Aspectos evolutivos dos fenômenos imunopatológicos com ênfase na COVID-19 / Evolutionary aspects of immunopathological phenomena with emphasis on COVID-19

A seleção natural é o principal mecanismo da evolução das espécies, e favorece fenótipos com defesas imunes efetivas contra patógenos. Entretanto, há uma grande variação das respostas imunes entre os indivíduos da espécie humana e a ocorrência de fenômenos imunopatológicos. A infecção com o vírus da família Coronaviridae, SARS-CoV-2, responsável pela doença conhecida como COVID-19, induz a respostas imunes inflamatórias exacerbadas e à tempestade de citocinas, nos casos graves. Nesta revisão discutiremos, à luz da Evolução, esse aparente paradoxo entre as respostas imunes, e os três principais fatores que contribuem para a manutenção dos fenótipos hiperativos: o custo-benefício das respostas imunes, a coevolução e a história de vida da espécie.

Natural selection is the main mechanism by which species evolve, and it favors phenotypes associated with an effective immune defense against pathogens. However, human immune responses and the occurrence of immunopathological phenomena vary considerably from individual to individual. Infection with SARSCoV- 2, a virus of the Coronaviridae family causing the disease known as COVID-19, induces exacerbated inflammatory immune responses and cytokine storm in severe cases. In this review, we discuss, in the light of Evolution, this apparent paradox between the immune responses and the 3 main factors contributing to the maintenance of hyperactive phenotypes: the cost-effectiveness of immune responses, coevolution, and the life history of the species.

Pluralismo evolutivo e o ideal de unificação da biologia / Evolutionary pluralism and the ideal of a unified biology

Resumo A evolução biológica é frequentemente considerada um eixo central e unificador da biologia. O artigo discute aspectos históricos desse ideal de unificação, bem como os seus sinais de desintegração entre os anos 1960 e 1980. Argumentamos que apesar das novas propostas de síntese do conhecimento biológico, a biologia evolutiva contemporânea é caracterizada por um pluralismo. Os principais pontos a favor do pluralismo evolutivo são discutidos, e algumas consequências dessa perspectiva são apresentadas, particularmente em relação ao ideal de unificação da biologia. Por fim, defendemos um pluralismo evolutivo crítico do ideal de unificação como um objetivo da ciência, mas ainda favorável a integrações locais.

Abstract Biological evolution is often regarded as a central and unifying axis of biology. This article discusses historical aspects of this ideal of unification, as well as signs of its disintegration from the 1960s to 1980s. We argue that despite new proposals for the synthesis of biological knowledge, contemporary evolutionary biology is characterized by pluralism. The main points in favor of evolutionary pluralism are discussed and some consequences of this perspective are presented, particularly in terms of the ideal of a unified biology. Finally, we defend an evolutionary pluralism that critiques the ideal of unification as a scientific objective, but still favors local integrations.

Spotlight on Plasmodium falciparum evolutionary system in the southeastern Atlantic forest / Destaque para o sistema evolutivo de Plasmodium falciparum no sudeste da Mata Atlântica

Abstract Malaria elimination is now set to occur in Brazil until 2030. While this achievement is feasible, as it is for other endemic regions worldwide, it is important to recognize resistance of parasites and vectors against anti-malarial interventions. Resistance against drugs and insecticides can lead to discontinuities of malaria transmission, known as residual malaria transmission. Herein, we described a novel phenomenon that is occurring in a residual malaria transmission scenario in the southeastern Atlantic forest. This novel phenomenon does not belong to what is known and therefore we decided to explain it based on an evolutionary perspective. Although it shall not be viewed as a threat to public health, the phenomenon has important aspects that should be highlighted. Specifically, it represents an adaptation of P. falciparum among vectors and hosts in the southeastern Atlantic forest. Knowledge about this phenomenon could be of importance, including to the on-going malaria elimination programs.

