína ancestral era bioquimicamente promíscua, ligando-se a uma série de hormonas, e só mais tarde desenvolveu a sua especificidade para o cortisol através de alterações de aminoácidos mediadas pelo suposto processo evolutivo. Com base na reconstrução da via evolutiva, concluem que sete alterações de aminoácidos transformaram a proteína receptora ancestral numa que se liga exclusivamente ao cortisol.

Os pesquisadores classificaram as alterações em duas categorias: 1) funcionais; e 2) permissiva. Eles consideraram cinco das alterações como funcionais, o que significa que estas alterações contribuíram para a especificidade de ligação do cortisol ao receptor. Eles apelidaram as outras duas mudanças de permissivas. Estas alterações não contribuem para a especificidade de ligação do receptor de glicocorticoides, mas devem ocorrer para que as alterações funcionais tenham efeito. Em outras palavras, se as alterações funcionais ocorressem independentemente das alterações permissivas, o receptor hormonal resultante não se ligaria ao cortisol. Os investigadores determinaram que as alterações permissivas ajudam a estabilizar a estrutura da proteína receptora para que esta possa tolerar as cinco alterações funcionais.

Como a ligação do cortisol depende das mutações permissivas, os investigadores concluíram que a contingência histórica deve ter desempenhado algum papel na evolução da proteína receptora específica do cortisol. As mutações permissivas devem ter aparecido primeiro, porque se não tivessem aparecido, as alterações funcionais não teriam sido selecionadas (novamente), uma vez que não são funcionais separadas das alterações permissivas.

A Improbabilidade da Evolução das Proteínas

A questão torna-se então: “Quão proeminente é a contingência na história evolutiva da proteína receptora específica do cortisol?” Para abordar este ponto, os investigadores sintetizaram a proteína receptora ancestral com as cinco alterações funcionais de aminoácidos (AP+5). Em seguida, eles submeteram a proteína AP+5 a alterações aleatórias de aminoácidos para tentar determinar o número de possíveis alterações permissivas alternativas que poderiam estabilizar a proteína receptora da mesma forma que as alterações permissivas históricas.

Eles examinaram cerca de 12.500 variantes aleatórias da proteína AP+5. Essas variantes produziram cerca de 1.025 substituições únicas de aminoácidos únicos, 1.802 substituições únicas de aminoácidos duplos e 825 combinações únicas de ordem superior de substituições de aminoácidos. Ou seja, examinaram cerca de 3.650 variantes da proteína AP+5. (As outras 8.850 variantes eram duplicatas das 3.650 variantes.) Eles também projetaram 10 variantes AP+5 adicionais usando princípios de design racional. Para sua surpresa, nenhuma das 3.660 variantes (3.650 na biblioteca selecionada, mais as 10 mutantes duplas modificadas adicionais) produziu um receptor funcional específico do cortisol que não perturbaria a função da proteína ancestral. (Quatro das variantes AP+5 exibiram ligação específica ao cortisol, mas estas quatro alterações destruíram a função da proteína ancestral. De uma perspectiva evolutiva, estas substituições permissivas alternativas teriam sido selecionadas devido à sua influência disruptiva.)

Este resultado indica que é altamente improvável que as alterações permissivas de aminoácidos necessárias para apoiar a evolução de uma proteína receptora específica do cortisol possam ocorrer (com um limite superior de 0,03 por cento). Os pesquisadores concluem:

“A frequência total é provavelmente muito menor… O universo de variantes possíveis contendo duas ou mais substituições é muito grande, portanto podem existir conjuntos permissivos alternativos; no entanto, estes genótipos exigiriam múltiplas substituições independentes, e a probabilidade conjunta de tais eventos seria muito baixa porque não podem ser adquiridos deterministicamente por seleção para a função derivada.” [3]

A sua avaliação de probabilidade nem sequer inclui a probabilidade de as cinco alterações funcionais ocorrerem após as duas alterações permissivas terem ocorrido, o que significa que as probabilidades de evolução da proteína receptora específica do cortisol a partir de um receptor ancestral promíscuo são ainda mais improváveis.

A Contingência do Processo Evolutivo

Como cético em relação ao paradigma evolucionista, é tentador apontar este estudo como evidência de que as transformações evolutivas são tão improváveis que estes processos não podem explicar a inovação biológica. Mas esta seria uma conclusão injusta que deturpa a forma como os biólogos evolucionistas interpretam estes resultados. Em vez disso, estes cientistas argumentam que estes resultados lhes dizem algo sobre o processo evolutivo, a saber, que a contingência histórica desempenha um papel central nas transformações evolutivas.

O conceito de contingência histórica é o tema do livro Wonderful Life (Vida Maravilhosa), do falecido Stephen Jay Gould. [4] De acordo com esta ideia, o mecanismo que impulsiona o processo evolutivo consiste numa extensa sequência de eventos imprevisíveis e fortuitos. Para ajudar a esclarecer este conceito, Gould usou a metáfora de “repetir a fita da vida”. Se alguém apertasse o botão de retrocesso, apagasse a história da vida e depois deixasse a fita rodar novamente, os resultados seriam completamente diferentes a cada vez.

Segundo os pesquisadores:

“Se a história evolutiva pudesse ser reproduzida a partir do ponto de partida ancestral, seria improvável que ocorresse o mesmo tipo de substituições permissivas. A transição para a forma e função atuais dos RG [receptores de glicocorticoides] provavelmente seria inacessível e quase certamente ocorreriam resultados diferentes. A sinalização específica do cortisol pode evoluir por um mecanismo diferente no RG – ou no sistema endócrino dos vertebrados de forma mais geral – seria substancialmente diferente.” [5]

Um Argumento Falho

Em outras palavras, embora as transformações evolutivas sejam altamente improváveis, a sua improbabilidade não pode ser usada como uma base legítima para o ceticismo sobre o paradigma evolucionista. Usá-las desta forma seria apresentar um argumento de espantalho contra a evolução biológica. Este argumento da probabilidade pressupõe que os pontos finais evolutivos são fixos, mas os biólogos evolucionistas não os veem dessa forma – devido à natureza historicamente contingente do processo.

Ainda assim, existem algumas razões legítimas para ser cético quanto à capacidade dos mecanismos evolutivos de explicar o design e a diversidade da vida. E uma dessas razões é exposta por este estudo e pela natureza historicamente contingente do processo evolutivo.

Vou aperfeiçoar meu argumento na Parte 2.

Recursos

Notas de Fim

1. Michael Harms e Joseph Thornton, “Historical Contingency and Its Biophysical Basis in Glucocorticoid Receptor Evolution”, Nature 512 (agosto de 2014): 203–7.
2. Para uma perspectiva cristã sobre proteínas antigas ressuscitadas, veja meu artigo, Fazale Rana, “Proteínas ressuscitadas e o caso da evolução biológica”, Today's New Reason to Believe (blog), Reasons to Believe, 14 de outubro de 2013, https://sobreasorigens.blogspot.com/2024/05/proteinas-ressuscitadas-e-o-caso-da.html.
3. Harms e Thornton, “Historical Contingency”, 204.
4. Stephen Jay Gould, Vida maravilhosa - O Acaso na Evolução e a Natureza da História (Companhia das Letras, 1990).
5. Harms e Thornton, “Historical Contingency”, 207.

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Traduzido de Historical Contingency and the Improbability of Protein Evolution, Part 1 (of 2) (RTB)

Etiquetas:

bioquímica - evolucionismo