Um problema sério para os darwinistas: a epistasia diminui as chances das mutações benéficas


(Traduzido por Enézio E. de Almeida Filho)
 
Evolution News & Views November 8, 2012 5:52 AM | Permalink
 
 
Um artigo recente na Nature verifica que a epistasia (interações entre as mudanças genéticas) é muito mais disseminada do que previamente considerada. Isso limita muito a capacidade de mutações benéficas conferirem aptidão [boa condição física] aos organismos.
No neodarwinismo clássico, as mutações podem ser consideradas como alterações independentes de um gene local. As mutações podem ser neutras, deletérias, ou benéficas. Como Darwin a personificou – “A seleção natural está examinando minuciosamente diariamente e a cada hora, através do mundo, as variações mais insignificantes; rejeitando aquelas que são más, preservando e acrescentando todas as que são boas.” [Nota deste blogger: Darwin in Origem das Espécies, cap. 4 Seleção natural, 6ª. ed., 1872] Essa história da carochinha simplista se complicou com a epistasia.

A epistasia pode ser comparada a mudanças em um software em vez de um dicionário. No dicionário, a mudança de apenas uma letra pode não causar um efeito drástico na mensagem. No software, não obstante, as rotinas são frequentemente dependentes de outras rotinas. As rotinas do software têm inputs e outputs; elas formam redes de alianças. Mudar uma sub-rotina pode se esparramar através do software, causando múltiplos efeitos, mais provavelmente efeitos danosos. É por isso que os engenheiros de software rotineiramente executam testes em todo o sistema após fazer mudanças.
 
A epistasia é igual a isso; uma mutação em um gene pode causar danos em genes distantes. O neodarwinismo tem de ser modificado para incorporar os efeitos da epistasia. Tem que postular que os genes neutros são somente neutros no todo, e que as mutações benéficas são somente benéficas no todo. Mutações pontuais não podem mais ser consideradas isoladamente; o que é benéfico em um contexto pode ser deletério em outro.
 
Uma equipe de geneticistas na Espanha pesquisou o grau de epistasia em genomas publicados e descobriu que é muito mais disseminado que anteriormente considerado. No artigo “Epistasis as the primary factor inmolecular evolution” [Epistasia como o fator principal na evolução molecular] Breen et al. descobriram o seguinte:
 
… a taxa de substituição medida de aminoácido na evolução recente é 20 vezes menor do que a taxa de evolução neutra e uma ordem de magnitude muito menor do que esperada na ausência de epistasia. Esses dados indicam que a epistasia é difusiva por toda a evolução de proteína: cerca de 90% de todas as substituições de aminoácidos têm um impacto neutro ou benéfico somente nos backgrounds genéticos nas quais ocorrem, e devem, portanto, ser deletérias em um background diferente de outras espécies. Nossas descobertas mostram que a maioria das substituições de aminoácidos tem efeito de aptidão diferente em espécies diferentes e que a epistasia fornece o principal quadro conceitual para descrever o tempo e modo da evolução de proteína de longo termo. (Ênfase adicionada.)
 
[… the measured rate of amino-acid substitution in recent evolution is 20 times lower than the rate of neutral evolution and an order of magnitude lower than that expected in the absence of epistasis. These data indicate that epistasis is pervasive throughout protein evolution: about 90 per cent of all amino-acid substitutions have a neutral or beneficial impact only in the genetic backgrounds in which they occur, and must therefore be deleterious in a different background of other species. Our findings show that most amino-acid substitutions have different fitness effects in different species and that epistasis provides the primary conceptual framework to describe the tempo and mode of long-term protein evolution. (Emphasis added.)]
 
Seria difícil melhorar a explicação deles de como a epistasia afeta a evolução, mas eis aqui:
 
Uma substituição de aminoácido que for neutra ou benéfica em um contexto genético pode ser deletéria em outro. Tal situação, quando o efeito de aptidão de um estado de alelo depende do estado de alelo em outros loci, é chamada de epistasia. As teorias neutral e seletiva de evolução de proteína fornecem um quadro exato para o entendimento da evolução de proteína de longo termo somente se os estados de aminoácidos em contextos genéticos diferentes tenham o mesmo efeito sobre a aptidão, isto é, se a epistasia for rara. Na ausência de epistasia, quando os efeitos de aptidão de todos os estados de aminoácidos forem independentes um do outro, as substituições em espécies diferentes são esperadas ter efeitos semelhantes na aptidão exceto em casos onde essas substituições possibilitem as diferenças na adaptação em condições ambientais. Nesse caso, se o estado do aminoácido fosse descoberto em uma espécie em uma sequência de proteína que não esteja diretamente envolvida na adaptação ambiental, tal como a proteína de manutenção, então o mesmo estado de aminoácido deve ser aceitável em um sítio ortólogo em espécies diferentes. Contudo, se a epistasia for comum então as substituições de aminoácido que foram benéficas ou neutras em uma espécie devem ser frequentemente deletérias em outra. Portanto, desvendar a extensão e a base da epistasia pode ser crucial para a compreensão das diferenças nas sequências de proteínas entre as espécies e a evolução de proteína de longo termo. No presente, pesquisas das diferenças na aptidão das substituições em contextos genéticos diferentes consideram genes ou eventos específicos, e é desconhecida qual a fração de substituições de aminoácidos que ocorrem em uma espécie que seria também aceitável em outra espécie se elas tivessem que ocorrer em sítios ortólogos (mas vide a ref. 11). Aqui nós desenvolvemos uma abordagem para quantificar o impacto da epistasia em evolução de proteína e demonstramos que os efeitos de aptidão da maioria das substituições de aminoácidos deve depender no contexto genético onde elas ocorrem. (Referências deletadas.)
 
