jueves, julio 12, 2007

Função, adaptação e genes

O conceito de função em filosofia da biologia, em geral, recebeu dois tratamentos:

1. um tratamento etiológico à la Larry Wright e Karen Neander, onde a função de uma estrutura é o efeito pelo qual ela foi selecionada.

2. um tratamento sistêmico à la Robert Cummins, onde a função de uma estrutura é o seu papel no sistema vivo.

Creio que é pertinente manter clara esta distinção, principalmente porque a definição selecionista limita o uso do termo função. ¿Se afirmo que a função do coração é bombear sangue para o corpo estou dizendo que o coração foi selecionado para bombear sangue? Não! Eu quero dizer que o coração participa da manutenção do sistema bombeando sangue. Estou descrevendo seu papel no funcionamento do sistema, não sua origem. Quando falo na função do coração, eu me refiro ao conceito de organismo, de sistema autopoiético, de seres cujas partes são ao mesmo tempo meio e fim, como diria Kant. Função não é sinônimo de adaptação.

As duas noções se referem a domínios diferentes. A função sistêmica se refere à fisiologia do organismo. A função selecionista se refere à relação do organismo com o seu meio. Isto fica claro se lembrarmos que a noção de função precede em mutio à Darwin e a seleção natural ( a descrição do sistema circulatório e o papel do coração por W. Harvey foi feita no século XVII)

No caso do DNA, portanto, o que seria uma sequência de DNA funcional?

Selecionalmente, seria uma sequência cujo efeito foi selecionado. Deste ponto de vista, é empiricamente improvável que a maioria das variações na sequência de DNA sejam seletivamente funcionais, pois o efeito fenotípico do DNA é local e espacialmente contextualizado. Como selecionar uma sequência de α-tropomiosina se a proteína por ela produzida depende do contexto celular?



Sistemicamente, a função de uma sequência de DNA é seu efeito no funcionamento do sistema. Se modificarmos uma base nucleotídica e esta modificação alterar a estrutura de uma proteína, podemos dizer que a função daquele gene ou região não-codificante era produzir aquela proteína. Mas dizer que aquele gene foi selecionado para produzir aquela proteína é muito diferente!

A confusão surge quando se combina o conceito de gene clássico com o conceito de gene contemporâneo (Griffiths e Neumann-Held, 1999; Sterelny e Griffiths, 1999; Gilbert, 2000; Moss, 2003). O gene clássico, como definido pela Teoria do Gene de T. H. Morgan e utilizado pela genética de populações era uma unidade no cromossomo que causava um fenótipo. Neste caso, a função seletiva e a função sistêmica coincidiam. Mas a concepção de gene molecular contemporânea não permite esta coincidência. O gene molecular contemporâneo é uma estrutura que participa da dinâmica celular (ver imagem ao lado). Ele não é uma entidade que determina uma característica fenotípica. Igualar o gene clássico à uma seqüência de DNA levou â infame teoria do gene egoísta.

Portanto, uma seqüência de DNA contemporâneo, pós-genômico, pode possuir uma função sistêmica. Eu posso descrever a função de uma seqüência na manutenção da dinâmica celular (embora isto não parece ser o que ocorre na maioria dos casos. Por exemplo, em C. elegans 90% dos genes knockouteados não tiveram efeitos detectáveis).



Mas a atribuição de uma função seletiva a uma seqüência de DNA deve ser feita com muito mais cuidado. Em raros casos, podemos atribuir uma variação fenotípica diretamente à uma variação nucleotídica, estando assim sujeita a uma possível seleção. Não existem genes para o olho branco da Drosophila de Morgan. Existem vias biosintéticas que levam a pigmentação ou não do olho. Algumas vezes uma mutação no DNA faz toda a diferença nesta via. Muitas vezes, NO!

Por último, nos casos em que a variação nucleotídica é fenotipicamente perceptível e, portanto, tem influência na relação do organismo com o meio, resta discutir se ela surgiu por seleção ou não. Mas isto, infelizmente, poucos filósofos se atrevem a discutir...

Gilbert, S. F. Genes Classical and Genes Developmental: The Different uses of Genes in Evolutionary Syntheses. In: P. J. Beurton, R. Falk e H. J. Rheinberger (Ed.). The Concept of the Gene in Development and Evolution. Cambridge: Cambridge
University Press, 2000.

Griffiths, P. E. e E. M. Neumann-Held. The Many Faces of the Gene. BioScience, v.49, n.8, p.656-662. 1999.

