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quarta-feira, 29 de julho de 2009

No slogans?

Via SemCiênciaSemciência* tomei conhecimento da reportagem de Fábio de Castro da Agência Fapesp sobre um estudo a respeito de especiação sem seleção natural e sem barreiras geográficas.

*Upideite (02/out/2009): correção a esta data. Vide aqui.

"Trabalhando com simulações em modelos matemáticos, um grupo de pesquisadores do Brasil e dos Estados Unidos acaba de propor um mecanismo de formação de novas espécies biológicas que não envolve barreiras físicas ou isolamento geográfico. O estudo foi publicado na edição desta quinta-feira (16/7) da revista Nature."

"Segundo ele [Marcus Aloizio Martinez de Aguiar, do Instituto de Física Gleb Wataghin da Unicamp, primeiro autor do estudo], a principal contribuição do novo estudo é ter sugerido um mecanismo de especiação que prescinde das barreiras espaciais e da seleção natural, mas cujos resultados são compatíveis com os padrões de abundância de espécies observadas na natureza."

Na verdade o estudo não propõe um mecanismo, ele testa um mecanismo já proposto - a novidade é que eles demonstram a viabilidade para organismos com reprodução sexual por meio de simulação em computador. O mecanismo é de isolamento por distância, estudado teoricamente desde os anos de 1940 (vide, por exemplo, [1] e [2]).

"'O número de espécies existentes atualmente é muito grande – cerca de 100 milhões –, o que indica que a especiação é a regra e não uma exceção. Portanto, os mecanismos de especiação devem ser muito simples, embora sua compreensão não seja trivial. Um deles, sem dúvida, é o processo de isolamento geográfico, mas é improvável que seja o único. Nosso estudo aponta para a existência de um mecanismo diferente, em consonância com as observações experimentais', disse Aguiar à Agência FAPESP."

Na verdade não se sabe quantas espécies existem atualmente. As estimativas variam de 2 milhões a 100 milhões. Mas mesmo supondo que sejam 100 milhões ou mais, não se pode concluir com base nisso que os mecanismos de especiação sejam simples, quanto mais muito simples. Alguém aqui pode se lembrar da navalha de Occam. Mas por isso devemos escolher o mecanismo mais muito simples (dentre os que explicam bem algum fenômeno) independentemente da frequência do fenômeno: fenômenos raros ou comuníssimos devem ser explicados por mecanismos tão simples quanto possível. No entanto, tão simples quanto possível não quer dizer que seja intrinsecamente simples, apenas que é relativamente mais simples do que alguma outra explicação alternativa. P.e., a produção de biomassa com o uso da energia solar é algo extremamente comum em nosso planeta, porém o fenômeno da fotossíntese é bastante complexo.

"Além do fator relacionado à distância, o estudo determinou também que a reprodução só ocorre quando os indivíduos têm um certo grau de semelhança genética."

Na verdade o estudo parte da premissa de que indivíduos só se reproduzem com outros geneticamente similares. Basta dar uma olhada na descrição do método:

"We used agent-based simulations in which agents identified by geographical location and genotype undergo sexual reproduction in pairs limited by geographical and genetic proximity. Each offspring replaces a parent and differs in genotype according to genetic inheritance from both parents, with crossover and mutation, and in geographical location by dispersal. According to tests of multiple model variants, including parameter variation, sequential and synchronous mating, hermaphroditism and two sexes, single or multiple crossovers, direct assortative mating and separate fitness and sexual selection genetic components, our results apply quite generally, with the key properties needed being the limitations on spatial and genetic distances of mating." (Aguiar et al. 2009 [3])

Tampouco faria sentido um estudo tentar demonstrar que a distância genética leva a um isolamento reprodutivo, seria como um estudo atual tentar demonstrar que plantas fazem fotossíntese. Qualquer primeiranista do ensino médio sabem que indivíduos se reproduzem com indivíduos geneticamente similares. E a leitura do parágrafo seguinte da reportagem da Agência Fapesp confirma:

'Além da distância espacial, há também uma distância genética crítica. O que mostramos é que, se a distância espacial ou genética for muito grande, não há formação de novas espécies. Existe uma região de parâmetros na qual a especiação ocorre e uma outra na qual não ocorre', disse."

Então o que o estudo mostra é que a especiação ocorre somente quando os indivíduos se acasalam com outros indivíduos geneticamente similares (vide figura 2 do estudo de Aguiar et al. 2009 [3]).

