A capacidade das samambaias de evoluir “para trás” oferece insights sobre o caminho sinuoso da evolução

Imagine uma fotografia de seus bisavós, avós e pais lado a lado. Você veria uma semelhança, mas cada geração seria diferente de suas antecessoras. Este é o processo de evolução na sua forma mais simples: descida com modificação.

Ao longo de muitas gerações, uma quantidade impressionante de modificações é possível. Foi assim que surgiu a diversidade da vida na Terra.

Esta ideia, porém, tem sido mal compreendida há muito tempo como um caminho que leva numa direção em direção a organismos “superiores” ou “melhores”. Por exemplo, a famosa ilustração Time-Life de 1965 de Rudolph Zallinger, “The Road to Homo Sapiens”, mostra os humanos evoluindo passo a passo, desde ancestrais semelhantes aos macacos até o homem moderno.

Estendendo esta perspectiva para além dos humanos, as primeiras teorias paleontológicas sobre a vida antiga apoiaram a ideia de ortogénese, ou “evolução progressiva”, na qual cada geração de uma linhagem avançava em direcção a formas mais sofisticadas ou optimizadas.

Mas a evolução não tem linha de chegada. Não há objetivo final, nem estado final. Os organismos evoluem por selecção natural actuando num momento geológico específico, ou simplesmente por deriva sem forte selecção em qualquer direcção.

Num estudo recentemente publicado que realizei com Makaleh Smith, então estagiário de investigação na Universidade de Harvard e financiado pela National Science Foundation, procurámos estudar se um modelo unidireccional de evolução reprodutiva sempre se manteve verdadeiro nas plantas. Pelo contrário, descobrimos que em muitos tipos de fetos – um dos grupos de plantas mais antigos da Terra – a evolução das estratégias reprodutivas tem sido uma via de dois sentidos, com as plantas por vezes evoluindo “para trás” para formas menos especializadas.

O caminho da evolução não é linear

As pressões de seleção podem mudar num piscar de olhos e orientar a evolução em direções inesperadas.

Veja os dinossauros e os mamíferos, por exemplo. Durante mais de 150 milhões de anos, os dinossauros exerceram uma forte pressão selectiva sobre os mamíferos jurássicos, que tiveram de permanecer pequenos e viver no subsolo para evitar serem caçados até à extinção.

Então, há cerca de 66 milhões de anos, o asteróide Chicxulub exterminou a maioria dos dinossauros não-aviários. De repente, os pequenos mamíferos foram libertados da sua forte pressão de selecção predatória e puderam viver acima do solo, eventualmente evoluindo para formas maiores, incluindo os humanos.

Em 1893, o paleontólogo belga Louis Dollo introduziu a ideia de que, uma vez que um organismo progride até um certo ponto, não regressa a um estado anterior da mesma forma como evoluiu – mesmo que encontre condições idênticas às que experimentou uma vez. A lei de Dollo, como ficou conhecida, implica que a especialização é, em grande parte, uma via de mão única, com os organismos acumulando camadas de complexidade que tornam impossível a evolução retrógrada.

Embora a lei de Dollo tenha sido criticada e a sua ideia original tenha desaparecido em grande parte do discurso popular, esta perspectiva ainda influencia aspectos da biologia hoje.

As plantas e a marcha do progresso

Os museus muitas vezes retratam a evolução animal como uma progressão em linha reta em direção a estágios superiores, mas não são as únicas fontes desta narrativa. Também aparece no ensino sobre a evolução da reprodução nas plantas.

As primeiras plantas vasculares – aquelas com tecidos que podem movimentar água e minerais por toda a planta – tinham estruturas semelhantes a caules, sem folhas, chamadas telomas, com cápsulas nas pontas chamadas esporângios, que produziam esporos. Os telomas realizavam as duas grandes tarefas das plantas: converter a luz solar em energia por meio da fotossíntese e liberar esporos para produzir novas plantas.

Os registros fósseis mostram que, ao longo do tempo, as plantas desenvolveram estruturas mais especializadas que dividiram essas funções reprodutivas e fotossintéticas. Movendo-se através de linhagens de plantas, desde licófitas portadoras de esporos até samambaias e plantas com flores, a reprodução torna-se cada vez mais especializada. Na verdade, a flor é frequentemente diagramada como o objetivo final da evolução botânica.

Em todo o reino vegetal, uma vez que as espécies desenvolveram estruturas reprodutivas como sementes, cones e flores, não reverteram para formas mais simples e indiferenciadas. Este padrão apoia um aumento progressivo na complexidade reprodutiva. Mas as samambaias são uma exceção importante.

Evoluindo, mas nem sempre para frente

As samambaias têm múltiplas estratégias reprodutivas. A maioria das espécies combina o desenvolvimento de esporos e a fotossíntese em um único tipo de folha – uma estratégia chamada monomorfismo. Outros separam essas funções para ter um tipo de folha para fotossíntese e outro para reprodução – uma estratégia chamada dimorfismo.

Se os padrões de especialização vistos amplamente nas plantas fossem universais, esperaríamos que, uma vez que uma linhagem de samambaias desenvolvesse o dimorfismo, ela não pudesse mudar de rumo e reverter para o monomorfismo. No entanto, usando coleções de história natural e algoritmos para estimar a evolução em samambaias, Smith e eu encontramos exceções a esse padrão.

Dentro de uma família conhecida como samambaias em cadeia (Blechnaceae), encontramos vários casos em que as plantas desenvolveram dimorfismo altamente especializado, mas depois reverteram para a forma mais geral de monomorfismo.

A falta de sementes dá flexibilidade às samambaias

Por que as samambaias podem ter estratégias reprodutivas tão flexíveis? A resposta está naquilo que lhes falta: sementes, flores e frutos. Isto as distingue das mais de 350.000 espécies de plantas com sementes que vivem hoje na Terra.

Imagine pegar uma folha fértil de samambaia, encolhê-la e embrulhá-la firmemente em uma pequena bolinha. Isso é basicamente o que é uma semente não fertilizada – uma folha de samambaia dimórfica altamente modificada, em uma cápsula.

As sementes são apenas uma estrutura altamente especializada num conjunto de características reprodutivas, cada uma construída sobre a anterior, criando uma forma tão específica que a reversão se torna quase impossível. Mas como as samambaias vivas não têm sementes, elas podem modificar o local das folhas onde colocam as estruturas produtoras de esporos.

Nossas descobertas sugerem que nem toda especialização reprodutiva em plantas é irreversível. Em vez disso, pode depender de quantas camadas de especialização as plantas adquiriram ao longo do tempo.

No mundo atual em rápida mudança, saber quais organismos ou características estão “bloqueados” pode ser importante para prever como as espécies respondem aos novos desafios ambientais e às mudanças de habitat impostas pelo homem.

Os organismos que evoluíram em caminhos “de sentido único” podem não ter flexibilidade para responder a novas pressões selectivas de formas específicas e ter de descobrir novas estratégias para mudar. Em linhagens como as samambaias, as espécies podem manter a capacidade de “evoluir para trás”, mesmo após a especialização.

Em última análise, o nosso estudo sublinha uma lição fundamental na biologia evolutiva: não existe uma direção “correta” na evolução, nem uma marcha em direção a um objetivo final. Os caminhos evolutivos são mais como teias emaranhadas, com algumas ramificações divergindo, outras convergindo e algumas até voltando sobre si mesmas.