A Rainha e o Sexo

Luiz Max Fagundes de Carvalho,
Setor de Epidemiologia de Doenças Infecciosas, UFRJ.

O sexo faz parte de nossas vidas de diversas e profundas formas. Ao mesmo tempo em que gera a vida, é alvo das mais acirradas polêmicas nos âmbitos moral e ético. Em diversas culturas é tido como um ritual, um evento divino em que homem e mulher se tornam um só para trazer ao mundo um novo ser humano. É visto nos animais como um instinto inexorável na busca do objetivo último da existência: a perpetuação da espécie.

A idéia de sexo está diretamente associada à reprodução. Contudo, nem sempre sexo resulta em reprodução. Se considerarmos que é preciso que o número de indivíduos aumente ao final do processo reprodutivo, nem sempre há reprodução quando há sexo. Bactérias e ciliados praticam uma modalidade de sexo não reprodutivo, na medida em que apenas trocam material genético. No entendimento da biologia moderna, o sexo é a atividade caracterizada pelo intercâmbio de material genético entre indivíduos. Há seres que se reproduzem sem este intercâmbio, isto é, apenas dividindo-se (reprodução assexuada), outros misturam material genético durante a reprodução (reprodução sexuada).

Conjugação Bacteriana

Esquema do sexo em bactérias, também chamado conjugação (fonte: Wikimedia Commons)

Observando a natureza, porém, constatamos que o sexo é de longe a forma de reprodução mais disseminada entre os seres vivos atuais. Isso é espantoso, já que o sexo é um processo oneroso para o indivíduo que o pratica como forma de reprodução. Para entender porque, imaginemos que uma fêmea pode gerar sozinha um filho – que terá todos os seus genes –, ou contribuir com metade de seus genes para a formação de um novo indivíduo. Se concordarmos que o “objetivo” da fêmea é passar o maior número de genes para a próxima geração, a melhor opção se torna óbvia. A fêmea que escolher gerar um filho com apenas metade de seus genes pagará o custo dobrado pela opção sexual¹.

A sua quase universalidade, a despeito da desvantagem intrínseca, sugere que o sexo tem de concederalguma vantagem valiosa àqueles que o usam. Mas qual? Várias teorias foram desenvolvidas para explicar o aparente paradoxo do sexo. Uma delas argumenta em favor da seleção de grupo. De acordo com essa teoria, grupos que realizassem reprodução sexuada teriam vantagem na competição com outros, na medida em que evoluiriam mais rapidamente – e se extinguiriam menos -, já que teriam maior diversidade genética.

O argumento apesar de coerente não é convincente. Isso porque há diversos seres, como afídeos, plantas e rotíferos que podem se reproduzir tanto sexuada quanto assexuadamente. Desta forma, o sexo tem de ser vantajoso para o indivíduo, do contrário uma população que realizasse apenas reprodução sexuada seria facilmente invadida por variantes que se reproduziriam assexuadamente, aumentando a freqüência dos genes destes últimos nas gerações seguintes. Como se pode perceber, a seleção de grupo no sexo não constitui uma estratégia segura a longo prazo, isto é, não é uma estratégia evolucionariamente estável².

Outras duas teorias procuram mostrar as vantagens do sexo. São elas: a teoria mutacional do sexo e a hipótese da Rainha Vermelha (ou Rainha de Copas), cunhada por Leihg Van Valen em 1973, que foi a inspiração para o título deste texto. A teoria mutacional – proposta por Kondrashov em 1988 – diz que a vantagem do sexo para as fêmeas a curto prazo seria a de diminuir o número de mutações deletérias na prole. Essa tese é convincente, porém apenas quando assumimos que a taxa de mutações deletérias é alta. Infelizmente os dados quanto a essas taxas ainda são conflitantes³. Além disso essa hipótese deixa no ar a dúvida de como seres assexuados lidam com o acúmulo de mutações deletérias*.

A explicação mais sólida para o sexo vem do estudo da coevolução antagônica entre parasitas e hospedeiros. Essa perspectiva se encaixa exatamente num ponto que ainda não analisamos: a influência do ambiente no processo evolutivo. Se o ambiente fosse pouco variável não haveria justificativa para o sexo porque a variabilidade genética que ele traz não constituiria uma vantagem sensível. Porém, se o meio estivesse em constante e rápida transformação, faria sentido combinar uma parte do genoma com um parceiro para aumentar as possibilidades de adaptação e sobrevivência da prole. A segunda situação é que mais se aproxima da realidade, e na maior parte dos ecossistemas o elemento mais variável são os parasitas.

Por serem, em sua maioria, estrategistas r, os parasitas tem ciclos de vida curtos e altas taxas de replicação, o que acelera sua evolução. Isso faz deles um elemento extremamente variável do ambiente e força seus antagonistas (os hospedeiros) a modificarem constantemente suas defesas. Numa relação bilateral, o aperfeiçoamento dos sistemas de defesa dos hospedeiros força os parasitas a se modificarem para infectar seus alvos. O tempo de replicação do parasita pode ser bem menor que o do hospedeiro, portanto este ultimo precisa ter opções de rápida variabilidade: o sexo.

