Aulas de Biologia do MIT - lendo nas entrelinhas 2

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Nota da Lição:

Muitas proteínas que são fabricadas no interior da celula são destinadas à utilização fora da célula. Isso inclui não apenas dispositivos proteicos que vão desempenhar funções no exterior da parede celular (por exemplo, sensores), mas também aquelas que não se destinam sequer a ser utilizados pela célula que as produziu. Particularmente em criaturas multicelulares são fabricadas proteínas que se destinam a comunicar com, ou a prestar serviços a, outras partes do organismo. Como exemplos temos enzimas digestivas, hormonas e neurotransmissores. A parede celular está projetada para manter o mau fora e o bom no interior. Por conseguinte, para cada item equipado para uso externo deve existir um mecanismo discriminatório que permita a sua passagem ou que transporte esse item para fora da célula.

Os meus pensamentos:

Vamos assumir por momentos que somos um organismo, composto de células, que conseguiu uma mutação espetacular que codifica uma nova proteína que seria uma maravilha para a nossa sobrevivência. Agora as nossa células estão ocupadissimas gerando as ditas proteínas. Mas há um problema: não importa quanta vantagem essa proteína nos daria sobre os nossos pares, pois não vai servir de absolutamente nada se ela não puder obter um passe para deixar a célula e ir trabalhar precisamente onde ela é necessária. De facto, enquanto ela esperasse geração após geração por tal passe (isto é, uma novo portal celular, ou uma alteração num portal existente) ela seria realmente prejudicial para nós, pois a sua construção iria consumir recursos valiosos. Pior, sem evoluirem simultaneamente os mecanismos reguladores as nossas células - talvez cada uma delas - ficariam ocupadas fabricando estas proteínas sem fim. Isto faz lembrar os virus, que tomam controlo da maquinaria da célula (inserindo seus próprios genes no DNA), a fim de fazer cópias de si mesmos de forma contínua. Eles fazem-no até que preencham completamente a célula e esta rebente.

Nota da Lição:

As proteínas são os motores e os materiais de construção da célula. Elas consistem de longas (polipeptídeo) cadeias de aminoácidos, que são em seguida dobradas em intricadas formas equipadas para servir tarefas específicas. A cadeia de polipeptideos média é de cerca de 150 aminoácidos de comprimento, e algumas têm bem mais de 3000 de comprimento. Cada aminoácido poderia ser um de uma variedade de 20 diferentes aminoácidos que são utilizados por todos os sistemas vivos. O dobramento ocorre devido a várias atrações e repulsões químicas e eléctricas que existem entre as diferentes partes da cadeia, e a forma final dobrada depende da forma exata da disposição dos aminoácidos nesta cadeia. As combinações possíveis de uma cadeia de polipeptídeo de 150 aminoácidos de comprimento é de 20 à potência de 150 (20 ^ 150). A enormidade de combinações possíveis para proteínas torna as simulações de computador de dobragens de proteínas uma tarefa monumental. Neste momento, mesmo com os nossos melhores supercomputadores, é impossível prever qual será a estrutura 3D de uma dada cadeia de polipeptídeos, a partir apenas do conhecimento do arranjo dos aminoácidos individuais que compõem a cadeia.

Os meus pensamentos:

Como foi referido, as possíveis combinações de aminoácidos numa proteína média são 20 ^ 150. Isso equivale aproximadamente a 1 seguido por 195 zeros.(Lembre-se deste numero de 196 dígitos para mais tarde.) A título de comparação, o número de átomos em todo o universo é de "apenas" cerca de 1 seguido por 80 zeros. Uma vez que o DNA contém as instruções para essas proteínas, e as instruções do DNA são supostamente adquiridas por meio de mutações, isto significa que aparecer uma proteína funcional é uma questão de probabilidades de estatistica. Mesmo que tivéssemos uma região de um trecho de genes não usados com a qual trabalhar, e limitássemos todas as mutações apenas a esta região do DNA, e tivessemos todas as gerações de todos os organismos que já existiram na terra fornecendo-nos as suas mutações, nunca iriamos chegar a nenhuma das proteínas perfeitamente funcionais que você pode identificar numa célula.

Calma aí... pode dizer o cético. Calcular as probabilidades assim só é aplicável quando temos uma combinação de cartas em mente antes de se distribuir as cartas. Pode haver qualquer número de combinações que poderiam fazer algum tipo de proteínas úteis. A vida pode simplesmente consistir em combinações de poker. Enquanto esta pode em princípio ser uma boa objecção, ela pode encalhar por umas poucas razões.

As leis da física limitam os tipos de sistemas funcionais que estão disponíveis para uso na célula, e as células em si, uma vez formadas, restringem ainda mais as suas próprias opções. Muitas características da vida (incluindo as proteínas), em criaturas que são muito diferentes entre si, são semelhantes se não idênticas na sua forma, e dizem os defensores da teoria da evolução que essas caracteristicas evoluiram independentes numas e noutras criaturas (evolução convergente). Isto sugere que existem formas certas ou melhores de realizar determinadas tarefas. E o facto de muita da vida ter proteinas comuns, e a forma mais complexa de vida ter apenas cerca de 10 milhares de genes, significa que podemos ter um alvo muito pequeno para comparação contra as possibilidades alternativas astronômicas. Assumindo uma alta estimativa de 100 milhões de espécies na terra, e fazendo uma generosa suposição de que 10000 genes em cada espécie são únicos, isso significa que nós podemos deixar cair 12 zeros do nosso numero de 196 dígitos. Uma queda estatística no balde.

