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Archive for the ‘História da Ciência’ Category

Felipe Pinheiro

 

Muitas vezes, quando estudamos seres vivos, nos deparamos com coisas que nos chamam atenção por parecer não fazer nenhum sentido. Claro que, como bons curiosos que somos, a primeira pergunta que vem à mente é: por que? Por que os roedores têm dentes que não param de crescer e precisam se esforçar, por toda sua vida, em mantê-los em um tamanho anatomicamente viável? Por que as baleias são tão grandes? Por que pterossauros tinham cristas tão chamativas? Por que tiranossauros tinham braços tão pequenos?

Aqueles mais curiosos passam, então, a levantar hipóteses para explicar tais fenômenos naturais. Do tipo: “os dentes dos roedores são assim porque a dieta destes animais os desgasta de tal forma que eles precisam crescer sempre”; “baleias são grandes porque vivem na água, e um meio mais denso pode sustentar sua massa”; “pterossauros tinham cristas porque precisavam chamar atenção de parceiros”; “tiranossauros tinham braços tão pequenos porque não precisavam deles para conseguir alimento”. Ainda mais arriscadamente, muitos de nós tendem a atribuir funções adaptativas a estruturas que não compreendemos bem, de forma tal que, já que os organismos são supostamente perfeitamente adaptados ao meio em que vivem, suas estruturas inexplicáveis provavelmente evoluíram até aquele estado por algum motivo. Afinal, se temos apêndice, ele deve servir para alguma coisa. Se os tiranossauros ainda tinham braços, eles devem ter evoluído até seu tamanho diminuto de forma a servir, de forma perfeita, ao ajudá-lo a se levantar ou para segurar a parceira durante a cópula.  Todas as estruturas, pelo simples fato de existirem, devem ser adaptativas, ou seja, devem dar alguma vantagem àquele que as possui. Nossa tarefa, como curiosos, é a de descobrir essa função oculta e compor uma história de como a seleção natural, aos poucos, moldou aquela estrutura daquela forma.

Em qualquer livro de biologia, encontramos “historinhas” de como estruturas passaram de um estado ancestral a como são observadas hoje. Geralmente, duas coisas são invariavelmente observáveis em tais historinhas. Primeiramente, a seleção natural é sempre reconhecida, sem maiores questionamentos, como agente das mudanças. A seleção natural molda as estruturas da forma como elas são hoje e para a função que desempenham hoje. Em segundo lugar, o gradualismo está sempre presente. As mudanças são sempre “lentas, graduais e continuas”. Assim, os pescoços das girafas teriam crescido lentamente, no decorrer das gerações, movidos pela incansável busca destes animais por alimentos. Da mesma forma, as nadadeiras dos sarcopterígeos teriam, lentamente, se transformado nos membros dos tetrápodes, para que esses animais pudessem ocupar nichos vazios no ambiente terrestre. E assim as coisas andam. Tais historinhas são aceitas como verdade até que alguém conte uma melhor. Às vezes as “historinhas melhores” são acompanhadas de evidências científicas, como a constatação de que os membros do tetrápode ancestral surgiram ainda no ambiente aquático. No entanto, elas não passam de “historinhas mais convincentes”.

Algumas coisas fundamentais são esquecidas quando criamos as historinhas. A primeira, e mais óbvia, é que elas, simplesmente, não são testáveis. Por mais evidências que disponhamos do meio (físico, interações ecológicas, etc.) em que os ancestrais dos protagonistas de nossos roteiros evolutivos viviam, nenhum efeito de causa/consequência pode ser estabelecido com base em observações atuais. Da mesma forma, não podemos nos confiar (para isso) no registro fóssil, principalmente porque, ao contrário do que é sempre divulgado na mídia, formas intermediárias não podem ser encontradas como fósseis (uma impossibilidade estatística) e, mesmo que pudessem, jamais poderiam ser reconhecidas como tais (uma limitação inevitável de nosso método científico). Para dar um exemplo, os belos “intermediários perfeitos” entre dinossauros e aves – dinossauros carnívoros com penas – datam de alguns muitos milhões de anos após o surgimento do primeiro animal geralmente considerado como ave (Archaeopteryx). Assim, como considerar estes animais como intermediários entre “répteis” e aves? Esse assunto realmente me interessa e acho que merece um texto futuro.