Moss, L. What Genes Can't Do. Cambridge: Bradford Book. 2003

Sterelny, K. e P. E. Griffiths. Sex and Death: An Introduction to Philosophy of Biology: University of Chicago Press. 1999

17 comentarios:

Emilio Cervantes dijo...

Muy interesante y adecuado a la discusión del post anterior para aclarar conceptos importantes.

1.Neste caso (gene clasico), a função seletiva e a função sistêmica coincidiam.

No es cierto siempre, puede haber numerosas excepciones. Un gen que se descubre por técnicas genéticas (mutagénesis y clonación) y se nombra de acuerdo con una función, resulta que luego puede tener otras funciones adicionales. No sabemos cuál sería la función "selectiva", probablemente una de ellas, pero no es seguro. Puede haber sido otra. Por ejemplo, el receptor de etileno, etr1, se encontró en experimentos de mutagénesis buscando respuestas anómalas de la planta al etileno. luego se ha encontrado también que la proteina ETR1 interviene en la regulación por radicales libres. Hay más ejemplos, pe factores de transcripción que tienen otras funciones.

2. o efeito fenotípico do DNA é local e espacialmente contextualizado. No es tan claro.
Que sea local y espacialmente contextualizado es decir poco. Admitiendo esto, puede todavía haber funciones inesperadas, pe en relación con el tamaño y la forma celular.

3.Por último, nos casos em que a variação nucleotídica é fenotipicamente perceptível e, portanto, tem influência na relação do organismo com o meio, resta discutir se ela surgiu por seleção ou não. Mas isto, infelizmente, poucos filósofos se atrevem a discutir.

Pienso que el DNA debe poder estar constantemente checkeando las condiciones del medio y cambiando en consecuencia. Creo que hay experimentos que indican en esta dirección y me parece que ya hay algún ejemplo en bacterias en el que retrotransposones dirigen una mutación en respuesta al ambiente (tendría que buscarlo). Esto sería Lamarkismo?. Interesa?

Sanders dijo...

Chico, que interesante, tienes la referencia del concepto sistémico de función de Robert Cummins???? Porfavor!!!

Un rasgo adquirido puede pasar a ser heredado, pero no es una ley universal ni mucho menos un mecanismo que imprima experiencias en el ADN. Es algo que sólo puede suceder si la variación genética y la variación ambiental pueden gatillar un mismo cambio fenotipico, y que puede suceder tanto en un sentido como en el otro, es decir: sucede también en la evolución que un caracter heredado pasa luego a ser ambientalmente flexible. Nuevamente, sin que se trate tampoco de una ley general.
Esto dista de ser lamarckismo, además porque el lamarckismo es un esquema funcionalista-progresista que contempla la continua generación espontánea de nuevos linajes.

De acuerdo a Maturana y Mpodozis, la herencia es un fenómeno sistémico, en el cual se repite un fenotipo ontogénico tras cada reproducción, y que se hace posible debido a que se conservan ciertos aspectos de la estructura incial que resulta de la reproducción, y ciertos aspectos del medio, sin que el fenotipo sea una suma de ambos, sino una interacción que emerge instante a instante entre dinamicas independientes: la interna del organismo, y la propia del medio, intersectadas en el nicho y la conducta (modo de encuentro del ser vivo con el medio). El fenotipo es el resultado de un proceso sistémico-histórico que no puede ser reducido ni a la estructura inicial, ni al medio, ni tampoco a una suma simple de ambos.
Lo que esto implica es que existe mayor independenciade lo que se reconoce entre los cambios sufridos por el genotipo (estructura incial) y los cambios sufridos por el fenotipo. Esto permite entender por ejemplo los casos en que un mismo fenotipo puede obtenerse a partir de genotipos diferentes.

Hay sistemas de herencia epigenéticos que permiten heredar rasgos conductuales. Los más evidentes permiten que una experiencia se repita en la generación siguiente, por una concatenación cíclica de aprendizaje asociativo, bien documentado en insectos y vertebrados.
Lo interesante es que instalar el cambio no requiere de ningún cambio genético, no es una "retroalimentación de información a los genes"

Chico dijo...

1."No gene clássico a função seletiva e a função sistêmica coincidiam"

Coincidiam porque o gene era definido justamente por sua função. O gene era uma entidade definida como um rasgo que se segregava mendelianamente. A relação era um gene-um rasgo

Por outro lado, o gene molecular é definido por sua estrutura e por sua função molecular (produzir uma proteína ou um RNA). Ele é indefinido em relação a um rasgo.

