Em um freezer a -80°C em um laboratório de microbiologia nos Estados Unidos existe algo parecido com uma máquina do tempo. Não são fósseis nem inferências reconstruídas a partir de ossos milenares: são tubos de vidro com bactérias congeladas, retirados periodicamente desde fevereiro de 1988. Cada tubo é um instantâneo genético de uma população viva em um momento exato de sua história evolutiva — o que os próprios pesquisadores do projeto chamam de “registro fóssil congelado”. A diferença para um fóssil de verdade é que essas bactérias podem ser descongeladas e ressuscitadas décadas depois, e comparadas diretamente com seus próprios descendentes ainda vivos.
Esse arquivo biológico pertence ao Long-Term Evolution Experiment (LTEE), conduzido por Richard Lenski e sua equipe, hoje sediado de volta na Michigan State University. É, por larga margem, o experimento controlado de evolução mais longo já realizado com um organismo vivo. Doze populações de Escherichia coli, todas originadas de uma única linhagem ancestral, vêm sendo cultivadas sob condições idênticas, ininterruptamente, há mais de 35 anos, já ultrapassando 80 mil gerações bacterianas — uma escala temporal que, em termos evolutivos humanos, equivaleria a mais de um milhão de anos de história da nossa espécie.
A pergunta que motivou Lenski a começar o experimento, ainda jovem professor na University of California, Irvine, era simples de formular e quase impossível de responder de outra forma: se a evolução pudesse ser rebobinada e rodada de novo a partir do mesmo ponto de partida, ela repetiria o mesmo caminho ou tomaria rumos diferentes? Normalmente essa é uma pergunta para paleontólogos, que reconstroem bilhões de anos de história a partir de fragmentos incompletos. Lenski decidiu, em vez disso, construir o próprio processo evolutivo dentro de um laboratório, com réplicas paralelas, e simplesmente observar o que aconteceria.
Reduzir a evolução ao essencial
O desenho do LTEE é, propositalmente, quase brutal em sua simplicidade. Em 24 de fevereiro de 1988, Lenski dividiu uma única linhagem ancestral de E. coli — uma cepa não patogênica, de laboratório — em doze frascos independentes. A partir daquele instante, cada uma das doze populações passou a viver isolada das demais, sem qualquer troca de material genético entre elas, mas todas sob exatamente as mesmas condições ambientais.
Todos os dias, sem exceção, 1% do volume de cada cultura é transferido para um frasco com meio de cultura fresco. O meio usado, chamado DM25, contém glicose como único nutriente limitante, em quantidade deliberadamente escassa — é esse racionamento que impõe a pressão seletiva central do experimento, favorecendo bactérias mais eficientes em captar o pouco açúcar disponível. A cada transferência diária a população se multiplica cerca de cem vezes antes do próximo corte, o que equivale a aproximadamente 6,6 gerações bacterianas por dia — um ritmo que nenhum organismo multicelular sustentaria, e que é o que torna o experimento viável dentro de uma carreira científica humana.
A cada 500 gerações (cerca de 75 dias), uma amostra de cada população é congelada a -80°C e arquivada permanentemente. É esse acervo que forma o “registro fóssil congelado”: ao contrário de um registro geológico real, ele permite reviver organismos de qualquer ponto da história do experimento e fazê-los competir diretamente com seus descendentes milhares de gerações depois — ou com o próprio ancestral de 1988.
O objetivo inicial de Lenski era modesto: rodar o experimento por cerca de 2.000 gerações. Passadas as primeiras dezenas de milhares, todas as doze populações já haviam evoluído em paralelo características esperadas — cresciam mais rápido, tinham células maiores e apresentavam ganhos de aptidão (fitness) que desaceleravam com o tempo sem nunca estabilizar de vez, um padrão que a própria equipe descreveu, na revista Science em 2013, por meio de um modelo matemático de lei de potência. Metade das doze populações também desenvolveu, de forma independente, defeitos no reparo de DNA que elevaram suas taxas de mutação — outro caso de paralelismo evolutivo surgindo de forma repetida em linhagens isoladas entre si.
Mas nada preparou a equipe para o que aconteceria em uma única das doze populações, batizada de Ara-3.
O dia em que uma bactéria aprendeu a comer algo que não deveria conseguir comer
Um dos traços que define taxonomicamente a espécie Escherichia coli — usado há décadas em manuais de microbiologia para distingui-la de bactérias parentes — é justamente sua incapacidade de utilizar citrato como fonte de carbono na presença de oxigênio. A bactéria possui, em seu genoma ancestral, um gene chamado citT, responsável por um transportador de membrana capaz de importar citrato para dentro da célula. O problema é que esse gene só é ativado em condições de baixo oxigênio; em ambiente aeróbico — exatamente a condição do experimento, com frascos agitados e bem oxigenados — ele permanece desligado, e a célula ignora o citrato disponível no meio, por mais abundante que ele seja.
