Como os seres humanos interferem cada vez mais na evolução de seres vivos

As pequenas manchas cor de laranja pulando poderiam ser pipocas dançando num prato quente. Mas há algo estranho na forma como elas se movem. Miolos individuais giram em círculos apertados. Pares dançam vagarosamente, num pas de deux. Um grupo realiza uma rotação completa no sentido anti-horário antes de se dispersar. Cada colisão provoca um novo movimento. Elas parecem estar se comportando bem.

O que parecem ser miolos de pipocas neste curto vídeo são, na verdade, um enxame de “xenorobôs” microscópicos: robôs vivos bem pequenos, reunidos a partir de células de sapos.

Robôs vivos podem parecer um conceito estranho, mas na verdade os primeiros robôs foram feitos de carne, não de metal. A palavra foi criada em 1921, numa peça do dramaturgo checo Karel Capek. A peça R.U.R., ou Rossum’s Universal Robots, foi um experimento mental na linha de Frankenstein, de Mary Shelley, sobre o desejo de um cientista de criar pessoas artificiais.

“A natureza encontrou apenas um método de organizar matéria viva”, declara Rossum, o cientista em questão. “Existe, entretanto, um outro método, mais simples, flexível e rápido que ainda nunca ocorreu na natureza.”

“Imagine-o sentado sobre um tubo de ensaio e pensando como toda a árvore da vida vai crescer a partir dele”, diz um outro personagem.

No século que se seguiu, no entanto, os robôs se desenvolveram como coisas feitas de aço e fios, em vez de tecido vivo. “A engenharia avançou mais rápido que a biologia”, diz Douglas Blackiston, biólogo desenvolvimental da Universidade Tufts (Estado de Massachusetts, EUA). Mas a biologia está rapidamente recuperando terreno. Blackiston faz parte de uma equipe de cientistas que desenha “xenorobôs”: robôs vivos bem pequenos, construídos cuidadosamente com tecido tirado a partir do Xenopus laevis, o sapo de garra africano.

Os primeiros xenorobôs foram revelados ao mundo no início de 2020: minúsculos cubos formados por células da pele e impulsionados por dois pernas atarracadas feitas de músculo do coração. Eles foram desenhados por um algoritmo de computador e construídos à mão por pesquisadores com o objetivo de fazer com que os xenorobôs andem (numa coincidência agradável, Xenopus significa “pé estranho”). Esses autômatos orgânicos também podem trabalhar juntos para movimentar partículas em seu ambiente – e, diferentemente de robôs mecânicos, eles se autocuram quando se machucam.

No entanto, se a ideia de robôs orgânicos é estranha o suficiente, as coisas ficam realmente esquisitas com a próxima geração.

“Se eu pegasse todas as partes do seu carro e as enganchasse, uma às outras, de forma aleatória, você acharia que ficaria ruim”, diz Blackiston. “Mas a verdade é que a biologia tem muito mais flexibilidade.” Os Xenorobôs 2.0 foram formados a partir de células-tronco extraídas de embriões do sapo e deixadas para se desenvolver sem depender do algoritmo. Independentemente, as células começaram a desenvolver planos corporais inteiramente novos. Cílios móveis, como fios de cabelo, cresceram por toda sua superfície – um elemento geralmente encontrado nos pulmões, mas esses cílios eram mais como membros, batendo rapidamente para permitir que o xenorobô nade através desse ambiente. Neste vídeo, um xenobô navega por um labirinto na forma de um pretzel sem tocar as laterais.

Em vez de produzir um girino, as células-tronco responderam às condições únicas do ambiente do laboratório para construir corpos totalmente diferente de suas origens anfíbias. Eles se juntam sozinhos, espontaneamente, pulando etapas (digamos assim) da evolução.

