Evolução: ortólogos e parólogos.

A hemoglobina humana é composta por quatro sub-unidades formando um tetraedro. Nos adultos, duas são do tipo que designamos α e duas β. Em cada sub-unidade há uma porfirina, uma pequena “bolacha” molecular, com um átomo de ferro que se pode ligar a uma molécula de oxigénio. Quando uma molécula de O₂ se liga ao átomo de Fe essa sub-unidade deforma-se e altera a conformação das outras com as quais está em contacto, aumentando a afinidade destas por O₂. O resultado é que assim que a hemoglobina liga uma molécula de O₂ rapidamente apanha as quatro que pode ligar. Inversamente, se estiver num meio com pouco oxigénio, ao libertar uma molécula de O₂ a afinidade diminui e logo despeja todas as que carrega. Esta resposta às variações na concentração de O₂ faz da hemoglobina um excelente transportador de oxigénio.



Como as sub-unidades α ou β, sozinhas, não conseguem interagir da forma correcta, parece difícil que algo como a hemoglobina possa surgir pela acumulação gradual de pequenas mutações. Mas a semelhança destas sub-unidades da hemoglobina, entre si e com a mioglobina, ajuda a esclarecer o mistério. A mioglobina é composta apenas por uma unidade proteica. Sem a interacção das várias partes a sua resposta à concentração de O₂ é linear, melhor para armazenar oxigénio que o tudo-ou-nada da hemoglobina. Podia funcionar como transportador de O₂ também, à falta de melhor, mas seria menos eficaz. É por isso que temos mioglobina nos músculos e hemoglobina no sangue.

A semelhança entre estas proteínas mostra um caminho possível para a sua evolução. Os genes para a mioglobina e os dois tipos de sub-unidade da hemoglobina descendem de um único gene ancestral. Erros na replicação do ADN de antepassados distantes terão duplicado genes criando cópias capazes de evolução independente. Ao longo das gerações estas terão sofrido mutações aleatórias que foram posteriormente seleccionadas pelo seu efeito no sucesso reprodutivo dos organismos. Por exemplo, por interagirem e criarem proteínas de transporte mais eficientes.

E temos ampla evidência disto. A hipótese que a hemoglobina evoluiu assim dá previsões muito restritivas acerca das relações que podemos observar entre estes genes. Por exemplo, a diferença entre as cadeias α e β indica que estes genes divergiram há cerca de 450 milhões de anos, pelo em todos os mamíferos que tenham estes genes as suas diferenças terão de ser semelhantes. É o que observamos nestas e também quando as comparamos com a mioglobina, outras cadeias da hemoglobina e até outras variantes em plantas e bactérias que descendem de um gene ancestral mais antigo (1).

Estes padrões são evidência muito forte. É o que observamos na homologia morfológica também. Duas estruturas são consideradas homólogas quando há evidências de descenderem de uma estrutura ancestral num antepassado comum. Por exemplo, a asa do morcego, a barbatana do golfinho, a pata do cão e a nossa mão. Podemos ver como as semelhanças e diferenças acompanham outras características agrupando as espécies perfeitamente numa árvore de família, algo extremamente improvável se tivessem uma criação independente. Não conseguimos fazer árvores filogenéticas com os objectos que nós criamos, por exemplo, precisamente porque estes não surgem por descendência e modificação e, por isso, não têm estas correlações entre as suas características.

A evolução de estruturas anatómicas está também confirmada nos fósseis, com muitas formas intermédias bem conhecidas e documentadas. Na evolução molecular este registo é muito limitado. Podemos ver como eram os esqueletos de contemporâneos dos antepassados das baleias ou dos cavalos mas sequenciar genes tão antigos será difícil. No entanto, o registo fóssil não é a evidência principal para a evolução. Mesmo sem fósseis seria mais que evidente que somos todos parentes pela comparação de espécies vivas. E a evolução molecular dá-nos duas formas independentes de homologia como evidência.

Os genes da hemoglobina de humanos, chimpanzés e golfinhos são ortólogos. Descendem de um gene ancestral e divergiram porque essa população ancestral se dispersou em linhagens diferentes, cada uma acumulando mutações diferentes. Mas os genes da hemoglobina e da mioglobina humana são parólogos. São diferentes porque a duplicação de genes formou várias linhagens de descendentes do mesmo gene ancestral que persistiram na mesma linhagem de organismos. Por isso a nível molecular temos duas árvores de evolução entrelaçadas pelas duplicações de centenas de milhares de genes e pela dispersão de milhões de populações.

A teoria da evolução é a única explicação que temos para este entrelaçado. Nenhuma outra hipótese consegue explicar em tal detalhe as intrincadas relações entre os genes que observamos nos organismos de hoje. Apesar do que apregoam os proponentes da criação por milagre, nenhuma outra hipótese sequer chega lá perto.

1- Hardison, 1998, Hemoglobins from bacteria to man: evolution of different patterns of gene expression, The Journal of Experimental Biology 201, 1099–1117 (1998).

Editado a 8-7. Obrigado ao Zarolho pelo olho para as gralhas.