Por isso, quando a equipe de Lenski notou, em 2003, que uma das doze populações — e apenas essa — havia começado a apresentar turbidez muito maior do que as demais em certo ponto do ciclo diário, aquilo chamou atenção imediata. A turbidez extra só podia significar uma coisa: aquela população estava se alimentando de algo além da escassa glicose do meio — e o único outro composto abundante no frasco, usado havia décadas apenas como agente tamponante inerte, era o citrato.
A equipe, liderada pelo então estudante de pós-graduação Zachary D. Blount sob orientação de Lenski, investigou o fenômeno usando o arquivo de amostras congeladas. Os resultados, publicados em 2008 na Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) por Blount, Christina Z. Borland e Richard E. Lenski, mostraram algo notável: descongelando e recultivando amostras de gerações anteriores, a equipe demonstrou que a capacidade de metabolizar citrato em aerobiose (o traço batizado de “Cit+”) não surgiu de uma mutação simples e isolada, prontamente repetível. Ao “rebobinar a fita” a partir de diferentes pontos do histórico congelado da própria Ara-3, o traço Cit+ só reapareceu quando o ponto de partida já era relativamente tardio na história daquela linhagem — em geral a partir de amostras próximas ou posteriores à geração 20.000. Rebobinando a partir de pontos mais antigos, ou usando as outras onze populações como ponto de partida, a inovação praticamente nunca reaparecia, mesmo depois de dezenas de milhares de gerações adicionais.
A conclusão foi tão simples quanto poderosa: para que aquela inovação surgisse, a população precisava primeiro acumular, ao acaso, mutações anteriores que não conferiam vantagem visível por si mesmas, mas tornavam o terreno genético fértil para o próximo passo. Só depois dessa pré-condição silenciosa a mutação que ativava o uso do citrato conseguia se estabelecer e ser favorecida pela seleção natural. Os autores descreveram isso como um caso claro de contingência histórica: a história genética anterior de uma população pode determinar quais inovações futuras lhe são acessíveis — e quais permanecem fora de alcance, não importa quanto tempo mais se dê à seleção natural.
Como o gene silencioso foi religado
O artigo de 2008 identificou quando o traço evoluíra, mas o mecanismo genético exato só foi decifrado quatro anos depois. Em 2012, a mesma equipe — Blount, agora com Jeffrey E. Barrick, Carla J. Davidson e Lenski — publicou na revista Nature uma análise genômica detalhada da linhagem Cit+, revelando a engenhosidade quase acidental da solução encontrada pelas bactérias.
O gene citT sempre esteve presente no genoma ancestral, mas mudo em condições aeróbicas porque ficava sob controle de um promotor que só se ativa na ausência de oxigênio. A análise genômica revelou que uma mutação espontânea provocou a duplicação de um segmento de DNA de cerca de três mil pares de bases contendo o gene citT. Por acaso posicional, essa nova cópia ficou situada logo depois de outro promotor vizinho — o do gene rnk —, que permanece ativo mesmo com oxigênio presente. Na prática, o citT foi “sequestrado” por um promotor errado, e o resultado foi que a célula passou a expressar o transportador de citrato também em ambiente aeróbico, pela primeira vez em sua história evolutiva conhecida.
Esse mecanismo — chamado de captura de promotor — é um exemplo do que biólogos evolutivos chamam de exaptação: o reaproveitamento de uma estrutura já existente para um propósito novo, sem nada inventado do zero. O gene já estava lá; faltava o interruptor certo, ligado ao lugar certo. Estudos posteriores, publicados na PNAS e na eLife, mostraram que depois do surgimento inicial da capacidade Cit+ em forma fraca, mutações adicionais — entre elas uma no gene gltA — foram selecionadas ao longo de milhares de gerações, refinando a eficiência da nova via metabólica. Hoje a linhagem Ara-3 é composta majoritariamente por bactérias Cit+, que coexistem com uma minoria que preservou o metabolismo original de glicose.
Em outras palavras: o experimento não apenas registrou que uma inovação evolutiva relativamente complexa aconteceu — documentou, com precisão de geração e de par de base de DNA, como e por que ela aconteceu. É uma reconstrução causal quase completa de um evento evolutivo, algo raro na biologia, já que a maioria dos eventos evolutivos que estudamos aconteceu no passado distante e precisa ser inferida indiretamente, a partir de fósseis ou de comparações entre espécies vivas. Aqui, o evento foi observado, cronometrado e sequenciado enquanto acontecia.
