Em 1859, Charles Darwin (1809–1882) publicou ‘’A Origem das Espécies’’, que enunciou a primeira teoria completa de evolução por seleção natural. Darwin viu a história da vida como uma árvore, com cada ramificação a representar um anestria comum. As folhas representam espécies modernas e os ramos representam os ancestrais comuns partilhados pelas espécies. Para explicar estas relações, Darwin argumentou que todos os seres vivos estão relacionados e descendem de umas poucas formas ou mesmo só um único ancestral comum, num processo que ele descreveu de "descendência com modificação".
A perspectiva de Darwin foi controversa porque os seres humanos não receberam atenção especial na sua árvore evolutiva: são somente um dos muitos ramos. Apesar de Darwin não ter feito menção a isto explicitamente, o seu amigo e apoiante Thomas Henry Huxley rapidamente apresentou evidências que homens e macacos partilham um ancestral comum. A imprensa da altura interpretou de uma forma errada, dizendo que o homem descendeu de macacos.
A explicação de Darwin sobre os mecanismos de evolução baseavam-se na teoria da seleção natural, desenvolvida a partir das seguintes observações:
- Se todos os indivíduos de uma espécie se reproduzissem com sucesso, a população dessa espécie iria aumentar exponencialmente.
- Tirando flutuações sazonais, o tamanho das populações tendem a permanecer estáveis
- Os recursos ambientais são limitados.
- As características encontradas numa população variam bastante. Numa dada espécie, nenhuns indivíduos são exatamente iguais.
- Muitas das variações encontradas numa população podem ser passadas para a descendência.
A partir destas observações, Darwin deduziu que a produção de mais descendentes do que o ambiente pode suportar leva a uma luta pela sobrevivência, com apenas uma pequena percentagem de sobreviventes em cada geração. Ele notou que a probabilidade de sobrevivência nesta luta não é ao acaso, mas sim dependente da adaptação dos indivíduos ao seu ambiente. Indivíduos bem adaptados irão provavelmente deixar mais descendentes do que os seus competidores menos aptos. Darwin concluiu que a capacidade desigual dos indivíduos sobreviverem e se reproduzirem leva a mudanças graduais na população assim que as características que ajudam o organismo a sobreviver e reproduzir se acumulam ao longo de gerações e as que inibem a sua sobrevivência e reprodução se perdem. Darwin usou o termo "seleção natural" para descrever este processo.
As variações numa população surgem por mutações aleatórias no DNA, mas a seleção natural não é produto do acaso: o ambiente determina a probabilidade de sucesso reprodutivo. O produto final da seleção natural são organismos que estão adaptados ao seu ambiente atual. No entanto, o ambiente está em permanente mudança, mudando as pressões seletivas.
A seleção natural não envolve progressão para um objetivo último. A evolução não progride necessariamente para formas de vida mais complexas, mais inteligentes ou mais sofisticadas. Por exemplo, pulgas (parasitas sem asas) descendem de um ancestral alado de mosca-escorpião, e cobras-cega são lagartos que já não precisam de membros. Os organismos são simplesmente o produto de variações que falham ou tem sucesso, dependendo das condições ambientais da altura. Na verdade, quando o ambiente muda, muitas espécies não se conseguem adaptar e extinguem-se.
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