O ETR1 é um gene molecular e não devemos esperar que ele tenha uma função seletiva. O mesmo vale para sonic hedgehog, noggin, TGF, BMP, etc.

Pergunto: o ETR1 foi selecionado para ser um receptor de etileno, ou esta é uma função que eu atribuo a ele na manutenção da autopoiese? Existiam dois tipos de plantas, uma que tinha ETR1 e outra que não e a primeira foi selecionada? Ou melhor, havia plantas com um alelo ETR1 que reagia mais eficientemente ao etileno do que outro alelo ETR1 de outras plantas e as primeiras foram selecionadas?

Creio que este tipo de pergunta não faz muito sentido.

Afinal, faz sentido dizer que um fator de transcrição foi selecionado? Faz sentido dizer que um gene da família BMP foi selecionado? Eles estão conservados em vertebrados e Drosophila (Dpp) e lhes são atribuídos dezenas de funções. Faz sentido dizer que um tipo de BMP4 foi selecionado porque ele permitia uma neurulação mais eficiente e por isso as espécies que o possuiam sobreviveram mais, etc...

2. "o efeito fenotípico do DNA é local e espacialmente contextualizado"

Por contexto temporal e espacial incluo tamanho e forma celular.

3. O que quero dizer é que para um rasgo fenotípico eu posso, teoricamente, atribuir uma função seletiva. Por exemplo, a forma da mão ou do dedo é algo que participa das relações do organismo com o meio.
Agora o fato de a mão ou um dedo possuir uma determinada forma e esta forma ter sido historicamente relevante na relação que esta espécie mantém com o meio não implica que ele tenha surgido por seleção.
O fato que uma mão seja usada para segurar ou um dedo para coçar não implica que ele, necessariamente, seja uma adaptação no sentido darwiniano.

Chico dijo...

Falar em Lamarckismo é complicado por isso. É necessário primeiro esclarecer o que se entende por hereditariedade, como Sander o fez.

O Lamarkismo somente é indigesto se limitarmos herança a transmissão do DNA. Mas a herança não é transmissão nem é somente DNA. Ela é uma estrutura inicial (geralmente uma célula) que se re-desarolla, que se re-produz.

Assim, expandindo o conceito de hereditariedade, é fácil aceitar que caracteres adquiridos sejam herdados. Jablonka e Lamb escreveram alguns livros e muitos artigos mostrando exemplos. Um deles: Loops auto-sustentáveis - um sistema em que A causa B e B causa A.
Imagine um gene que por algum gatilho ambiental se tornou ativo. Seu produto é uma proteína que regula ele mesmo, o mantendo ativo. Este gene pode se manter ativo por muitas gerações, sem que haja necessidade do gatilho ambiental inicial. Basta que a proteína continue regulando sua própria produção em um loop auto-sustentável. Este é um modelo simplificado. Segundo Jablonka e Lamb. estes loops geralmente envolvem muitos elementos.

Lamarkismo sem esoterismo! E melhor: podem ser duas células geneticamente idênticas, mas metabolicamente distintas.

Emilio Cervantes dijo...

Bon dia,

Quero facer um comentario para invitar a reflexion. Por favor paciencia y que ninguno se moleste.

Pergunto: o ETR1 foi selecionado para ser um receptor de etileno, ou esta é uma função que eu atribuo a ele na manutenção da autopoiese?

Seleccionado es una palabra moito pericolosa, muy peligrosa, very dangerous word.

En español y creo también en ingles, siempre seleccionar implica un agente, o por lo menos una finalidad o función.

Si usted y yo estamos hablando y a mi me cae un rayo y me fulmina. Usted no diría:

Vaya, yo fui selecionado.

Hay algo oscuro sólo en el uso del término seleccionado con lo que se está invocando un agente seleccionador o, al menos una función.

Ni en elcaso de ETR1 ni en la mayoría de los casos en la naturaleza sabemos tan siquiera si es correcto decir que fue seleccionado, mucho menos por qué. Sí que lo sabemos en seleccion artificial o en ejemplos experimentales.

Tiene esto que ver con nuestra explicación más elemental de las cosas más variadas. A menudo buscamos una causa cuando en realidad podemos encontrar docenas de ellas.

En el concepto clásico del gen si coincidían la función selectiva (no lo sabemos) y la sistémica era sólo debido a nuestra ignorancia de aquellos casos en que pueden no coincidir (cada vez más numerosos e importantes).

Espero no importunar, saludos

Emilio Cervantes dijo...