Na busca de uma forma de melhorar ainda mais o desempenho dos xenorobôs, Blackiston e sua equipe pediram que a inteligência artificial produzisse um desenho melhor. O modelo de IA produziu xenorobôs na forma de pacmans [do antigo jogo de computador], com recuos que parecem bocas. Essa terceira geração tinha mais uma surpresa: ao reunir centenas de células-tronco em suas “bocas”, eles puderam moldar novos xenorobôs (como visto na imagem no alto desta reportagem). Eles haviam, em outras palavras, desenvolvido uma forma de se reproduzir completamente nova, diferente de qualquer coisa jamais vista na natureza.

Futuras gerações podem ser desenvolvidas por meio do desenho dos ambientes com que eles interagem. “Agora que nós estamos entendendo as contribuições ao sistema”, diz Blackiston, “estamos realmente olhando para como podemos fazer com que o ambiente ajude a moldar os designs – dicas químicas, ambientes pegajosos, compressão etc.”

Os xenorobôs são “um organismo imperfeito”, diz ele. Embora cumpram a maioria dos critérios para sistemas com vida, sua reprodução envolve produzir “autocópias funcionais” – montando novas versões que pareçam e se comportem da mesma maneira, mas não sejam idênticas.

Ainda assim, a criação dos xenobôs pode ser considerada um microcosmo de algo que está acontecendo de forma bem mais ampla ao redor do mundo, com organismos respondendo criativamente às pressões impostas sobre eles. Todos os seres vivos estão em constante negociação com seus ambientes, e é essa interação que impulsiona a evolução. No entanto, como os humanos agora dominam quase todo ambiente na Terra, de uma forma ou de outra, um novo fator entrou na equação evolutiva: nós.

Impacto da humanidade

Os seres humanos moldaram os corpos de outras criaturas pelo menos desde que os cachorros foram domesticados, cerca de 30 mil anos atrás. Mas a combinação entre a agricultura industrializada, espécies introduzidas, urbanização, poluição e mudanças climáticas está criando pressões seletivas inéditas. Nós nos tornamos a maior força evolutiva do mundo.

O tempo evolucionário – ao menos para organismos maiores e mais complexos – pode ser lento. Isso deixa muitos animais incapazes de se adaptar rápido o suficiente para lidar com um planeta dominado pelos humanos, com a taxa de extinção hoje em dia até 1 mil vezes maior que a taxa com que espécies poderiam normalmente desaparecer, sem a interferência humana.

Mas mudanças rápidas também são possíveis, por meio de uma plasticidade genômica integrada que permite que animais individuais aproveitem uma série de planos corporais e comportamentos melhor adaptados para novas oportunidades e pressões. As chamadas microevoluções podem acontecer no período de apenas algumas gerações. Talvez o mais famoso exemplo seja a mariposa apimentada, que mudou de um branco salpicado para uma coloração preta, em resposta à fuligem e à poluição atmosférica vinda das chaminés da Grã-Bretanha na época da Revolução Industrial. Pesquisadores da Universidade de Liverpool identificaram a mutação genética que provocou a mudança de cor e calcularam quando ela pode ter ocorrido: em 1819.

A mudança de cor da mariposa apimentada foi observada pela primeira vez em 1878, por um colecionador de borboletas, que compartilhou sua descoberta com o naturalista Charles Darwin. O grande Darwin parece ter ignorado a descoberta, embora posteriormente outros tenham sugerido que ela serviu de evidência para suas ideias sobre seleção natural. O “melanismo industrial” da mariposa apimentada foi, no entanto, um exemplo de seleção antinatural – e era apenas o começo.

Mudanças de traços induzidas por atividades humanas têm sido observadas em animais em todos os continentes, com exceção da Antártica.

Hoje em dia, abelhas-operárias em colmeias industriais – transportadas de fazenda a fazenda pelos Estados Unidos em comboios de caminhões – são um terço maiores que suas primas selvagens e mais dóceis. Nos últimos cem anos, pássaros canoros da América do Norte modificaram o formado de suas asas para lidar com ambientes fragmentados pelo desmatamento – sob pressão da caça.