Para além disso, em sistemas que são compostos por várias proteínas, o design das proteínas é fortemente condicionado pelas outras proteínas no sistema. Por exemplo, se eu tiver uma proteína "ferrolho", e se espera que o acaso complete o conjunto, apenas alguma forma de proteína "femea" irá servir. Isto significa que para obter pelo menos alguns resultados evolutivos, haverá algumas combinações de poker predefinidas com as quais o acaso terá que lidar.

O cético pode novamente objetar questionando se são ou não absolutamente necessários todos os aminoácidos na proteína para formar a estrutura funcional. Esta seria uma boa objecção, uma vez que algumas regiões são por natureza apenas enchimento e/ou conexões; e, em alguns casos, até mesmo um aminoácido funcional pode ser substituído por outro aminoácido com propriedades semelhantes. Embora isso possa certamente diminuir as probabilidades, não acaba no final por trazê-las para o reino do plausível.

Vamos ser generosos e dizer que só 40 dos aminoácidos são importantes para a nossa proteína média. Vamos ainda compôr mais a nossa generosidade dizendo que existem dois aminoacidos diferentes que podem trabalhar em cada ponto para os nossos 40 essenciais, i.e., uma probabilidade de 1 para 10 em vez de 1 para 20. Portanto, agora as nossas chances de se chegar a qualquer proteína "média" é de 10 ^ 40. Embora sem dúvida, um número melhor do que 10 ^ 195, é ainda inadequado, uma vez que este número ultrapassa ou iguala o número estimado de organismos que viveram no nosso planeta, em toda a história!

Mas não vamos parar aqui. Deixem-me subir a parada revisitando uma das minhas generosas admissões anteriores. As mutações não se limitam a, ou atingem, genes específicos; as mutações são apenas erros cegos que ocorrem no processo que copia todo o pacote de DNA na preparação para a divisão celular. Agora, a maquinaria de replicação do ADN é muito eficiente, mas pode ainda assim cometer aquele erro ocasional. De facto, estamos agora suficientemente avançados nas ciências da genética para se poder dizer que a taxa média de mutação é de cerca de um nucleótido (um "ponto mutação") para cada 100 milhões. Uma vez que há 4 possíveis nucleotídeos para um determinado ponto, isso significa que as nossa chances de se chegar a qualquer mutação especifica é 1 em 400 milhões. E porque a instrução de um determinado aminoácido é composta por grupos de 3 nucleotídeos (um "Codão"), e uma vez que várias combinações de nucleótidos podem codificar para cada um dos aminoácidos, isto significa que muitas vezes precisamos de 2 mudanças de nucleótidos para ir de um aminoácido para outro. Isto compôe as nossas chances de conseguir apenas uma mudança significativa (e possivelmente benéfica) para 1 em 160 quadrilhões, ou seja, 16 seguido por 16 zeros.

Embora isso possa ser atingido por uma grande população bacteriana em questão de décadas, trata-se de um grande problema para criaturas menos numerosas e de reprodução lenta como os mamíferos. Por exemplo, a linha evolutiva humana supostamente divergiu da linha do chimpanze há cerca de 5 milhões de anos atrás. Deixe-me ser tão generoso quanto possível aqui. Se tivéssemos de levar 10 milhões de anos, assuma uma população continua de 100 milhões de primatas, e permita que cada um se reproduza à idade de 10 anos, então estamos a falar de apenas 100 trilhões de candidatos à mutação, ou seja, 1 seguido por 14 zeros. (Nota: você não multiplica estes três valores para se chegar a este número.) É uma magnitude de eventos da terceira ordem a menos do que aquilo que é necessário para igualar as chances de receber apenas uma mutação de 2 pontos! Estamos falando sobre as chances de mudar apenas um único aminoácido aqui, e, sem dúvida, seria necessário que fossem milhares de manifestações ao menos tão significativas como esta para ir de primatas até aos humanos modernos. Para ir para apenas 3 mudanças especificas nos nucleótidos, o que poderia trazer-nos 2 novos aminoácidos (assumindo que um dos dois precisa apenas de uma única mudança nos nucleotídeos), nós atiramos as nossas chances até aproximadamente o número total de mamíferos que já existiram na terra!

Espero que os meus leitores tenham conseguido acompanhar a minha ciência, raciocínio, e estatística, pois creio que estou tratando de uma questão que é absolutamente devastadora para a teoria evolutiva. Diante de tais enormes improbabilidades, os defensores da evolução parecem basear-se apenas no seu pressuposto de que a sua evolução é só um "facto", e, por conseguinte, deve haver algum mecanismo estatisticamente viável para conduzir essa mudança, que ainda está por descobrir. Na minha opinião, é um modo de pensar que eu designaria de "evolução das lacunas". Isto não é simplesmente uma questão de expor os detalhes de uma teoria; isto é fundamental para o mecanismo que é suposto conduzir o processo evolutivo (ou, pelo menos, metade dele). Se não se pode dizer como alguma coisa aconteceu, e que a possibilidade de ter acontecido se encontra dentro do reino das probabilidades, como se pode dizer que aconteceu?

(Texto a azul, de Paul Pruett)

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