Resumo A eliminação da malária pode ocorrer no Brasil antes de 2030. Embora seja viável no Brasil e em outras regiões endêmicas do mundo, reconhece-se a importância da resistência de parasitos e vetores às intervenções. A resistência contra drogas e inseticidas pode levar à malária residual. Aqui, descrevemos um novo fenômeno que está ocorrendo em um cenário residual de transmissão de malária no sudeste da Mata Atlântica. Esse fenômeno não faz parte do conhecimento atual e, portanto, propomos uma perspectiva evolutiva para explicá-lo. Não sugerimos uma nova ameaça à saúde pública; entretanto, ressaltam-se aspectos importantes sobre o fenômeno. Especificamente, o fenômeno representa uma adaptação de P. falciparum entre vetores e hospedeiros no sudeste da Mata Atlântica. O conhecimento sobre essa adaptação pode ser importante para os programas de eliminação da malária em andamento.

Car and motorcycle deaths: an evolutionary perspective / Mortes por batida de carro e moto: uma perspectiva evolucionista

Abstract Our aim was to assess differences between men and women in the likelihood of exposure to traffic as drivers of cars and motorcycles, and in the risk of dying from a car or a motorcycle crash, in order to verify the extent to which Darwin's Sexual Selection Theory could have predicted the findings and can help to interpret them. Study population was composed of men and women aged 18 to 60 years residents in the state of Rio de Janeiro between 2004 and 2010, and in the state of Rio Grande do Sul between 2001 and 2010. We built frequency distribution tables and drew bar charts in order to check whether there were differences between the sexes and interactions of sex with age. More men exposed themselves to and died in traffic than women, especially the young. Society should have an especially vigilant attitude towards men on the wheel due to their increased innate tendency to exposure to risk. Darwin's sexual selection theory can be an important ally when postulating hypotheses and interpreting epidemiological findings aiming at improving public policies to reduce the excessive number of traffic deaths, especially in societies where machismo is strong or the stimulus to masculinity is exaggerated.

Resumo Objetivamos averiguar diferenças entre homens e mulheres na exposição ao trânsito como motorista de carro e de moto e no risco de morrer por batida desses veículos, para verificar até que ponto a teoria da seleção sexual de Darwin pode predizer os achados e ajudar a interpretá-los. A população de estudo foi composta por homens e mulheres de 18 a 60 anos residentes no Estado do Rio de Janeiro, entre 2004 e 2010, e no Estado do Rio Grande do Sul, entre 2001 e 2010. Elaboramos tabelas de frequência e gráficos de barras para verificar se havia diferenças entre os sexos e interação de sexo com idade. Homens se expuseram e morreram mais no trânsito do que mulheres, especialmente os jovens. A sociedade deveria ter uma atitude especialmente vigilante com homens ao volante devido à tendência inata deles de maior exposição ao risco. A teoria da seleção sexual de Darwin pode ser uma potente aliada na postulação de hipóteses que busquem aperfeiçoar políticas públicas para reduzir a quantidade exagerada de mortes no trânsito, especialmente em sociedades onde o machismo for forte ou o estímulo à masculinidade exagerado.

Patamares evolutivos do pensamento humano segundo Merlin Donald / Niveles evolutivos del pensamiento humano según Merlin Donald / The evolutionary levels of human thought according to Merlin Donald

A partir de análise sinóptica da hipótese de Merlin Donald, proposta na publicação Origens do pensamento moderno, é apresentado um caso clínico que se propõe a ilustrar alguns dos conceitos desenvolvidos na obra. A metodologia de pesquisa consistiu essencialmente em levantamento bibliográfico e comparação ao caso relatado, mediante o recurso à armazenagem simbólica externa. As peculiaridades do caso clínico foram levantadas por observação participante no local de trabalho, bem como por consulta ao prontuário do paciente, salvaguardados os princípios éticos inerentes à situação, nomeadamente o princípio da confidencialidade que se mantém ao longo do trabalho. Este artigo é fundamentalmente constituído por duas partes: a primeira, na qual se abordam os patamares evolutivos propostos pelo autor e a segunda, em que, após a descrição do caso clínico, se ilustram esses patamares por meio da observação efetuada.