Elefantas da Zâmbia nascem sem presas. Desde a introdução do sapo-cururu na Austrália, em 1935, originalmente para lidar com infestações de besouros em plantações de açúcar, as bocas de cobras negras encolheram, depois que sucessivas gerações aprenderam a evitar presas do tamanho de sapo, enquanto os próprios sapos tornaram-se canibais, vítimas de seu próprio sucesso como predadores.

Cobras d’água da Papua-Nova Guiné desenvolveram corpos mais escuros e trocaram de pele com mais frequência em resposta a toxinas presente nas águas poluídas com zinco que elas habitam. Uma espécie de mosquito evoluiu para viver apenas nos túneis do metrô de Londres (Inglaterra, Reino Unido) e perdeu sua capacidade de se reproduzir com seus primos que vivem na superfície.

Declínios similares de diversidade genética foram observados em mosquitos nos sistemas de metrô de Nova York e de Chicago, nos Estados Unidos.

Os pássaros calota negra mudaram suas rotas de migração, para o Reino Unido em vez da Península Ibérica, devido a mudanças climáticas, que estenderam o período migratório.

“Nunca houve uma outra espécie que mudou o curso da evolução tão rapidamente”, diz Sarah Otto, uma bióloga evolucionária da Universidade de British Columbia (Canadá). “Darwin ficaria chocado!”

Mudanças profundas

Nem sempre podemos saber as causas de uma mudança específica, diz Otto, se é plasticidade em ação ou o começo de uma cladogênese, em que subpopulações distintas são formadas. Há, porém, suficientes exemplos que envolvem mudanças genéticas para sabermos que algo mais profundo está acontecendo.

“Cisnes que evitam cidades têm uma diferença genética em relação aos que são tolerantes aos humanos”, afirma ela. Ela aponta para a diferença entre os calotas negras que migram para o Reino Unido e os pássaros ainda migram para a Península Ibérica como sendo “muito claramente genéticas”. “Os jovens carregam essa diferença”, diz ela. Mudanças como essa são os primeiros passos para a emergência de novas espécies. “Os mosquitos do metrô de Londres são um exemplo em que nós podemos estar formando um novo nicho e criando novas oportunidades de especiação”, acrescenta Otto.

Eu perguntei a ela se estamos reduzindo as oportunidades para espécies evoluírem por meio da interação com seus ambientes – 36% da superfície seca da Terra é dedicada à agricultura, enquanto ambientes urbanos mundo afora parecem cada vez mais uns com os outros. Um estudo identificou que a massa de plástico é agora maior que toda a biomassa. A biodiversidade está sangrando devido à atividade humana, segundo muitas análises.

“Nós estamos homogeneizando o planeta de algumas formas”, concorda ela. “Por outro lado, estamos fazendo essas mudanças ambientais realmente extremas. Os ambientes humanos são inteiramente diferentes de nossos ambientes agrícolas.”

Locais altamente poluídos, como lagos de resíduos de mineração, representam outros tipo de extremos. O denominador comum somos nós – os seres humanos. A evolução acelerada não chegará nem perto de compensar a crise de extinção, mas produzirá um mundo cada vez mais definido pelas criaturas e plantas que podem conviver conosco. “A evolução é esse processo incrivelmente criativo e não vai parar”, afirma Otto. “Vai continuar a produzir variantes que são mais capazes de nos tolerar.”

Até mesmo micróbios são sujeitos às mesmas pressões humanas, em alguns casos gerando inovação, em outros a inibindo. Fertilizantes agrícolas podem carregar bactérias para novos solos da mesma forma como mexilhões-zebra e outros organismos invasivos viajaram na água dos lastros de navios, diz Otto. Segundo o microbiólogo Michael Gillings, as vastas quantidades de antibióticos lançadas no meio ambiente – até 500 milhões de cópias todos os dias, apenas de fezes de suínos e vacas – são equivalentes a uma espécie invasora, acelerando a taxa básica de evolução microbiana. Ao mesmo tempo, a homogeneização do reino mamífero significa que mais e mais biomassa microbiana é composta dos micróbios de intestino do número limitado de animais que gostamos de comer ou com os quais gostamos de conviver.