Esto dista de ser lamarckismo, además porque el lamarckismo es un esquema funcionalista-progresista que contempla la continua generación espontánea de nuevos linajes.

Atención con lo que llamamos lamarckismo. En principio, lamarckismo es herencia de caracteres adquiridos.

Esto no lo entiendo:
"un esquema funcionalista-progresista que contempla la continua generación espontánea de nuevos linajes." Ni creo que Lamarck lo entendiese.

Emilio Cervantes dijo...

Existiam dois tipos de plantas, uma que tinha ETR1 e outra que não e a primeira foi selecionada?

Y como podría yo saber eso??

Ou melhor, havia plantas com um alelo ETR1 que reagia mais eficientemente ao etileno do que outro alelo ETR1 de outras plantas e as primeiras foram selecionadas?


Chico, parece que me hablas de una naturaleza mucho más sencilla de la real. Seleccionado no me gusta nada y menos en un contexto completamente artificial como el que describes.

Chico dijo...

1. ""un esquema funcionalista-progresista que contempla la continua generación espontánea de nuevos linajes." Ni creo que Lamarck lo entendiese.""

Ceio que Lamarck entenderia perfeitamente. Talvez os neo-Lamarckista do fim do século XIX não entendessem.

2. Se um raio caisse em tua cabeça eu não teria sido selecionado. Usted Fueras muerto. Eliminado.

Não uso seleção no sentido vernacular, mas como um mecanismo biológico específico como proposto pelo darwinismo.
Este mecanismo presume que existam ao menos dois fenótipos viáveis, que a variação seja gradual e não direcional. Darwin não disse que uns morrem e outro não. Ele disse que uns deixam mais descendentes do que outros. Duas linhagens sobrevivem. Duas são viáveis. Umas mais do que outras

Por isso, para falar em seleção eu preciso de um modelinho simples como eu propus: Dois tipos de ETR1 viáveis com pequenas diferenças. Eles competem, uns sobrevivem mais, etc.

Não espero que tu saibas a resposta. Nem Miguel Cervantes saberia. Somente o Dr. Pangloss a responderia. Supor que a seleção natural otimizou cada molécula para sua função sistêmica é panadaptacionismo.

Afinal, devo esperar que minha proteína BMP4 seja melhor ou pior do que qualquer outra? Non-sense.

Emilio Cervantes dijo...

Supor que a seleção natural otimizou cada molécula para sua função sistêmica é panadaptacionismo

Claro, Chico, de acuerdo, pero:

Tampoco creo en una función sistémica, puede haber siempre más. El corazón bombea la sangre, cierto, mais puede tener otras funciones por ahora desconocidas. pensar que su función es bombear la sangre nos impide buscar otras funciones, p. e. en relación con los sentimientos,......

Las palabras función y selección llevan a confusión. Una función identificada es sólo parte de la historia. La selección no me gusta nada.

mecanismo biológico específico como proposto pelo darwinismo???

Si tu lees atentamente esto:

Este mecanismo presume que existam ao menos dois fenótipos viáveis, que a variação seja gradual e não direcional. Darwin não disse que uns morrem e outro não. Ele disse que uns deixam mais descendentes do que outros. Duas linhagens sobrevivem. Duas são viáveis. Umas mais do que outras


Te das cuenta de que no es un mecanismo biológico específico. Es la selección en sentido vernacular, aplicada a un modelo de naturaleza sumamente sencillo, más que vernacular, pueril, carente de toda ciencia y anterior a ella. Ya debería estar superado. Si seguimos hablando de selección y aplicándola a modelos sencillos nunca se superará. El primer objetivo puede ser lingüistico, verbal. En vez de hablar de función , decir una función, en vez de hablar de selección, buscar mecanismos verdaderamente basados en el conocimiento científico y que excluyan ese tipo de panadaptacionismo que tiende al diseño y no debe entrar en esquemas científicos.

Chico dijo...

Concordo com ambos

1. Pode haver mais de uma função sistêmica, claro. Pois atribuir uma função é um comentário, um modo de explicar. Se descobrirmos que o barulho do coração possui alguma função (por exemplo, se descobrirmos que o feto necessita escutar o coração de sua mãe para se desenvolver) então diremos: a função do coração é bombear sangue para o corpo e contribuir com o desenvolvimento do feto.

O problema é justamente o contrário: a perspectiva reducioniasta e preformacionista que propoem uma função para cada estrutura.