[An amino-acid substitution that is neutral or beneficial in one genetic context may be deleterious in another. Such a situation, when the fitness effect of one allele state depends on the allele states at other loci, is called epistasis. Both the neutral and selective theories of protein evolution provide an accurate framework for understanding long-term protein evolution only if amino-acid states in different genetic contexts have the same effect on fitness, that is, if epistasis is rare. In the absence of epistasis, when the fitness effects of all amino-acid states are independent of one another, substitutions in different species are expected to have similar effects on fitness except in cases where these substitutions enable differences in adaptation to environmental conditions. In that case, if an amino-acid state were found in one species in a protein sequence that is not directly involved in environmental adaptation, such as a housekeeping protein, then the same amino-acid state should be acceptable in an orthologous site in a different species. However, if epistasis is common then amino-acid substitutions that were beneficial or neutral in one species should often be deleterious in another. Therefore, unravelling the extent and basis of epistasis may be crucial to understanding differences in protein sequences between species and long-term protein evolution. At present, studies of the differences in the fitness of substitutions in different genetic contexts consider specific genes or events, and it is unknown what fraction of amino-acid substitutions that occur in one species would also be acceptable in another species if they were to occur in orthologous sites (but see ref. 11). Here we develop an approach to quantifying the impact of epistasis in protein evolution and show that the fitness effects of most amino-acid substitutions must depend on the genetic context in which they occur. (References deleted.)]
 
Eles descobriram que a epistasia não somente é muito mais predominante do que antes pensado, é o “principal quadro conceitual para descrever o tempo e o modo de evolução de proteína de longo termo”. Deve ser intuitivamente óbvio que alterar um gene acoplado a outros genes tornam o progresso neodarwinista muito mais improvável. Uma mutação benéfica tem de ser benéfica em mais contextos. Semelhantemente, as mutações neutras ou aproximadamente neutras serão menos frequente, pois existe uma maior probabilidade que terão efeitos deletérios em outros genes. Isso lança luz sobre o por que de os autores descobrirem que a “a seleção positiva não era comum na evolução das proteínas em nossa série de dados”, de acordo com um teste que eles usaram na sua busca.
 
Mesmo se uma mutação benefica sobreviver para melhorar a aptidão sobre uma espécie em um ambiente, não há garantia de que a mesma mutação irá melhorar outra espécie. “Assim, um aminoácido que foi benéfico a uma espécie por causa de uma adaptação ambiental específica pode ser detrimental a uma espécie que não vive no mesmo ambiente”, eles disseram. Os evolucionistas não podem evitar este problema, porque as “interações epistáticas são a norma e não a exceção quando nós consideramos as substituições de aminoácido nas sequências de proteínas.”
 
Com toda esta má notícia para o neodarwinismo, os autores poderiam resgatar o progresso evolucionário? Que pena, não. O ultimo parágrafo deles consistiu somente de questões difíceis levantadas por suas descobertas:
 
Nós identificamos a epistasia como um fator poderoso afetando a evolução da proteína a longo termo, e um fator que deve ser invocado para explicar por que a vasta maioria das substituições de aminoácidos que ocorrem em uma espécie não pode ocorrer em outra independentemente se a seleção positiva desempenhe ou não o papel dominante no curso de fixação das substituições de aminoácido em específicos contextos genéticos. Uma perspectiva epistática de evolução molecular leva à formulação de diversas questões fundamentais, além das perguntas em grande parte não respondidas propostas por John Maynard Smith em 1970 (ref. 12). Primeira, considerando-se um sítio específico, as substituições em quantos outros sítios no mesmo gene ou no genoma inteiro poderia mudar o poder da seleção associada com as substituições neste sítio? Segunda, de toda arede de interações epistática pares entre os sítios por todo o genoma, existem muitas sub-redes epistáticas que não se sobrepões ou a maioria dos sítios é interconectada dentro de toda a rede de interações epistáticas? Terceira, qual é a proporção de interações intergênicas a interações intragênicas epistáticas? Quarta, qual é a base molecular das interações epistáticas dentro do genoma? Finalmente, a predominante epistasia na evolução de proteína de longo termo levanta a possibilidade que interações epistáticas semelhantes deve ser predominante em evolução de curto termo e que as situações quando um polimorfismo é benigno ou benéfico a um indivíduo, mas é deletério para outro indivíduo dentro da mesma população pode ser mais comum do que atualmente pensado.
 
