5.5: Rastreando genomas - Nossa história humana se desenrola

Objetivos de

Ao final desta seção, você poderá:

• Descreva como o mtDNA esclarece as primeiras migrações humanas e explique o modelo Out of Africa.
• Explique como estudar os genomas e a coevolução dos piolhos pode preencher as lacunas atuais no registro fóssil humano.
• Descreva a origem da variação humana a partir de uma perspectiva evolutiva.

Eva mitocondrial

Iniciado em 1990 e concluído em 2003, o Projeto Genoma Humano foi um ambicioso esforço internacional que sequenciou cerca de 99 por cento do genoma humano com uma precisão de 99,99 por cento. Até agora, a genética confirmou amplamente a teoria da Fora da África, que propõe que os primeiros humanos deixaram a África há cerca de 100.000 anos e migraram para diversas áreas do mundo. Quando os primeiros humanos deixaram a África e se mudaram para a Europa, eles não apenas viveram ao lado, mas também cruzaram com espécies não africanas, como os neandertais, que já habitavam a região.

Os antropólogos moleculares têm interesse em determinar quando as populações humanas vivas começaram a divergir umas das outras. Isso tem sido difícil de fazer usando o DNA nuclear porque ele sofre mutações muito lentamente para que acumulações mensuráveis ocorram em 200.000 anos. Muitos dos estudos genéticos que foram conduzidos são, portanto, baseados em material genético transportado nas mitocôndrias (mtDNA), que é transmitido maternamente. Não há recombinação no mtDNA, portanto, a menos que a mitocôndria seja portadora de uma nova mutação, a criança tem exatamente os mesmos genes mitocondriais de seu contribuinte genético feminino (que pode ser sua mãe, doadora de óvulos ou alguém em uma relação genética semelhante). A mitocôndria de cada pessoa viva é uma cópia, modificada apenas por raras mutações, das mitocôndrias transmitidas por descendência matrilinear de uma população em nosso passado antigo. Essa população é conhecida como Eva Mitocondrial ou MtMRCA (ancestral comum mitocondrial mais recente), acredita-se que tenha vivido no sul da África há 100.000 a 200.000 anos.

Conforme discutido no Capítulo 4, quanto mais tempo atrás duas populações compartilham um ancestral comum, mais tempo há para que as mutações ocorram e para que as adaptações e mudanças ocorram. Embora a variação genética seja pequena entre as populações humanas do mundo, ela é maior na África. Isso indica que as populações humanas na África têm a linhagem genética mais antiga estabelecida. Embora existam várias hipóteses sobre as origens humanas e novas evidências possam mudar as visões atuais, o consenso é um modelo fora da África que remonta à descendência matrilinear de uma população que vive na África há cerca de 200.000 anos.

Como o genoma dos piolhos pode preencher as lacunas

Embora talvez não seja um pensamento agradável, os piolhos fazem parte da história da humanidade há muito tempo. Estudar a relação de coevolução entre humanos e piolhos lançou muita luz sobre a história humana. O Dr. David Reed, curador de mamíferos e diretor associado de pesquisas e coleções do Museu da Universidade da Flórida, tem estudado a coevolução de humanos e piolhos, uma área de pesquisa que se desenvolveu apenas nos últimos 20 anos. A pesquisa inovadora de Reed tem o potencial de preencher algumas grandes lacunas no registro fóssil bastante incompleto de humanos e fornece dados importantes que podem ter aplicações em medicina e biologia. Duas perguntas que essa pesquisa já começou a fazer são quando ficamos menos peludos e quando começamos a usar roupas.

Figura 5.31 Existem três tipos de piolhos associados aos humanos: (a) caranguejo ou piolho púbico; (b) piolho corporal; (c)) piolho da cabeça. A coevolução de humanos e piolhos é uma área de pesquisa em desenvolvimento. (crédito: (a) Noizyboy1961/Wikimedia Commons, CC BY 4.0; (b) Janice Harney Carr, Centros de Controle e Prevenção de Doenças/Wikimedia Commons, Domínio Público; (c) Dr. Dennis D. Juranek, Centros de Controle e Prevenção de Doenças/Wikimedia Commons, Domínio Público)