Como numa corrida armamentista, cada adversário impõe ao outro condições desafiadoras para a próxima geração. Como conseqüência, temos o equilíbrio entre as taxas evolutivas de parasitas e hospedeiros – exemplo disso é o ajuste do relógio molecular de vírus aos de seus hospedeiros4 -, criando uma espécie de “esteira rolante” evolutiva, em que os participantes correm sem nunca saírem do lugar. E é dessa peculiaridade que vem o nome Rainha Vermelha: do livro de Lewis Caroll, Alice Através do Espelho em que a rainha de copas diz a Alice: “aqui neste país Alice, você precisa correr o máximo que puder para permanecer no mesmo lugar…”.

Alice e a Rainha Vermelha A rainha puxa Alice na incansável corrida para não sair do lugar. (fonte: Wikimedia Commons)

A hipótese da Rainha Vermelha não foi formulada para explicar o sexo, mas sim o comportamento de curvas de sobrevivência de várias espécies expostas a parasitas. William D. Hamilton (1936-2000) explicou que isto podia ser decorrente do potencial de variação genética introduzida pela reprodução sexuada, mesmo com o custo dobrado que ela representa. Ele então juntou fatos que apoiassem sua teoria e formulou modelos matemáticos que apoiassem a hipótese da dinâmica da Rainha Vermelha. Várias de suas publicações mostram fortes indícios de que a luta para escapar à virulência dos parasitas pode ter mesmo dados origem ao sexo.

Desde Hamilton, muitos trabalhos foram publicados mostrando evidencias experimentais da hipótese da Rainha Vermelha, tanto da perspectiva dos parasitas como dos hospedeiros. Joachim Kurtz5, por exemplo, publicou uma revisão em que mostra a dinâmica evolucionária entre tênias, copépodes (um tipo de crustáceo) e o esgana, um peixe parente do cavalo-marinho. No artigo, Kurtz mostra que ovos de tênia gerados por fecundação cruzada têm maior poder infeccioso. Ora, a tênia é hermafrodita, o que significa que pode se reproduzir assexuadamente. Mas como o autor mostra, os ovos competem pelo hospedeiro (apenas um tipo é encontrado infectando o mesmo indivíduo), o que significa que a tênia que se reproduza sexuadamente levará vantagem sobre as outras e aumentará sua prole.

Existem também trabalhos que mostram existir seres que realizam reprodução sexuada apenas quando estão infestados de parasitas. A forte evidência experimental posiciona o efeito Rainha Vermelha para explicar o surgimento do sexo. È bom que se diga, no entanto, que nada está definido e que a literatura sugere que a teoria mutacional pode ser válida em alguns casos. Desta maneira, uma explicação mais completa para um assunto tão complexo quanto a origem e a distribuição taxonômica do sexo talvez deva levar em conta a multifatorialidade.

A evolução do sexo tem sido um quebra-cabeças (e uma dor de cabeça!) para os biólogos há tempos e essa história ainda promete ainda encher muitos livros.

Luiz Max é microbiologista (UFRJ), assistente estatístico no Centro Panamericano de Febre Aftosa (OPAS/OMS), onde pesquisa como aplicar toda sorte de métodos matemáticos e estatísticos aos problemas das ciências da vida. Seus principais interesses científicos são Evolução Molecular, Redes Complexas e Estatística Espacial. Nas horas vagas gosta de não fazer nada, treinar judô e ficar com a namorada. Perfil no ResearchGate (em inglês).
Leituras Recomendadas

O blog Rainha Vermelha, traz dois textos muito bons sobre o assunto e ainda ótimos textos sobre temas diversos relacionados à biologia celular e molecular. O texto Parasitas, evolução e sexo, também é uma boa leitura para quem quiser a visão mais leve e descontraída do genial Sergio Pena. Para os mais técnicos recomendo dois textos de Hamilton: Sexual reproduction as an adaptation to resist parasites (A Review) e Sex against virulence: the coevoluton of parasitic diseases.

 

* Existe uma teoria, a catraca de Muller, que propõe a acumulação irreversível de mutações deletérias nos genomas assexuados. Essas mutações, no entanto, acabam sendo eliminadas através de processos de recombinação.

 

Referências
1- Lewis, W.M. in The Evolution of Sex and its Consequences. Birkhauser Verlag, Basel, Switzerland, 1988.

2- Dawkins, C.R. O Gene Egoísta. 2ed. São Paulo, Companhia da Letras, 2007.

3- Ridley, M. Evolution.3ed. Porto Alegre, Artmed, 2006.

4- Villareal, L.P. Viruses and The Evolution of Life. 1ed. Washington, ASM Press, 2005.

5- Kurtz, J. Sex, parasites and resistance – an evolutionary approach. Deutsche Zoologische Gesellschaft 106 (2003) 327-339.

 

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