Em relação ao estudo, o que se pode contestar um tanto é em relação à limitação geográfica do acasalamento. Isso elimina a migração entre populações distantes (o estudo até contempla aves migratórias, mas com reprodução restrita ao local de nascimento) - e estudos teóricos demonstram que a ocorrência de uma pequena taxa de migração é o suficiente para impedir a diferenciação entre populações de outro modo isoladas: daí a ocorrência de espécies cosmopolitas como a humana, as baratas, os ratos de esgoto, pardais e outras pragas. De fato, pelo estudo, quando o parâmetro geográfico tem seu valor aumentado, deixa de se observar especiação.

Não deixa de ser um estudo interessante de todo modo. E, para nós, é importante, pois se trata de mais um cientista brasileiro emplacando trabalho em uma publicação conceituada.

[1] Wright, S. 1938. Size of population and breeding structure in relation to evolution. Science 87:430-1.
[2] Wright, S. 1943. Isolation by distance. Genetics 28: 114-38. Disponível aqui.
[3] Aguiar, MAM. et al. Global patterns of speciation and diversity. Nature 460: 384-8. doi:10.1038/nature08168

Upideite (30/jul/2009): ainda sobre a migração; o trabalho, como dito, limita migração, mas organismos reais migram, migram e se especiam (aqui sob a intervenção da seleção natural ou da pressão de mutação superando o fator de homogeneização); mas o modelo ainda assim funciona; isto é, usam uma premissa sabidamente não realista (organismos não migram) e obtêm um resultado que se ajusta ao observado; esse é um ponto intrigante para se analisar.

3 comentários:

Osame Kinouchi disse...

Provocando...

Do abstract: We found simulated time dependence of speciation rates, species–area relationships and species abundance distributions consistent with the behaviours found in nature1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13. From our results, we predict steady speciation rates, more species in one-dimensional environments than two-dimensional environments, three scaling regimes of species–area relationships and lognormal distributions of species abundance with an excess of rare species and a tail that may be approximated by Fisher's logarithmic series.

Acho que é esse conjunto de previsões quantitativas, em vez de apenas explicações tipo "just so stories" dos modelos verbais biológicos, que faz a diferença...

Talvez no News and Views referente a este artigo, e na palavra do Editor também, a novidade do artigos seja melhor especificada...

none disse...

Salve, Kino,

Não se trata apenas de modelos verbais. Wright desenvolveu todo um modelo matemático - e mais elegante, posto que analítico e não por meio de simulação. Claro que em ambos os casos o ajuste dos parâmetros é ad hoc (ou post hoc): não existirá um modelo universal em biologia.

Não estou desfazendo do trabalho de Aguiar e colaboradores, claro que tem qualidades (do contrário nem seria aceito em uma revista, muito menos em uma Nature). Só não me parece que seja um novo mecanismo.

Se bem que tudo é apenas variação do mesmo tema: redução do fluxo gênico. Seja por barreira, seja por distância, seja por seleção...

[]s,

Roberto Takata

none disse...

Do News and Views:
"A fundamental understanding of biodiversity requires a theoretical framework based on a restricted set of verifiable hypotheses. An example of such an approach is neutral theory — presented in 2001 by Hubbell7 — which predicts patterns of organisms that agree well with observational data. [...]

In the new paper, de Aguiar et al.3 present computer simulations of a specific neutral model of dual diffusion along with the process of sexual reproduction. Previous approaches took into account diffusion in real space and postulated the appearance of new species through mutation without explicit consideration of the evolution of the genetic codes of the breeding organisms. In the simulations, de Aguiar et al. observe the spontaneous emergence of species, a group of individuals with genetic codes occupying a sub-region of the whole genome space, living in a sub-region of the space available to the community. This dual segregation arises from the double constraints on the difference in the genetic codes as well as the spatial distance between prospective mates, and does not require the presence of a geographical barrier. The average distance between a randomly chosen pair of points in a community of fixed size is higher in lower spatial dimensionality; consequently, segregation is easier in lower dimensions and leads to greater species diversity.

Remarkably, the results of the simulations, with many adjustable parameters, are in good accord with a variety of observed patterns. Examples of such patterns are the constant rate of speciation observed in the fossil record; the higher diversity of freshwater ray-finned fishes than of their marine counterparts; the species–area relationships of birds, flowering plants and tropical-forest trees; and the relative species abundance of birds and forest trees.
[...]
Among other lines of investigation, what is needed next is work along two fronts: the development of analytically tractable models that include the innovations introduced by de Aguiar et al., and careful analysis of field data to assess whether the underlying assumptions of the simulations are valid. The journey towards understanding biodiversity will be a long one, but it is encouraging that we are at least taking steps down that road."
http://www.nature.com/nature/journal/v460/n7253/full/460334a.html
-----------

Ainda acho que estão subestimando Wright... Sewall, o geneticista, não os do avião.

[]s,

Roberto Takata

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