A evolução pode favorecer zonas mais planas de aptidão

Os princípios básicos da evolução são bastante simples de entender: os organismos mais bem preparados para sobreviver e reproduzir-se tendem a ter vantagem sobre os restantes. Esses animais persistem, enquanto outros desaparecem.

Por vezes, os biólogos representam este processo como uma «paisagem» tridimensional de aptidão, cujos picos correspondem às espécies em melhor condição. Contudo, existem vários caminhos até aos cumes dessa paisagem, o que levanta dúvidas sobre o que ocorre quando vários fenótipos - características biológicas - se encontram no mesmo patamar.

Tradicionalmente, o consenso indicava que, nesse ponto, a evolução avançava de forma aleatória ou neutra. Porém, um novo estudo publicado na PNAS, conduzido por investigadores do Technion Israel Institute of Technology, sugere que não é isso que acontece.

«A evolução é habitualmente descrita como um processo de subida de picos de aptidão, no qual os organismos se tornam mais adaptados ao ambiente e, por isso, aumentam as suas probabilidades de sobrevivência», afirma a bióloga Naama Brenner.

«No entanto, por vezes os organismos deparam-se com múltiplas trajetórias evolutivas que conduzem todas ao mesmo nível de aptidão.

«Isto levanta a questão de saber como a evolução escolhe entre estes caminhos de aptidão equivalente.»

Degenerescência nas paisagens de aptidão

Em biologia, a chegada de vários organismos aos mesmos picos de aptidão designa-se por degenerescência. As paisagens biológicas são frequentemente muito degeneradas: muitas espécies apresentam níveis de aptidão aproximadamente equivalentes, ainda que lá cheguem por vias diferentes.

«Intuitivamente, poder-se-ia imaginar que a evolução passa então a vaguear aleatoriamente entre estes estados degenerados», escrevem os investigadores no artigo publicado. «Aqui demonstramos que, de modo geral, não é assim.»

Para analisar a sobrevivência das populações em paisagens planas e degeneradas, a equipa criou um modelo matemático simplificado. O modelo teve em conta os acontecimentos de seleção natural e de mutação que ocorreriam no mundo real.

Em seguida, recorreram a previsões adicionais e a simulações para testar os efeitos de centenas de gerações de evolução e a forma como estes se poderiam desenrolar.

Deriva direcional favorece zonas mais planas

Os resultados revelaram algo distinto da hipótese da aleatoriedade: depois de alcançarem o nível máximo de aptidão, os organismos continuavam a deslocar-se ao longo desse patamar em direção ao ponto mais plano, mesmo sem existir uma «vantagem de aptidão».

Esta «deriva direcional» encaminha-se para áreas onde as características particulares de uma população ficam mais protegidas contra mutações e outras perturbações. É aí que se manifesta a vantagem de sobrevivência: nas partes mais tolerantes do mapa.

«Em variedades suaves de aptidão igual, surge um enviesamento implícito, que direciona deterministicamente as populações em evolução para regiões mais planas», escrevem os investigadores. «Este enviesamento resulta da interação entre a variabilidade da população e a geometria da paisagem.»

Como salientam os autores, isto poderá ter implicações importantes para a teoria evolutiva. Por meio desta deriva direcional, os grupos em evolução podem adquirir robustez e resiliência quase como efeito secundário, sem qualquer pressão evolutiva específica.

A equipa defende também que pequenas variações biológicas poderão ser mais relevantes do que se julgava. Estas diferenças podem revelar a forma subjacente da paisagem de aptidão e o percurso que uma população seguiu ao longo da sua história evolutiva.

Trata-se de uma ideia já abordada por estudos anteriores, embora a partir de uma perspetiva ligeiramente diferente: o conceito de «vizinhanças favoráveis às mutações» - espaços mais seguros nos quais as variações genéticas implicam um menor custo para a sobrevivência.

Investigações futuras poderão eventualmente relacionar estes resultados com sistemas de aprendizagem profunda, nos quais as redes neuronais que alimentam a IA também mostram preferência pelas zonas mais planas do mapa.

Poderá também ser necessário repensar a forma como os cientistas interpretam a mudança evolutiva, sobretudo quando esta parece neutra. Os próximos passos passam por desenvolver os modelos relativamente básicos utilizados neste trabalho, aplicando-os a organismos vivos e ecossistemas mais complexos, bem como à variabilidade natural registada em ambiente selvagem.

«Os nossos resultados destacam um mecanismo geral pelo qual a degenerescência molda os resultados evolutivos a longo prazo, afetando a nossa interpretação da variabilidade fenotípica, da robustez e da neutralidade em sistemas biológicos de elevada dimensionalidade», escrevem os investigadores.

A investigação foi publicada na PNAS.

Este artigo foi verificado por Fiona MacDonald e editado por Fiona MacDonald. Embora nos orgulhemos do nosso processo, somos apenas humanos. Se detetar algum erro, informe-nos, por favor.