Experimento global

A naturalista e apresentadora de TV Gillian Burke dedicou sua vida à observação de comunidades de animais pelo mundo. Eu perguntei a ela que tipo de mudanças ela havia testemunhado. “Eu diria que todo tipo, em todo lugar”, afirmou Burke. “Onde eu cresci, no Quênia, eu me lembro de uma paisagem que parecia bastante fluida, onde a terra e cursos d’água moviam-se em conjunto. Do alto, você pode ver que agora a paisagem tornou-se quadrados e linhas retas.”

Eu perguntei: seria justo dizer que nós transformamos o planeta num experimento gigante sobre como as espécies evoluem? “Para mim, a linguagem é importante porque implica que estamos conduzindo o experimento, mas nós somos parte do experimento”, afirma Burke. “A covid foi ótima para nos lembrar disso. Nós somos a pressão de seleção que provoca as variantes – quanto mais ela circula, mais o vírus sofre uma mutação. Uma vacina é uma nova inovação, mas aí o vírus vem e diz ‘OK, eu vou apenas desviar e fazer alguma outra coisa’. Nós estamos no experimento.”

A maioria das pessoas deve ter percebido mudanças no comportamento de animais durante o confinamento, acrescenta ela. Pássaros canoros em áreas urbanas aprenderam a cantar mais alto para lidar com o tráfego e outros ruídos do ambiente. “Mas o primeiro lockdown foi a primeira vez que as pessoas realmente puderam experimentar isso”, diz Burke. “As pessoas diziam, ‘Oh, está quieto, agora eu consigo ouvir os pássaros’. Mas os pássaros podem ouvir uns aos outros pela primeira vez também!”

Segundo Burke, o comportamento animal é cultura, e essas culturas estão evoluindo em resposta à pressão humana. Elefantes passam conhecimento e informação de geração a geração, incluindo rotas migratórias, diz ela. Mas essa herança cultural está sendo alterada, conforme caçadores e zonas de conflito interferem, e as mudanças climáticas fazem com que encontrar alimento e água fique mais difícil. Outras culturas animais também estão em declínio. A cacofonia urbana significa que alguns pássaros não conseguem aprender corretamente as canções de seus pais. Baleias-jubarte também aprendem por meio da voz, com cada população compartilhando uma canção distinta, cuja complexidade evolui por meio do contato com outros grupos sociais. Mas ruído marinho vindo de embarcações tem feito com que algumas alterem seus cantos ou mesmo fiquem em silêncio.

Copiamos os animais

A cultura também cumpriu um papel na evolução humana. Nós aceleramos nossa própria evolução ao terceirizá-la: como Gaia Vince explica em seu livro Transcendence (Transcendência, em tradução literal), a tecnologia nos permitiu adotar novas habilidades sem mudar nossos corpos. A cultura compartilhada nos deu acesso a uma mente coletiva, um vasto banco de informação e conhecimento.

Muito dessa inovação foi emprestado de animais ou buscado para reproduzir o que eles podiam fazer. Ferramentas de pedra imitavam os dentes afiados dos predadores. As primeiras tecnologias aproveitaram-se de tecidos vivos, como peles de animais ou ligaduras de plantas. Sociedades humanas desenvolveram-se pegando emprestado de animais e aprendendo a ser como eles. Agora – ironicamente, conforme muitas espécies são forçadas a se adaptar à vida num planeta humano -, o mundo em que vivemos é cada vez mais modelado nos corpos e comportamentos de outras criaturas.

“Nós estamos cercados de genialidade”, diz a bióloga Janine Benyus, que popularizou o termo biomimética, “uma nova disciplina que tenta aprender com esses gênios”. Cupinzeiros inspiraram desenhos mais eficientes de ar-condicionado. Um dos trens mais velozes do mundo atinge velocidades de 299 km/h copiando o formado do bico do pássaro martim-pescador. Nós criamos agulhas cirúrgicas mais finas baseadas em probóscides (espécie de boca) de mosquitos, caixas pretas desenhadas a partir das propriedades de absorção de choque do crânio dos pica-paus, melhores trajes de banho a partir da pele da lontra marinha e notas de dinheiro, mais difíceis de falsificar, que imitam a iridescência das asas de borboletas.