A Figura 5.31 mostra três tipos de piolhos associados aos humanos: o piolho da cabeça (Pediculus humanus capitis), o piolho corporal (Pediculus humanus corporis) e o piolho do caranguejo ou piolho púbico (Pthirus pubis). Os piolhos infestam roupas e depositam seus ovos nas fibras do tecido. Os piolhos da cabeça e do púbico infestam os pelos, depositando seus ovos na base das fibras capilares. Os piolhos humanos da cabeça e do corpo (gênero Pediculus) compartilham um ancestral comum com os piolhos chimpanzés, enquanto os piolhos do caranguejo (gênero Pthirus) compartilham um ancestral comum com os piolhos gorila. Ao rastrear as variações do piolho, os cientistas conseguiram determinar quando o piolho da cabeça e o piolho púbico divergiram, permitindo estimativas de quando perdemos nosso cabelo extra e quando começamos a usar roupas. É interessante notar que a divergência do gênero Pediculus (piolho da cabeça e do corpo) se correlaciona com a divergência da linhagem humana dos chimpanzés há cerca de seis milhões de anos. A pesquisa sobre piolhos também fornece mais apoio ao modelo de migração humana para fora da África. Reed observou que o genoma dos piolhos africanos mostra um maior grau de diversidade genética do que o dos piolhos encontrados em outras partes do mundo, apoiando a hipótese de que tanto os humanos quanto os piolhos existiram primeiro na África.

Muitas hipóteses sobre o que pode ter desencadeado a perda de cabelo em humanos apontam para a termorregulação, a necessidade de controlar a temperatura corporal em condições extremas. Vivendo no calor da savana, os humanos precisavam de um mecanismo de resfriamento para permitir que fossem melhores caçadores. Outra evidência de adaptação ao calor inclui o aparecimento de glândulas sudoríparas, que são mais numerosas em humanos do que em outros primatas. Outra teoria sobre a causa da perda de cabelo entre humanos sugere que foi uma adaptação para controlar parasitas no corpo. As pessoas imediatamente vestiram a roupa depois de perderem todos os pelos extras do corpo? A pesquisa de Reed sugere que o uso de roupas não foi algo que aconteceu rapidamente. Os humanos perderam pelos corporais há cerca de um milhão de anos e não começaram a usar roupas até cerca de 170.000 a 190.000 anos atrás. São cerca de 830.000 anos vivendo em seus trajes de aniversário! Quando os humanos começaram a usar roupas, o piolho corporal adaptou estruturas que permitiam que eles se prendessem às roupas em vez do cabelo.

Figura 5.32 Os humanos perderam a maior parte dos pelos do corpo há cerca de um milhão de anos. (crédito: “Neanderthal” de Eden, Janine e Jim/Flickr, CC BY 2.0)

Perfis em antropologia

Molly Selba

Figura 5.33 Molly Selba (segurando o crânio) liderando uma sessão de estudo. (crédito: Molly Selba, Domínio Público)

História pessoal: Desde a época em que Molly era jovem, ela sabia que queria ser antropóloga.

Ela fez aulas de arqueologia na faculdade comunitária local quando era estudante do ensino médio e frequentou a escola de campo durante o verão. Na faculdade, ela completou uma dupla especialização em arqueologia e antropologia, com especialização em Museus e Sociedade. Mais tarde, ela ganhou experiência trabalhando com diferentes coleções de museus e realizou estágios no Baltimore City Medical Examiner's Office e no Smithsonian Museum of Natural History. Depois de concluir seus cursos de graduação, ela sabia que queria seguir a antropologia como uma carreira em tempo integral e começou a trabalhar para obter seu mestrado e doutorado em antropologia biológica.

Área de Antropologia: Para Molly, a coisa mais interessante sobre a antropologia biológica é a informação que os ossos podem nos contar. Inicialmente, ela estava interessada no que a história da doença poderia nos dizer sobre a vida das pessoas no passado, mas, ao trabalhar com antropólogos biológicos, seu foco mudou para entender como a evolução pode impactar a forma de diferentes ossos.

Ela recebeu seu diploma de graduação da Universidade Johns Hopkins em Baltimore, Maryland, e seu mestrado pela Universidade da Flórida, onde atualmente é candidata ao doutorado. Seus interesses de pesquisa incluem anatomia comparada, morfologia craniana e educação em ciências anatômicas. Ela está mais interessada em como a morfologia craniana varia dentro e entre as espécies e como ela é afetada por fatores como evolução e práticas de reprodução seletiva. Sua pesquisa anterior se concentrou nas diferenças na morfologia craniana em cães criadas por seleção artificial para redução facial. Sua pesquisa de dissertação atualmente se concentra em um estudo comparativo da redução facial em morcegos, primatas e cães.