Doze experimentos rodando ao mesmo tempo — e só um chegou lá
Um dos aspectos mais informativos do LTEE é justamente o fato de existirem doze populações independentes evoluindo em paralelo, sob condições idênticas. Isso transforma o experimento em algo próximo de doze réplicas de um mesmo teste de “rebobinar a fita da vida”, rodando simultaneamente desde o primeiro dia.
O resultado é revelador em dois sentidos opostos. Por um lado, boa parte das mudanças evolutivas apareceu de forma altamente paralela: todas as doze linhagens aumentaram sua taxa de crescimento e o tamanho médio das células, e seis delas desenvolveram, de forma independente, mutações que elevaram suas taxas de mutação ao perderem funções de reparo de DNA. Essa convergência repetida entre linhagens isoladas sugere que, para certos tipos de adaptação — sobretudo as que exploram vias já presentes no genoma ancestral —, a seleção natural tende a encontrar soluções semelhantes de forma relativamente previsível.
Por outro lado, a inovação do citrato aconteceu uma única vez, em uma única população, ao longo de mais de três décadas de evolução paralela sob exatamente as mesmas pressões seletivas. As outras onze, com as mesmas oportunidades — o mesmo citrato disponível todos os dias, por décadas —, nunca desenvolveram a capacidade de utilizá-lo. Esse contraste é o que dá substância empírica ao conceito de contingência histórica: alguns resultados evolutivos dependem de uma sequência específica e relativamente rara de eventos genéticos ao acaso, que pode nunca se repetir mesmo com tempo evolutivo comparável.
Uma pesquisa de 2018 na PLOS Genetics, com participação da equipe de Blount, aprofundou o quebra-cabeça ao mostrar que a própria capacidade de evoluir o traço Cit+ dependia de um equilíbrio delicado: populações que desenvolviam certas mutações vantajosas cedo demais, por outros motivos, podiam perder o acesso ao caminho evolutivo que levaria ao citrato antes mesmo de percorrê-lo — como se uma porta se fechasse antes de a população conseguir passar por ela. A evolução não é apenas uma questão de tempo suficiente; é também uma questão de qual porta genética permanece aberta, por quanto tempo, e em que ordem.
Um experimento que não parou de render descobertas
O LTEE segue em curso hoje, mais de três décadas e meia depois de seu primeiro frasco. Já atravessou mudanças de sede física — de Irvine à Michigan State University, depois um período na University of Texas em Austin, com retorno a Michigan State em 2025 — e sobreviveu a uma interrupção forçada durante a pandemia de covid-19, quando as transferências diárias precisaram ser pausadas temporariamente. As populações ultrapassaram 10.000 transferências em março de 2017, chegaram a 75.000 gerações em maio de 2022 e alcançaram 80.000 gerações em agosto de 2024 — números que colocam o LTEE em uma escala evolutiva sem paralelo entre experimentos controlados com qualquer organismo.
Em 2023, o próprio Lenski publicou, no Journal of Molecular Evolution, um artigo revisitando formalmente o desenho original do experimento. O texto reexamina as escolhas metodológicas que sustentaram sua longevidade — regime de cultura, meio de crescimento, cepa ancestral, replicação estatística — e discute desafios práticos acumulados ao longo de décadas, como erros procedimentais ocasionais e a logística de um arquivo de amostras congeladas que já abrange centenas de pontos temporais. O argumento central é, de certa forma, contraintuitivo: foi a simplicidade radical do desenho original — poucas variáveis, protocolo padronizado, repetição diária inflexível — que permitiu ao experimento sobreviver a mudanças de instituição, de equipe e de década, permanecendo comparável a si mesmo do início ao fim.
Essa mesma base experimental segue gerando descobertas em áreas que Lenski não previa em 1988, quando queria apenas “reduzir a evolução ao essencial”, nas palavras que usou anos depois em entrevista à Quanta Magazine. Estudos recentes a partir do acervo do LTEE já investigaram como as taxas de mutação e a robustez genética evoluíram ao longo de dezenas de milhares de gerações, como gargalos populacionais periódicos afetam a dinâmica adaptativa, e até como novos genes podem nascer do zero dentro de um genoma bacteriano — fenômeno documentado em 2024 na PLOS Biology, que descreveu a emergência de “proto-genes” a partir da captura de novos promotores, mecanismo genético primo daquele que, décadas antes, deu à população Ara-3 acesso ao citrato.
