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Ciência

As origens evolutivas do sexo

A bizarra história de um lagostim que faz clones de si mesmo levanta uma questão: por que, afinal de contas, a seleção natural inventou o oba-oba?

por Bruno Vaiano Atualizado em 6 set 2021, 10h52 - Publicado em 23 set 2019 19h43

Texto Bruno Vaiano | Colagens Gabriela Sánchez | Design Juliana Caro | Edição Alexandre Versignassi


O lagostim-mármore é um crustáceo de 6 cm com oito patas, duas garras e um problema demográfico: toda a população consiste em fêmeas virgens. Isso não as impede de botar dúzias de ovos regularmente, todos contendo bebês. Esses bebês também são fêmeas, que, depois de maduras, vão gerar a própria prole de maneira assexuada. Assim, a população cresce exponencialmente, como um vírus, sem jamais precisar de um macho.

Essa infestação começou em 1995 – quando alguns lagostins da espécie Procambarus fallax, natural dos pântanos da Flórida, foram levados à Alemanha como pets de aquário. Graças a um óvulo ou espermatozoide anômalos, uma fêmea do fallax nasceu triploide, isto é: com três cópias de cada cromossomo, em vez das duas normais. Essa fêmea alcançou a vida adulta e, quando começou a liberar os próprios óvulos, eles também saíram triploides. Como já possuem a carga genética completa, não precisam de pai.

Hoje, vários rios alemães estão tomados pelos clones. Há colônias na Ucrânia e na República Tcheca. Alguns lagostins-mármore vivem na água do sistema de refrigeração de uma usina termelétrica na fronteira da Eslovênia com a Rússia. Levado para Madagascar, o bicho se espalhou sem querer e virou ao mesmo tempo um desastre ecológico e uma fonte de proteína valiosa no combate à fome crônica.

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Gabriela Sánchez/Superinteressante

Esse é um caso raro de partenogênese – termo técnico para a capacidade de uma fêmea de se reproduzir por clonagem, sem que espermatozoides fecundem os óvulos. Além de alguns crustáceos, apenas 22 peixes, 23 anfíbios e 29 répteis são capazes de tal feito. Para comparar, existem aproximadamente 33 mil peixes, 7 mil anfíbios e 10 mil répteis sexuados. Entre insetos a tendência é a mesma: de 380 mil espécies de besouro, só 600 são assexuadas. Entre as plantas angiospermas, que produzem flores, só 0,1% das cerca de 300 mil espécies se reproduz sem fazer sexo. O sexo é muito popular na natureza.

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Apesar disso, o sexo é um problema monumental. Se um animal está adaptado à sobrevivência no seu habitat, é mais vantajoso fazer um bebê clone do que arriscar misturar  genes com os de outro indivíduo – gerando um bebê menos apto. Além disso, o animal corre o risco de pegar uma DST e de ter um filho com uma DST.

Por fim, para atrair parceiros, ele desperdiça tempo e nutrientes em ostentações desnecessárias – tipo uma cauda de pavão, que é custosa e atrai predadores (o mesmo vale para relógios caros e Ferraris). Tudo isso para transmitir só metade dos genes para a prole, e gerar metade dos bebês que uma população assexuada gera – afinal, os machos, que são 50% da população, não engravidam.

Assim, era de se esperar que os assexuados rapidamente superassem os sexuados em número. É seleção natural: quem tem mais descendentes domina o habitat e extingue a concorrência. Na prática, porém, o sexo é claramente o jeito mais vantajoso de se reproduzir; caso contrário, ele seria a exceção, não a regra.

Normalmente, a seleção natural não precisa de muito para favorecer uma característica. Uma capivara que fornece só um pouquinho de cálcio a mais para os dentões ganha uma capacidade ligeiramente maior de roer (digamos, de 2%). Assim, ela come um pouco mais, vive um pouco mais e tem mais bebês. Com o tempo, a população é tomada por bebês de dentes mais fortes. O gene que permitiu esse aumento se torna onipresente.

Favorecer o sexo é outra história, bem mais difícil. O biólogo John Maynard Smith percebeu na década de 1970 que um gene que favorece a reprodução sexuada só consegue se tornar onipresente na população se a vantagem que ele dá for superior ao prejuízo de 50% na fabricação de filhotes causado pela existência de machos. 50% é muita coisa. Se mesmo um traço obviamente benéfico (como dentões) gera uma vantagem de só 2%, o que dizer do sexo, que logo de cara já parece uma ideia tão ruim?