Realizações no campo: Para Molly, sua conquista mais importante no campo da antropologia foi na educação e na divulgação. Ao longo de seu tempo na pós-graduação, ela esteve envolvida em visitas escolares, trabalhando com professores para facilitar a inclusão da evolução humana nos currículos de ciências existentes. Ela se concentrou especificamente em ajudar educadores a encontrar materiais didáticos que sejam culturalmente inclusivos e responsivos. Ela conduziu vários workshops de desenvolvimento profissional para professores sobre o mesmo tópico e visitou mais de duas dúzias de salas de aula e interagiu com mais de 1.200 alunos nos últimos quatro anos. Tornar a ciência acessível aos educadores do ensino fundamental e médio é uma parte extremamente importante de ser pesquisadora, e ela acredita que todos na academia devem se esforçar para serem comunicadores científicos eficazes.

“Estudar antropologia biológica nos ajuda a entender melhor nossa história de origem como espécie. Isso nos ajuda a reconhecer por que nossa anatomia é do jeito que é, como as mudanças morfológicas podem ocorrer ao longo do tempo e por que temos tanta diversidade de vida na Terra. Ser capaz de reconhecer e identificar nossa anatomia é apenas metade do desafio — o mais importante é entender por que várias características são adaptáveis, como a estrutura se relaciona com a função ou por que os traços anatômicos restantes ainda persistem em nosso corpo até hoje.”

Seleção natural e variação humana: os humanos ainda estão evoluindo?

A variabilidade humana é atribuída a uma combinação de fatores ambientais e genéticos, incluindo status social, etnia, idade, nutrição, qualidade de vida, acesso a cuidados de saúde, trabalho e ocupação, etc. Conforme mencionado no Capítulo 1, a antropologia contribui com muitos insights sobre a construção social de raça e os impactos que as categorias raciais têm na vida das pessoas. O foco neste capítulo é o papel da seleção natural na variação humana.

Várias mudanças estão associadas à era neolítica e ao aumento da agricultura há cerca de 10.000 a 8.000 anos. Muitos observaram que as mudanças durante esse período não tiveram efeitos positivos na saúde humana e ambiental. A hipótese da incompatibilidade evolutiva propõe que nossos corpos são mais adequados aos ambientes em que passamos grande parte de nossa história evolutiva, que são muito diferentes dos ambientes que habitamos hoje (Li, van Vugt e Colarelli 2018).

Os humanos evoluíram por um milhão de anos como caçadores-coletores. Hoje, os corpos humanos ainda estão tentando se adaptar à dieta predominantemente baseada em grãos proporcionada pela agricultura, uma dieta caracterizada por menos diversidade e níveis mais baixos de nutrição do que a de um caçador-coletor típico. A adaptação incompleta a essa mudança tornou as pessoas suscetíveis a uma série de doenças e deficiências nutricionais. A intolerância à lactose é um excelente exemplo. A domesticação do gado e o consumo de leite de vaca começaram durante a era agrícola, não muito tempo atrás na história evolutiva. Atualmente, 65 por cento dos humanos não conseguem digerir o leite de vaca. A cárie dentária (cáries) é outro problema ligado à mudança na dieta associada à agricultura. As dietas à base de grãos e com alto teor de açúcar associadas à agricultura são muito diferentes da dieta dos caçadores-coletores. Nem nossos corpos nem as bactérias em nossas bocas tiveram tempo de se adaptar totalmente a essa mudança.

Outra adaptação que ocorreu durante o Neolítico está relacionada à variação na pigmentação da pele. Humanos que deixaram a África e se estabeleceram na Europa há cerca de 40.000 anos provavelmente tinham pele escura com altos níveis de melanina, o que fornece proteção contra a radiação ultravioleta. Novos dados confirmam que há cerca de 8.500 anos, os primeiros caçadores-coletores na Espanha, Luxemburgo e Hungria também tinham pele mais escura. A pigmentação da pele é uma adaptação à radiação ultravioleta, com tons diferentes oferecendo vantagens diferentes, dependendo da distância do equador. À medida que os humanos migraram para o hemisfério norte, eles foram expostos a menos radiação ultravioleta, o que também significava menos absorção da vitamina D necessária para ossos fortes e outras funções imunológicas importantes. Para compensar essa perda e permitir uma maior exposição à radiação ultravioleta, a pigmentação da pele ficou mais clara.