A partir del análisis sinóptico de la hipótesis de Merlin Donald, presentada en la publicación Orígenes del pensamiento moderno, se presenta un caso clínico que se propone a ilustrar algunos de los conceptos desarrollados en la obra. La metodología de la investigación se ha basado esencialmente en búsqueda bibliográfica sistemática y comparación al caso narrado, mediante el recurso al almacenamiento simbólico externo. Las peculiaridades del caso clínico fueron planteadas por observación participante en el lugar de trabajo, así como por consulta al prontuario del paciente, salvaguardados los principios éticos inherentes a la situación, especialmente el principio de la confidencialidad, que se mantiene a lo largo del trabajo. Este artículo está fundamentalmente conformado por dos partes: la primera, en la cual se abordan los niveles evolutivos propuestos por el autor, y la segunda, en la cual, tras la descripción del caso clínico, se ilustran esos niveles por medio de la observación llevada a cabo.

From synoptic analysis of Merlin Donald?s hypothesis, proposed in the work Origins of modern thought, a clinical case is presented in order to show some concepts developed in his work. The methodology used was essentially bibliographical literature and comparison to the reported clinical case, using external symbolic storage. The peculiarities of the clinical case were raised by participant observation in the workplace and by consulting the patient?s medical record, safeguarding the inherent ethical principles, including the principle of confidentiality, kept throughout this clinical case. This work comprises basically two parts: the first, where the author?s proposed evolutionary levels are approached, and the second that, after description of the clinical, these parameters are illustrated through undertaken observation.

Epigenética: definición, bases moleculares e implicaciones en la salud y en la evolución humana / Epigenetics: definition, molecular bases and implications in human health and evolution / Epigenética: definição, bases moleculares e implicações na saúde e na evolução humana

La Epigenética se refiere a los cambios heredables en el ADN e histonas que no implican altera ciones en la secuencia de nucleótidos y modifican la estructura y condensación de la cromatina por lo que afectan la expresión génica y el fenotipo. Las modificaciones epigenéticas son metilación del ADN y modificaciones de histonas. Objetivo: hacer una revisión de la literatura sobre e concepto de epigenética y su impacto en la salud. Materiales y métodos: se realizó una revisión de la bibliografía sobre el concepto de epigenética, sus bases biológicas, el impacto sobre la salud y la enfermedad y su relación con la evolución. Resultados: los mecanismos epigenéticos ha cobrado cada vez más importancia debido a la creciente asociación con enfermedades compleja y comunes, así como por su impacto en la salud de generaciones futuras y en la evolución humana. Conclusiones: la Epigenética tiene un claro impacto en la salud del individuo, en la de su descendencia y en la evolución de la especie humana.

Epigenetics refers to inheritable changes in DNA and histones that do not involve changes in the sequence of nucleotides and that modifies structure and chromatin condensation, thus affecting gene expression and phenotype. Epigenetic modifications are DNA methylation and histone modifications. Objective: A review of the literature on the concept of Epigenetics and its impact on health. Materials and methods: A review of the literature was performed on the concept of epigenetics, its biological basis, the impact on health and disease and its relation to evolution. Results: Epigenetic mechanisms have become increasingly important because of the growing association with common complex diseases as well as its impact on health of future generations and in human evolution. Conclusions: Epigenetics has a clear impact on the health of individuals in their offspring and with the evolution of the human species.

A Epigenética refere-se às mudanças hereditárias no ADN e histonas que não implicam alterações nas sequencia de nucleotídeos e modificam a estrutura e condensação da cromatina, pelo que afetam a expressão gênica e o fenótipo. As modificações epigenéticas são metilação do ADN e modificações de histonas. Objetivo: fazer uma revisão da literatura sobre o conceito de epigenética e seu impacto na saúde. Materiais e métodos: realizou-se uma revisão da bibliografia sobre o conceito de epigenética, suas bases biológicas, o impacto sobre a saúde e a doença e sua relação com a evolução. Resultados: os mecanismos epigenéticos têm adquirido cada vez mais importância devido à crescente associação com doenças complexas e comunes, assim como por seu impacto na saúde de gerações futuras e na evolução humana. Conclusões: a Epigenética tem um impacto evidente na saúde do individuo, na sua descendência e na evolução da espécie humana.