A genialidade animal também oferece novas ideias sobre como enfrentar alguns dos nossos problemas ambientais mais urgentes. A biomimética pode nos assistir na produção de energia renovável, de pás aerodinâmicas de turbinas de energia eólica que copiam as superfícies irregulares das barbatanas das baleias-jubarte ou o formato das asas do beija-flor até conjuntos de painéis de energia solar que acompanham a luz do sol como fazem os girassóis. Alternativas ao concreto podem imitar como os corais constroem suas estruturas retirando materiais da água do mar, “cultivando” as cidades do futuro ao mesmo tempo que também prendem o excesso de carbono nas fundações e nos materiais de prédios. Alimentadores de filtro naturais, como as ostras, podem ajudar a restaurar habitats marinhos esvaziados.

Até micróbios podem cumprir um papel. Uma bactéria, a Ideonella sakaiensis, evoluiu até ser capaz de metabolizar o polietileno tereftalato, conhecido como PET, enquanto um micróbio de solo comum, o Methylorubrum extorquens, produz uma proteína que pode ligar amerício a curium, dois dos mais perigosos e duradouros componentes de lixo nuclear.

Xenorobôs trabalhando para nós

Os xenorobôs também podem ter um impacto positivo no planeta. A palavra robô vem da palavra tcheca robota, que significa trabalho forçado, e gerações subsequentes de xenorobôs podem ser colocadas para trabalhar limpando parte da bagunça que fizemos. Robôs biológicos podem remover microplásticos do oceano ou contaminantes de solo poluído. Xenorobôs que carregam uma específica proteína brilham com coloração verde sob certos comprimentos de onda, mas ficam vermelhos quando expostos a outros, “lembrando-se” de sua exposição horas mais tarde.

“Você poderia projetá-los para identificar químicos em particular, quase como um programa de computador que diz ‘se você identificar um material tóxico, nade em sua direção, libere um químico que reaja com a toxina'”, diz Blackiston. As mesmas propriedades podem ter aplicações médicas, com xenorobôs realizando tratamentos não invasivos ou buscando identificar doenças.

Em sua forma atual, conforme o alimento guardado em suas células é usado, os xenorobôs simplesmente morreriam. A perspectiva de eles desenvolverem formas de obter energia a partir de seus ambientes é remota. “Uma biópsia de pele não pode sobreviver depois que a colocamos na água”, diz Blackiston. “Ela precisa de um ambiente de cultura de célula bastante controlado. Da mesma forma, no ambiente natural sapos, sempre perdem células epidêmicas, e essas células não vão se propagar ou desenvolver maneiras de obter energia.”

No entanto, Blackiston vê um futuro em que a evolução toma alguns rumos surpreendentes. “Nós veremos humanos e computadores caminhando, cada vez mais, na direção de desenhar sistemas vivos, conforme avançamos na bioengenharia, biologia de células-tronco e biologia computacional”, afirma ele. É vital que cientistas conduzam suas pesquisas publicamente: “Eu espero que vejamos especialistas em questões éticas, advogados e membros da sociedade mais envolvidos no desenho das pesquisas e que não apenas comentem sobre a tecnologia depois que ela saiu do laboratório e caiu no mundo.”

A nova geração de xenorobôs comprova a incrível plasticidade da vida. Mas, mesmo com todas suas promessas, eles também nos lembram do quanto animais são forçados a adaptar seus corpos para lidar com um mundo dominado por nós, humanos. Ainda não sabemos quantas espécies conseguirão acompanhar o ritmo de um planeta em rápida mudança. O que sabemos é que, conforme nosso experimento não programado sobre a adaptabilidade de seres vivos em todo o planeta ganha ritmo, a invenção animal está sendo testada como jamais havia sido.