Outra coisa que geralmente deixamos de lado é o fato de que a seleção natural é incapaz de moldar estruturas para uma determinada finalidade. O “papel” da seleção natural nos processos evolutivos é o de uniformizar uma população heterogênea utilizando, como arma, fatores bióticos e abióticos do meio em que esta população vive. Esta função, um tanto mecânica, é incapaz de direcionar estruturas e morfótipos a uma determinada finalidade. Assim, dizer que a seleção natural modificou uma estrutura x para que ela desempenhasse um papel y é, no mínimo, errado. A seleção natural, como todo processo mecânico, não pode prever ou determinar finalidades. Aí entra a famosa frase “a Natureza não é teleológica”.

Pra mim, mais importante que isso tudo (no momento) é a dificuldade de reconhecermos outros fatores como agentes dos processos evolutivos. Cada vez mais se tem constatado que, embora a seleção natural, de fato, seja crucial, outros fatores tiveram um papel tão relevante – ou muito mais relevante – na história evolutiva dos animais e plantas que estudamos hoje. E esses fatores, claro, nunca entram em nossas “historinhas adaptativas”. Hoje se sabe, por exemplo, da importância de genes Hox na evolução do padrão corporal de animais segmentados. O estudo destes genes nos mostra o quão aleatórios foram os processos que nos levaram a ter cinco dedos nas mãos, ou os insetos a ter três pares de pernas. Da mesma forma, hoje se reconhece o importante papel da deriva genética (outro processo completamente aleatório) no “controle” das frequências gênicas e, consequentemente, evolução de populações pequenas, tais como predadores de topo de cadeia (alô, T-rex?). Na verdade, a deriva genética, e não a seleção natural, é o principal agente evolutivo nesse tipo de populações. Ainda menos reconhecidos em nossas historinhas são os efeitos de extinções, migrações, eventos aleatórios que liquidam com grandes parcelas de populações… e por aí vai.

Duas principais conseqüências do reconhecimento destes outros fatores me vêm em mente agora. Primeiramente, as mudanças lineares que prevemos em nossas historinhas (do tipo, x se transformou em y para exercer a função z) caem todas por terra. O reconhecimento de eventos aleatórios como decisivos nos processos evolutivos nos impede de imaginar uma mudança gradual e retilínea de uma estrutura em direção a outra. Tais modificações são repletas histórias paralelas e tomam a forma de um galho em uma árvore, não de uma linha reta (muito embora boa parte dos ramos deste galho não sobreviva). Outra consideração importante é a de que estes outros processos não são lentos nem graduais… e, muito menos, contínuos! Mutações aleatórias em genes sistêmicos, deriva genética em populações pequenas, extinções (em massa ou não) tendem, com sorte, a acelerar as modificações evolutivas. Sendo um pouco mais realista, estes fatores acabam levando as populações nas quais atuam a um rápido fim.

É bom deixar claro que, quando falo em “rápido” ou “devagar”, sempre estou me referindo ao tempo geológico. No entanto, modificações visíveis também podem ocorrer no espaço de tempo de algumas gerações. The hopeful monster strikes back!

Agora, voltamos aos braços do tiranossauro como um modelo geral das modificações evolutivas. Considerando os fatores acima, qual seria, realmente, a relevância de se perguntar o porquê de as estruturas biológicas serem como são? Claro que minha “historinha” não seria testável, mas, se eu fosse inventar uma para o T. rex, a rechearia de eventos aleatórios, flutuações gênicas e mutações sistêmicas pontuais. E os braços do T. rex não teriam nenhum motivo real para existir, embora isso não implique que eles não tivesse uma função. Apenas que é uma ideia errada achar que eles foram moldados para aquela função. Assim, nem todas as estruturas são, necessariamente, adaptativas.

 

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Assim, os processos evolutivos, ou seja, o estudo de como as estruturas se tornaram o que hoje observamos, passa a ser relevante, em detrimento a um suposto motivo. A Biologia Evolutiva deve ter, como principal objetivo, investigar os agentes e circunstâncias relevantes em mudanças de frequências gênicas e, de forma mais abrangente, mudanças fenotípicas, populacionais, macroevolutivas…  Afinal, fazer as perguntas certas é o primeiro passo para a obtenção de respostas satisfatórias e, na medida do possível, próximas da realidade (embora devamos nos acostumar com  a idéia de que nunca vamos alcançá-la de fato).

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Postado por Felipe Pinheiro

O texto abaixo foi completamente inspirado por este.

 

A quebra de paradigmas, o “abandono” de idéias tão amplamente aceitas que começam a fazer parte do senso comum, em muitas ocasiões, é fundamental para o progresso científico. Embora a Ciência raramente avance por meio destas revoluções epistemológicas, muitas das grandes sacadas (e boa parte das que damos importância quando lembramos da história das descobertas científicas) começam com idéias que, embora nos pareçam óbvias hoje, necessitaram de mudanças radicais na forma de pensar de quem as concebeu e (mais delicado ainda) da sociedade para as quais foram apresentadas. E estas mudanças, geralmente, não acontecem da noite para o dia. Muitas vezes precisam de décadas ou mesmo séculos antes de entrarem, novamente, no senso comum.