Transição epidemiológica, estresse oxidativo e doenças crônicas não transmissíveis sob uma perspectiva evolutiva: [revisão] / Epidemiological transition, oxidative stress and chronic non-communicable diseasesfrom an evolutionary perspective: [review]

Objetivo: realizar uma revisão narrativa sobre o papel das transições epidemiológicas no desequilíbrio do metabolismo oxidativo envolvido na etiologia das doenças crônicas não transmissíveis, sob uma perspectiva evolutiva, ambiental e sociocultural da espécie Homo sapiens.Fonte de dados: as fontes consultadas foram as bases de dados Medline, LILACS e do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística.Síntese dos dados: diversos estudos têm investigado o papel do metabolismo oxidativo na gênese das doenças crônicas não transmissíveis, sugerindo uma associação entre a quebra da homeostasia celular e o aumento do risco para estas doenças. Evidências sugerem que essa quebra na homeostasia e o surgimento das doenças crônicas não transmissíveis tenham sido causados pelas transições epidemiológicas que iniciaram no Período Neolítico, com alterações entre as relações ecológicas entre humanos, plantas, animais e patógenos. Essas alterações levaram à perda de diversidade de alimentos, sedentarismo e poluição, criando distúrbios no equilíbrio redox celular e aumento da incidência das doenças crônicas não transmissíveis.Conclusões: mudanças ao longo da história evolutiva humana afetaram o metabolismo celular promovendo o desencadeamento de doenças crônicas não transmissíveis. Portanto, é fundamental compreendermos como essas mudanças ocorreram e qual o seu impacto fisiopatológico no organismo, para identificarmos indivíduos que são mais suscetíveis a desenvolverem doenças crônicas não transmissíveis, bem como para a construção de planos de ação para a sua prevenção.

Aims: To perform a narrative review on the role of epidemiological transition in the imbalance of oxidative metabolism involved in the etiology of chronic noncommunicable diseases from an evolutionary, environmental and socio-cultural perspective of the Homo sapiens species.Source of data: The sources consulted were Medline, LILACS, and the Brazilian Institute of Geography and Statistics databases.Summary of findings: Several studies have investigated the role of oxidative metabolism in the genesis of chronic non-communicable diseases, suggesting an association between the breakdown of cellular homeostasis and the increased risk for these diseases. Evidence suggests that this breakdown in homeostasis and the emergence of chronic non-communicable diseases has been caused by epidemiological transitions that began in the Neolithic Period, with changes in the ecological relationships between humans, plants, animals and pathogens. These changes led to loss of diversity of food, sedentary lifestyle and pollution, by creating disturbances in cellular redox balance, and increased incidence of chronic non-communicable diseases.Conclusions: Changes along the human evolutionary history affected the cellular metabolism by promoting the onset of chronic non-communicable diseases. Therefore it is essential to understand how these changes occurred and their pathophysiological impact in the body, for identifying individuals who are more susceptible to develop chronic non-communicable diseases, and to build action plans for prevention.

Ensaios sobre o surgimento, evolução e manutenção dos mecanismos de senescência em animais / Essays on the emergence, evolution and maintenance od senescence mechanisms in animals