No colégio, aprendemos de maneira bastante genérica que o sexo existe para gerar variabilidade genética. Mas o que essa variabilidade teria de tão especial a ponto de compensar seu preço, tão alto? O sexo, é óbvio, não cria novos genes – só mutações fazem isso. Ele só pode misturar os genes que já existem. E aqui começa a conversa. Será que misturar genes, por si só, é algo tão importante?

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    O efeito Hill-Robertson

    Imagine que você é um gestor de RH e precisa selecionar funcionários para preencher vagas recém-abertas. Você pode criar dois tipos de processo seletivo. Em um, você divide os candidatos em grupos e mantém esses grupos juntos ao longo de todos os testes. Em outro, você sorteia novos grupos a cada prova, para que em cada fase o candidato possa ser avaliado interagindo com pessoas diferentes. O que é mais eficaz?

    A segunda opção, claro. Caso contrário, você corre o risco de não ver um candidato bom brilhar porque ele está em um grupo ruim. Ou de não notar que um candidato é ruim porque ele está em um grupo bom. Ou de não descobrir que dois candidatos ruins sozinhos formam uma parceria perfeita quando juntos.

    Substitua “candidatos” por “genes” e bingo: você entendeu algo chamado efeito de Hill-Robertson. Um animal assexuado faz clones, e clones contêm sempre o mesmo grupo de genes. Isso dificulta o trabalho do gestor de RH, que no caso é a seleção natural (mais conhecida como a morte dos menos aptos). Já animais sexuados sorteiam grupos novos a cada geração, o que permite um filtro bem mais refinado dos genes que devem ficar ou sair. Em resumo, o sexo aumenta a resposta da população à seleção natural.

    Ainda que não pudesse formulá-lo em termos de genes, o primeiro darwinista a propor esse argumento foi August Weismann, em 1887, cinco anos após a morte de Darwin. Ele disse que “o sexo pode ser considerado uma fonte de variabilidade individual, fornecendo material para a operação da seleção natural”. A versão verbal foi formalizada matematicamente pelos geneticistas Ronald Fisher e Hermann Muller na década de 1930. 

    Não é bom à toa

    O sexo dá uma coleção de vantagens matemáticas a populações que molham o biscoito – os efeitos de Hill-Robertson.

    1. Se dois genes vantajosos, A e B, surgem em indivíduos diferentes, o sexo pode juntá-los em um indivíduo excepcional, que tenha tanto A como B.

    2. Se há dois genes deletérios circulando na população, por outro lado, o sexo junta ambos num indivíduo só, que fica bem pouco apto e é eliminado mais rápido.

    3. O sexo também encontra agulhas no palheiro: pega genes que têm potencial, mas estão em indivíduos pouco aptos, e os coloca em contextos genéticos melhores.

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    A Rainha Vermelha

    Nos anos 1970, o biólogo americano George Williams percebeu uma falha lógica em explicar o sexo usando o efeito de Hill-Robertson. O raciocínio vai assim: um comportamento só se espalha por uma população quando tem o efeito imediato de beneficiar seu possuidor. Assim, faz com que ele tenha mais bebês. É uma vantagem de curto prazo.

    O problema é que, matematicamente, o efeito de Hill-Robertson não parecia conferir nenhuma vantagem de curto prazo óbvia para o animal que faz sexo. Aumentar a resposta à seleção natural pode até ser bom para o futuro da população como um todo. Mas para os indivíduos que a compõem, o sexo continua ruim – porque eles ainda precisam suar a camisa para gerar filhotes que carregarão só metade de seus genes.

    Esse deveria ser um caso em que o interesse de quem está vivo agora supera o interesse dos netos que estarão vivos daqui várias gerações. A diferença entre a seleção natural e um gestor de RH é que o gestor sabe que vai colher os frutos de seu processo seletivo só daqui algum tempo; a seleção natural, por ser um mero processo mecânico, não. Ela não trabalha de caso pensado. Resumindo: se todas as vantagens do sexo fossem de longo prazo, ele provavelmente já teria sido vencido pelos assexuados.

    Assim, surgiu uma nova hipótese para explicar o sexo. Uma de curto prazo. Em Alice Através do Espelho, de Lewis Carroll, Alice diz à Rainha Vermelha: “No país em que eu vivo, você geralmente vai parar em algum lugar quando corre muito rápido por muito tempo”. Ao que ela responde: “É um país devagar. Aqui, você precisa correr o máximo que puder só para ficar no mesmo lugar.” Os biólogos adotaram o diálogo como metáfora para a interação entre parasitas e hospedeiros. Todos os anos há um novo vírus da gripe; todos os anos precisamos desenvolver uma nova vacina para combatê-lo.