Outro exemplo de variação humana como resultado da adaptação ao meio ambiente pode ser visto em populações indígenas nos Andes, no Tibete e nas terras altas da Etiópia. Cada um desses três grupos enfrenta o mesmo desafio ambiental, vivendo em um ambiente de baixo oxigênio, e eles responderam com adaptações únicas. Os tibetanos compensam os baixos níveis de oxigênio respirando mais por minuto do que as pessoas que vivem no nível do mar. Descobriu-se que aqueles que vivem em grandes altitudes nos Andes têm maiores concentrações de hemoglobina no sangue do que outras pessoas. Os etíopes que vivem em altitudes de 9.800 a 11.580 pés não têm nenhuma dessas adaptações. A explicação de como os habitantes das montanhas etíopes prosperam em seu ambiente ainda é um mistério.

Figura 5.34 Um vale nos Andes perto de Ollantaytambo, Perú. Descobriu-se que os povos indígenas que vivem em grandes altitudes nos Andes têm maiores concentrações de hemoglobina no sangue do que outras pessoas. (crédito: “Neves dos Andes” de David Stanley/Flickr, CC BY 2.0)

Este capítulo explorou apenas um pouco da imensa diversidade biológica e cultural do gênero Homo. Essa diversidade surgiu em resposta a ambientes altamente complexos e variáveis conectados a fatores como exposição à radiação UV, baixos níveis de oxigênio em grandes altitudes, mudanças na dieta como resultado de práticas agrícolas ou de caça, isolamento geográfico nas populações insulares e variabilidade climática e temperatura. O gênero Homo provou ser resiliente e adaptável em resposta a qualquer ambiente ou desafio que tenha enfrentado. A variação é a chave para a sobrevivência. Embora os cientistas reconheçam que a variação biológica e cultural contribuiu muito para nossa evolução humana, a espécie humana agora está enfrentando um momento em que devemos contemplar uma questão difícil: até que ponto nosso sucesso como espécie comprometeu a sobrevivência de outras espécies e a saúde do planeta que todos chamamos de lar?

Mini-atividade de trabalho de campo

Identifique o fóssil

Imagine que você acabou de descobrir um fóssil de hominídeo com algumas das características listadas abaixo. Escreva cada uma das características em um cartão e misture-as. Em seguida, trabalhando em grupo, decida quais características pertencem ao grupo Homo e quais pertencem ao grupo Australopithecus. Qual nome científico (gênero/espécie) você daria a ele e quais critérios você usou? (Nota: Este é um verdadeiro fóssil de hominídeo!)

• Cérebro semelhante em forma e estrutura aos cérebros humanos modernos
• Mãos adequadas para uso de ferramentas
• Mandíbulas e dentes pequenos
• Terceiro molar maior do que outros molares (encontrado em australopitecinos e em algumas espécies antigas de Homo)
• Crânio em forma mais parecida com H. erectus ou H. habilis
• Uma quilha sagital (como visto em H. erectus) — uma pequena crista elevada no topo do crânio
• Bípede e andou com uma marcha humana
• Pés humanos com arcos e tornozelos
• Lâminas queimadas da pelve (primitivas)
• Caixa torácica larga
• Parte inferior da pelve, como a dos humanos modernos
• Caixa cerebral pequena (EQ 4.5)
• O crânio mostra prognatismo (face protuberante)
• A posição primitiva do ombro sugere adequação para escalar e balançar
• Dedos curvos (o que isso sugere?)

Recursos adicionais

Cronogramas e mapas visuais

O Atlas da Evolução Humana montou um mapa interativo fácil de usar sobre o desenvolvimento do Homo sapiens.

O cronograma interativo de evolução humana do Instituto Smithsonian fornece uma visão geral interativa dos principais marcos e faixas de espécies.

Coevolução de piolhos e humanos

David Reed, curador associado de mamíferos no Museu de História Natural da Flórida, oferece uma explicação de sua pesquisa para o público em geral.

A revista Smithsonian explora as possíveis causas e benefícios da perda de cabelo humana.