A base evolucionaria da senescência é um problema biológico de longa data. Senescência, no sentido da deterioração progressiva de um organismo, distingue-se de envelhecimento, ou a mera passagem do tempo. Como, pelo menos em mamíferos, senescência e envelhecimento ocorrem simultaneamente, os termos são tomados erroneamente como sinônimos. A senescência parece explicada pelo desgaste do organismo, levando a um paradoxo frente aos mecanismos de seleção natural, pois, sendo a maquinaria biológica portadora de mecanismos de auto-reparo, esperáramos o aprimoramento destes, com gradual eliminação da deterioração associada ao envelhecimento. Historicamente, procurou-se resolver este paradoxo imaginando-se que a senescência conferisse uma vantagem adaptativa, mas este argumento, que requereria distinguir os indivíduos mais velhos, é circular. A partir de meados do século XX, três hipóteses prevaleceram. O acúmulo de mutações, proposto por Medawar (1951), considera que o decaimento gradual da força de seleção com a idade favorece o acúmulo de genes deletérios expressos em idades avançadas. O antagonismo pleiotrópico, proposto por Williams (1957), defende que genes ligados a características benéficas e deletérias poderiam ser, em certas condições, favoravelmente selecionados. Finalmente, a teoria da soma descartável, proposta por Kirkwood (1975), sugere que organismos são favoravelmente selecionados quando investem em Reprodução mesmo em detrimento da manutenção somática. A descrição dinâmica dos fenômenos envolvidos em cada hipótese e a contribuição relativa de cada uma é, ainda, objeto de debate. O presente trabalho visa ao desenvolvimento de modelos computacionais estocásticos que mimetizem as condição para cada uma delas. Iniciamos o desenvolvimento pela ordem histórica, testando o mecanismo proposto por Medawar, que é o objeto desta tese. A teoria do acúmulo de mutações encontrou críticos que sugerem que este mecanismo levaria os efeitos deletérios à...

The evolutionary basis of senescence is a long standing biological problem. Senescence, in the sense of progressive deterioration of an organism, is distinguished from aging, or the mere passage of time. Because, at least in mammals, aging and senescence occur simultaneously, the terms are wrongly taken as synonyms. Senescence seems explained by the wear of the organism, leading to a paradox facing the mechanisms of natural selection, because, being the biological machinery bearer of self-repair mechanisms, we would expect their improvement, with gradual elimination of the deterioration associated with aging. Historically, there were attempts to resolve this paradox by supposing that senescence confers an adaptive advantage, but this argument would require that older individuals were previously distinct from younger ones and is, therefore, circular. From mid-twentieth century, three hypotheses have prevailed. The mutation accumulation, proposed by Medawar (1951), proposes that the gradual decay of the force of selection with age favors the accumulation of deleterious genes expressed in advanced ages. The antagonistic pleiotropy, proposed by Williams (1957), argues that genes linked to benecial and deleterious traits could, under certain conditions, be favorably selected. Finally, the disposable soma theory, proposed by Kirkwood (1975), suggests that organisms are positively selected when they invest in reproduction even at the expense of somatic maintenance. The dynamic description of the phenomena involved in each mechanism and the relative contribution of each one is still debated. The present work aims to develop stochastic computer models that mimic the conditions for each. We started by historical order, testing the mechanism proposed by Medawar, which is the subject of this thesis. The theory of mutation accumulation found critics who suggest that this mechanism would cause deleterious eects to synchronize in very advanced ages, causing senescence...

As causas e as causas das causas da obesidade / The causes and the causes of the causes of obesity

O presente artigo discute as causas da atual epidemia de obesidade à luz de variáveis evolucionárias e epigênicas. Sob esta perspectiva, a hipótese mais influente do campo denomina-se ‘hipótese da frugalidade’e aponta a importância central de genes que aumentam a conservação energética, por força de sua importânciano passado evolucionário da espécie. Em face desta perspectiva, o artigo destaca também a importância defatores epigênicos e apresenta as principais implicações desta interação genética-epigênica para odesenvolvimento de melhores políticas de saúde pública.

The current article discusses the causes of the current epidemics of obesity in terms of evolutionary andepigenetic variables. Under this perspective, the most influent hypothesis of the field is called ‘thriftygenotype hypothesis’. It suggests a core role for genes that increase energetic conservation, in accordance with their importance in the adaptive environment of the species. In face of that perspective, this article alsohighlights the importance of epigenetic variables, and presents the main consequences of this genetic epigenesisinteraction for the improvement of public health policies.