[We identify epistasis as a powerful factor affecting long-term protein evolution and one that must necessarily be invoked to explainwhy the vast majority of amino-acid substitutions that occur in one species cannot occur in another regardless of whether or not positive selection plays the dominant role in the course of fixation of amino-acid substitutions in specific genetic contexts. An epistatic perspective of molecular evolution leads to the formulation of several fundamental questions, in addition to the largely unanswered questions posed by John Maynard Smith in 1970 (ref. 12). First, given a specific site, substitutions in how many other sites in the same gene or in the entire genome could change the strength of selection associated with substitutions at this site? Second, out of the entire network of pairwise epistatic interactions between sites across the genome, are there many non-overlapping epistatic subnetworks or are most sites interconnected within the entire network of epistatic interactions? Third, what is the ratio of intergenic to intragenic epistatic interactions? Fourth, what is the molecular basis of epistatic interactions within the genome? Finally, pervasive epistasis in long-term protein evolution raises the possibility that similar epistatic interactions may be prevalent in short-term evolution and that situations when a polymorphism is benign or beneficial to one individual but deleterious to another individual within the same population may be more common than is thought at present.]
 
Isso é uma notícia potencialmente devastadora para os neodarwinistas. Desde que eles ainda estavam lutando em lidar com velhas questões não respondidas que John Maynard Smith levantou há 42 anos atrás, essas cinco questões novas ameaçam erodir a matéria prima da peneira de Darwin de seleção positiva de maneiras profundas e fundamentais.
 
Esta pesquisa vai ter uma influência imediata (nós podemos dizer “epistática”) sobre a teoria evolucionária? Provavelmente não. A ciência é como um grande navio que vira lentamente. Milhares de artigos científicos são publicados a cada semana. É duvidoso que muitos cientistas lerão ou repararão este artigo; aqueles que podem minimize-lo como um quebra-cabeça a ser resolvido mais tarde, vez que o neodarwinismo tem sido aceito há tempo como o paradigma aceito. Lembre-se que levou décadas (alguns dizem setenta anos) para que o artigo de Mendel fosse notado e considerado seriamente pelos teóricos evolucionistas; mesmo então, eles não abandonaram o paradigma – eles apenas incorporaram a herança mendeliana. A rede de crença darwinista é tão forte que os seus proponentes simplesmente virão com novos modelos a fim de incorporar a epistasia na rede. Esses geneticistas estavam levantando novos quebra-cabeças a serem resolvidos dentro do paradigma, eles não estavam procurando derrubá-lo.
 
É preciso alguém de for a para ler este artigo e ver o quão perturbador ele deve ser para a teoria neodarwinista consensual. Tudo que os céticos de Darwin podem fazer é continuar a apontar para artigos como esse como desafios severos à opinião consensual. Talvez alguns poucos escutem e considerem isso mais seriamente.
 
Mais provavelmente, se a visão de Thomas Kuhn da incomensurabilidade dos paradigmas estiver até parcialmente correta, os darwinistas e os céticos de Darwin vão se ignorar. Vai ser necessário uma nova geração de jovens cientistas de mentes abertas, ainda não apegados ao paradigma darwinista para liderarem a revolução científica há muito tempo esperada.
 
+++++
 
NOTA DESTE BLOGGER [desafiando a nomenklatura científica]:
 
Apesar desta pesquisa trazer dificuldades imensas para a teoria da evolução de Darwin através da seleção natural e n mecanismos evolucionários [de A a Z] sou cético localizado quanto ao que este artigo possa causar realmente até mesmo nos darwinistas honestos e de mentes abertas. Razão? Como disse Theodosius Dobzhansky aos seus alunos de genética na USP que encontraram evidências contrárias em suas pesquisas com Drosophilas: “As evidências? Ora, que se danem as evidências, o que vale é a teoria!”
 
E ainda chamam isso de ciência. Eu chamo de desonestidade acadêmica, pois a ciência é a busca pela verdade, e os cientistas devem seguir as evidências aonde elas forem dar…
 
NOTA DE ESCLARECIMENTO DESTE BLOGGER [desafiando a nomenklatura científica]:
 
Longe de querer deixar biólogos e cientistas evolucionistas embaraçados com perguntas difíceis, o objetivo deste blogger é promover o avanço da ciência e demonstrar que o muito que é propalado como sendo fato, Fato, FATO da evolução pela Nomenklatura científica não é assim uma Brastemp no contexto de justificação teórica e que, apesar da retórica darwinista, o que é alegado como sendo conhecimento científico é, na verdade, assentimento a verdades aceitas a priori por força de um paradigma falido aceito mais por ideologia do que convencimento resultante das evidências encontradas no contexto de justificação teórica. Pobre ciência…

27 comentários sobre “Um problema sério para os darwinistas: a epistasia diminui as chances das mutações benéficas

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