2. Não creio tampouco que a seleção seja importante para evolução. Pero não creio que não seja um modelo científico. A seleção é um modelo simples e improvável e se apóia e princípios e pressupostos problemáticos. Mas depreciar modelos como os da genética de populações como não científico não é a melhor maneira de combate-los. Mostrar seus problemas (que são grandes e muitos) sim

Sanders dijo...

No creo que la selección natural sea un concepto tan despreciable desde el punto de vista biológico, se trata de plantearse lo siguiente: si por medio de la selección artificial puedo acumular muchos cambios y al final tener bastante cambio orgánico entre la generación inicial y final, no ocurrirá algo comparable en la evolución? Ocurre que las adaptaciones se originan y perfeccionan gradualmente por una acción acumuladora semejante a la selección, pero impuesta por condiciones ambientales? La respuesta es que no se ha documentado nunca algo así. En la naturaleza la presencia de una continua condición selectiva no provoca un perfeccionamiento de la adaptación con el tiempo, más bien todo sigue igual.

En seres vivos sexuados, es cierto que un cambio de condiciones selectivas puede alterar la composición genética de una población, las combinaciones de genes posibles. Incluso, es concebible que después de un proceso de seleccion puedan surgir nuevos fenotipos, al entrar al repertorio combinaciones que antes eran poco probables, por ejemplo. Ahora bien, nótese que exactamente todo esto podría ocurrir por deriva!!! y no tiene nada que ver con el perfeccionamiento de una adaptación, si bien, siempre limitándose a los sexuados, puede concebirse cierta influencia de la selección sobre la variación fenotípica.

De todas formas para que este debate esté completo, hay que tener en cuenta que hoy en dñia se publican a aalto ivele studiso que afirman que puden inditificar en la secuncia la eviencia de que el gen ha sido positivamente seleccionado...he discutido algo conmigo mismo en el post sobre secuncias con marcas de seleccion positiva...les adviero porque estos estudios son la nuebvs plaga de nustros tiempos y vamos a tener que escuchar muuucho blabla aún sobre esta "selección positiva"
Recuerden que Von Uexkull daba por moribundo al darwinismo, y aquí estamos... no nos vaya a pasar lo mismo.

Emilio Cervantes dijo...

El darwinismo está mais morto que moribundo. El problema es que quien controla los medios: Editores y demas no quieren verlo.

Además selección natural se asocia siempre con éxito y por eso muchos científicos premiados en sus entrevistas hablan de Darwin, con cuyos trabajos el suyo no tiene vinculación alguna.

El exito parte siempre de evitar la complejidad. Si uno admite la complejidad, no progresa.

Emilio Cervantes dijo...

Den un paseo por aquí. Isto es para ir pensando

http://nuevabiologia2.blogspot.com/

Sanders dijo...

Y las arabidopsis tambien tienen metabolismo elevado? y hay diferencias metabolicas entre las cebollas? Nones. Ya dije antes, que no hay correspondencia directa entre tamanio de genoma y rasgos como metabolismo. Esto es facil de comprobar, miren la figura de este post, los mamiferos tienen genomas de tamanio similar al de muchos reptiles pese a que su metabolismo basal es al menos 10 veces mayor.

Que si la previa reduccion del genoma permitio el vuelo? no lo se!! Necesitaria una evidencia, no la mera formulacion de la hipotesis. Ni siqueira un dato semisugerente como por ejemplo, si los murcielagos han reducido tambien su genoma.

Cristian, habria que aclarar la relacion de lo que indicas con el argumento sobre el dna chatarra. Que los insertos virales pueden provocar cambios funcionales es muy bacan: NEATO!! Pero de ahi a agarrase de eso para decir que el dna chatarra no existe, que nunca se puede decir que algo no es funcional...uf. Mal.

Emilio Cervantes dijo...

Si poliploidización implica aumento de tamaño, entonces hay disminución de la relación superficie/volumen y el metabolismo es más lento en la célula. Esto saque yo en claro de leer a D'Arcy Thompson.

No sabemos (al menos yo) lo que pasa con las cebollas. Si polipliodización da células mayores o si no. si las células son mayores, el metabolismo debería ser más lento. Es muy interesante en nódulos de legumninosas y ahí (y también en otros casos) puede que este asociado con una adaptación anaeróbica (esto podría mirarse tembién en las cebollas).

Debemos fijarnos en un caso y no generalizar.

Sanders dijo...

"Debemos fijarnos en un caso y no generalizar"

Así, en general? jeje

Emilio Cervantes dijo...

Sólo es posible generalizar cuando nos hemos fijado en un caso, luego en otro, luego en más,..... luego generalizar. Es la inducción en sentido clásico, pre-experimental.