    Nessa visão, a vantagem imediata do sexo seria a de embaralhar os genes da prole para mudar as fechaduras do sistema imunológico na próxima geração – passando a perna nos parasitas, que ficam com seu jogo de chaves desatualizado. Isso é bom não só para a população, mas para o indivíduo, porque garante que a prole dele sobreviva mesmo que ele morra infectado.

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    Transem por suas vidas

    Embaralhar seus genes com os de outro indivíduo é útil para evitar que parasitas que já infectam você saibam como infectar seus bebês.

    1. Parasitas são como chaves que evoluem para se encaixar nas fechaduras do seu sistema imunológico.

    2. Ao fazer sexo, você embaralha as fechaduras do futuro bebê. Bactérias e protozoários mudam rápido, então é bom trocar as fechaduras a cada geração.

    3. Assim, a função do sexo é gerar mudança pela mudança: o que importa é ser diferente, e não melhor ou pior.

    Curtis Lively, biólogo da Universidade de Indiana, demonstrou a Rainha Vermelha em 1987 com uma população de caramujos em um lago na Nova Zelândia. Entre eles, havia tanto indivíduos sexuados quanto fêmeas partenogenéticas, cada qual ocupando nichos diferentes do mesmo ambiente. Não por coincidência, os sexuados eram encontrados com mais frequência em locais de água parada  – onde estão sempre na companhia dos mesmos vermes trematódeos.

    É que esses parasistas, após tanta convivência com seus hospedeiros na mesma água, já evoluíram para infectá-los com muito mais eficácia que os parasitas de qualquer outro lago.  E a arma que os caracóis têm à disposição para revidar, pelos motivos já mencionados, é o sexo. 

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    Gabriela Sánchez/Superinteressante
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    O sexo é posto à prova

    Embora não haja consenso, tanto a hipótese da Rainha Vermelha quanto o efeito Hill-Robertson se provaram hipóteses viáveis para a manutenção do sexo, defendidas por pesquisadores sérios.

    Os biólogos de hoje têm uma arma nova para testar essas hipóteses: computadores. Eles permitem simular as mudanças no conjunto de genes de uma população fictícia ao longo do tempo. Quais genes aparecem cada vez mais, quais vão sumindo das novas gerações, quais pegam carona com outros genes etc. Sarah Otto, da Universidade da Colúmbia Britânica, é uma bióloga que cria populações de animais virtuais para descobrir exatamente em que condições o sexo é uma vantagem.

    Ela descobriu que mesmo um benefício de longo prazo – do tipo que George Williams, na década de 1970, imaginou não ser suficiente para conter o ataque dos assexuados – pode manter uma população sexuada firme e forte. Para entender por quê, é preciso mergulhar mais fundo na explicação. Imagine que um animal com o gene bom A faça sexo com outro, que tem o gene bom B. Eles terão um filho AB, o que é melhor do que só A ou só B. E esse filho, quando crescer, terá um grande sucesso reprodutivo. Isso é um típico efeito Hill-Robertson: o sexo junta genes bacanas.

    Quando você roda uma simulação considerando poucos genes – por exemplo, A e B –, você descobre que o sexo só é vantajoso em curto prazo se a união desses genes consegue ser ainda melhor do que a simples soma de seus efeitos. Quando 2 + 2 dá 5. Aí a lógica é simples: o sexo, ao servir de cupido para A e B, é transmitido de carona para o filho AB, que é mais apto que os pais. O problema é que tal benefício é algo raro. Geralmente 2 + 2 dá 4. E aí a vantagem do sexo não se manifesta em curto prazo.

    Pelo menos não quando você simula só com A e B. Se você aumentar o número de genes da simulação para 11 – ABCDEF etc. –, algo mágico acontece. Mesmo que todas as combinações de genes possíveis só melhorem as chances de sobrevivência dos indivíduos em longo prazo – digamos, daqui 12 gerações –, a presença de várias combinações de genes bons ocorridas em momentos diferentes do passado significa que os indivíduos vivos na população neste exato momento sempre vão colher agora algum fruto que o sexo plantou lá atrás.

    É como escrever a SUPER: em princípio, não tem vantagem nenhuma começar em janeiro um texto que será publicado na edição de julho. Mas essa vantagem se manifesta em julho, quando o repórter já tem um texto pronto e pode se dedicar com calma aos de dezembro.