O que significa ver a evolução, em vez de apenas inferir que ela aconteceu
O experimento de Lenski não prova nada que a biologia evolutiva já não sustentasse havia mais de um século com outras linhas de evidência — genética de populações, paleontologia, biologia comparada. O que ele oferece é algo raro: uma janela de observação direta, com data, hora e sequência de DNA, sobre como a mutação ao acaso e a seleção natural produzem, passo a passo, uma inovação biológica nova e funcionalmente complexa, em vez de apenas ajustar características já existentes.
É por isso que o achado do citrato costuma ser citado como um dos exemplos mais bem documentados de evolução de uma nova função biológica observada em tempo real, e não reconstruída a posteriori. A equipe sabia exatamente quando o traço apareceu, tinha acesso físico às gerações anteriores para testar hipóteses causais por reexperimentação direta, e conseguiu mapear a mutação exata, até o nível do par de base, responsável pela mudança. Poucos eventos evolutivos foram documentados com esse nível de detalhe causal — do ambiente selecionador à mutação molecular específica, passando pela sequência de pré-condições que tornaram tudo possível.
Passadas mais de 80 mil gerações, o experimento segue rodando, um frasco por dia, exatamente como no primeiro dia de 1988. Ninguém sabe que outras inovações as próximas dezenas de milhares de gerações ainda vão revelar. É essa combinação de paciência experimental extrema com um desenho deliberadamente simples que transformou doze frascos de bactérias comuns em um dos registros mais ricos que a ciência já produziu sobre como a evolução, de fato, funciona.
Fontes citadas neste artigo
- Blount, Z. D.; Borland, C. Z.; Lenski, R. E. (2008). “Historical contingency and the evolution of a key innovation in an experimental population of Escherichia coli.” Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), 105(23), 7899–7906. https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.0803151105
- Blount, Z. D.; Barrick, J. E.; Davidson, C. J.; Lenski, R. E. (2012). “Genomic analysis of a key innovation in an experimental Escherichia coli population.” Nature, 489(7417), 513–518. DOI: 10.1038/nature11514. https://www.nature.com/articles/nature11514
- Wiser, M. J.; Ribeck, N.; Lenski, R. E. (2013). “Long-Term Dynamics of Adaptation in Asexual Populations.” Science, 342(6164), 1364–1367.
- Quandt, E. M. et al. (2014). “Recursive genomewide recombination and sequencing reveals a key refinement step in the evolution of a metabolic innovation in Escherichia coli.” PNAS, 111(6), 2217–2222.
- Blount, Z. D. et al. (2018). “Innovation in an E. coli evolution experiment is contingent on maintaining adaptive potential until competition subsides.” PLOS Genetics. https://journals.plos.org/plosgenetics/article?id=10.1371%2Fjournal.pgen.1007348
- uz-Zaman, M. H. et al. (2024). “Promoter capture drives the emergence of proto-genes in Escherichia coli.” PLOS Biology, 22(5), e3002418.
- Lenski, R. E. (2023). “Revisiting the Design of the Long-Term Evolution Experiment with Escherichia coli.” Journal of Molecular Evolution, 91(3), 241–253. DOI: 10.1007/s00239-023-10095-3. https://link.springer.com/article/10.1007/s00239-023-10095-3
- The Long-Term Evolution Experiment (LTEE) — site oficial do projeto, Michigan State University. https://the-ltee.org/
- “E. coli long-term evolution experiment”, Wikipédia (verificação cruzada de datas e marcos de gerações — 10.000 transferências em março de 2017, 75.000 gerações em maio de 2022, 80.000 gerações em agosto de 2024). https://en.wikipedia.org/wiki/E._coli_long-term_evolution_experiment
- Bucklin, S. (2016, 3 de novembro). “A Conductor of Evolution’s Subtle Symphony” (entrevista com Richard Lenski). Quanta Magazine. https://www.quantamagazine.org/long-term-evolution-the-richard-lenski-interview-20161103/
- Zimmer, C. (2012, 19 de setembro). “The Birth Of The New, The Rewiring Of The Old.” National Geographic (blog The Loom). https://www.nationalgeographic.com/science/article/the-birth-of-the-new-the-rewiring-of-the-old
- “‘Evolution under a microscope’ going strong at MSU.” MSUToday, Michigan State University (2025, novembro). https://msutoday.msu.edu/news/2025/11/evolution-under-a-microscope-going-strong-at-msu
Nota metodológica: todos os dados numéricos (datas, contagens de gerações, coordenadas genéticas e citações) foram verificados diretamente nas fontes primárias listadas acima. Onde uma fonte secundária confiável (reportagem científica) foi usada para complementar informação de contexto ou citação direta, isso está indicado.