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    Gabriela Sánchez/Superinteressante
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    A origem dos sexos

    Ainda há um problema: o sexo é uma boa saída, mas por que existem dois sexos – um deles incapaz de engravidar? Por que as espécies animais não são todas hermafroditas? Woody Allen comentou que “a bissexualidade dobra imediatamente as suas chances de conseguir um encontro no sábado à noite”. De fato, muitas plantas jogam dos dois lados: produzem pólen para fecundar outras flores, mas podem ter suas próprias flores fecundadas. Isso diminui a desvantagem numérica da tática sexuada.

    Para responder por que os sexos existem, primeiro é preciso entender qual é a regra para determinar se um indivíduo é macho ou fêmea. Não é tão simples quanto parece. Os órgãos sexuais humanos são similares aos de mamíferos próximos, como cães. Mas conforme diminui o grau de parentesco evolutivo, diminui também a semelhança anatômica. Não dá para dizer que o macho sempre tem uma protuberância e a fêmea, um orifício. Sapos não têm pênis, e entre os cavalos marinhos, é o macho que carrega os bebês em uma bolsa abdominal. Então por que ele é o macho?

    “A maioria dos biólogos define o sexo masculino como o que produz grandes números de gametas pequenos e móveis, como esperma ou pólen”, explica Brian Charlesworth, da Universidade de Edimburgo. “As fêmeas são o sexo que produz um pequeno número de gametas grandes e imóveis.” Muita coisa é consequência dessa diferença de tamanho. Solucionar a questão de por que existem dois sexos, então, se resume a responder à pergunta de por que existem gametas tão diferentes.

    A resposta mais plausível é de Geoff Parker, da Universidade de Liverpool. Ele argumenta o seguinte: em um contexto em que gametas não têm tamanho pré-definido, os maiores são mais nutritivos e geram embriões mais saudáveis. Assim, se tornam atraentes e são caçados ativamente pelos outros gametas. Nascem os óvulos.

    O problema da mamata é que há quem mame. Logo, surge uma pressão evolutiva no sentido oposto. Alguns indivíduos se beneficiam de produzir gametas pequenos. A ideia é simples: para que investir energia em um gameta gordinho se eu posso fazer gametas bem mequetrefes e me aproveitar dos nutrientes fornecidos pelos gametas gordinhos dos outros? É uma forma de exploração egoísta bastante óbvia. Nascem os espermatozoides. Assim, ou você é o menor e o mais rápido, ou você é o rei momo dos gametas. O meio termo não é muito bom nem em uma coisa nem outra, e desaparece. Por isso existem dois sexos.

    No início, todas as espécies sexuadas provavelmente eram isogâmicas, isto é: produziam gametas do mesmo tamanho, que podiam se fundir com quaisquer outros gametas. “É bem provável, como o próprio Darwin apontou, que esse tenha sido o estado ancestral dos vertebrados”, diz Charlesworth. Dessa forma, qualquer indivíduo conseguia se reproduzir com qualquer indivíduo – o que aumentava bastante as chances de conseguir um encontro no sábado à noite. Até hoje, há fungos que adotam esse sistema igualitário: o Schizophyllum commune tem 23 mil mating types (o equivalente a sexos, grosso modo). O risco dele encontrar um parceiro com o qual não pode se reproduzir é de 1 em 23 mil – em humanos, é de um em cada dois.

    Na época em que todo sexo era como o dos fungos, não existiam machos nem prejuízo: a eficácia da reprodução de uma população sexuada era a mesma de uma assexuada, com bônus da variabilidade. Ou seja: o sexo já foi uma ideia melhor do que é hoje – o que torna sua origem mais fácil de explicar do que o fato de que ele continua existindo agora que o sistema com dois gametas predomina.

    Quanto ao lagostim-mármore, bem… Sua aptidão, no momento, é mais alta que a das populações sexuadas. Assim, ele se multiplica. Com o tempo, porém, seu genoma de clone vai se degradar: mutações deletérias vão se acumular, e as boas não vão se juntar. A Rainha Vermelha também entra no rolo: nada impede que surja um parasita capaz de derrubar todos os lagostins ao mesmo tempo. No fim, ele paga o preço: a previsão é que dure 100 mil anos, um piscar de olhos na escala geológica. Tudo porque o sexo não é só o assunto favorito do ser humano: ele também é o mecanismo de sobrevivência mais engenhoso criado pela seleção natural.

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