Quando estudamos a história dos pensamentos e idéias que culminaram em A Origem das Espécies, exaltamos sempre o abandono do pensamento tipológico como uma quebra de paradigma fundamental para nossa compreensão atual de como os seres vivos evoluíram através do tempo geológico. Este pensamento tipológico, ou seja, a idéia de que os seres vivos teriam uma essência, um plano básico imutável, estaria claramente presente nas obras de Lamarck e, supostamente, ausente nas idéias de Darwin e dos evolucionistas que “redescobriram” suas idéias, compondo a (já nem tão Nova assim) Síntese Evolutiva (Mayr, Dobzhansky, Simpson, Huxley, etc.). O abandono das “essências” foi fundamental para a simples concepção de que seres vivos podem, sim, mudar de forma completamente imprevisível, nunca estando presos a um tipo pré-concebido. No entanto, lendo os textos de meus amigos Júlio Saraiva e Heideger Nascimento, me peguei pensando se este pensamento está, realmente, ausente na obra destes autores e já faz parte do senso comum.

Há alguns anos, em uma reunião do Grupo de Discussão de Evolução da Universidade Federal do Ceará, comentei que, segundo o paradigma atual, se considerarmos peixes como um clado, ou grupo natural (onde todos os integrantes compartilham um ancestral comum) a idéia completamente intuitiva (compartilhada por qualquer criança de dez anos ou menos) de que baleia é peixe, está completamente correta. Na verdade, se peixes existem como um clado e não só como uma palavra solta, que designa animais com um plano corporal conservativo compartilhado, sem considerar as relações de parentesco, eu, você, celacantos, salamandras, cachorros, elefantes, girafas e baleias somos, sim, peixes!

Os animais que chamamos, de forma generalista, de peixes possuem várias características em comum. São aquáticos, têm nadadeiras, muitos têm escamas… mas, e quanto à história evolutiva e às relações de parentesco destes bichos? Os celacantos e peixes pulmonados estão muito mais proximamente relacionados a nós e às baleias (e a todos os demais tetrápodes) do que aos tubarões ou peixes de nadadeiras raiadas. E agora? Se quisermos chamar celacantos de peixes, teremos que nos chamar de peixes! E o que acontece com as baleias? Baleia é peixe, ora.

 

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“sou um peixe glorificado”

 

Claro que esta idéia, a principio, nos parece absurda e herética. E assim ela foi tratada no grupo de discussão de evolução da UFC. E comecei a perceber que isto está intimamente ligado ao fato de que não abandonamos de verdade o pensamento tipológico. Segundo o senso comum (e o pensamento da maioria dos estudantes de biologia), peixes têm uma essência. A partir do momento em que a nadadeira de um peixe se modifica a ponto de parecer superficialmente completamente diferente da estrutura que a originou, ela passa a ser chamada de membro. Sua origem é esquecida e os animais que possuem membros não são mais peixes. São tetrápodes, animais glorificados, que deram origem à “perfeita máquina” que é o corpo humano (por favor, leia a ultima frase em tonalidade irônica).

Mas não vamos nos sentir mal por conta disso! Não fomos apenas nós, meros estudantes de biologia, que falhamos em nos livrar do pensamento tipológico. Ele está sempre presente na Escola Evolutiva de sistemática, proposta pelos mesmos cientistas que idealizaram a Síntese Evolutiva (supostamente aqueles que, assim como Darwin, já teriam abandonado completamente o pensamento tipológico).

Segundo a Escola Sistemática Evolutiva, ou gradista, pelo fato de que tetrápodes acumularam, ao longo das eras, características suficientes para afastá-los de sua essência de peixes, eles merecem ser classificados separadamente, com outro nome. E é esta escola que normalmente seguimos, embora um novo paradigma já exista há décadas. É ela que está sedimentada no senso comum e nos impede de ver claramente que aves são répteis (de forma mais precisa, aves são dinossauros) e baleias são peixes. A árvore da vida se ramifica sempre e seus ramos não podem ser separados em diferentes grupos meramente por semelhanças superficiais.

Mais sobre este novo paradigma de classificação dos seres vivos em breve!

Obs: ver também We are the fishes, my friend

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Postado por Felipe Pinheiro

Em 1869, em uma palestra para a Royal Geological Society, em Londres, Thomas Henry Huxley, um dos mais importantes anatomistas ingleses da época, defendeu formalmente, a hipótese de que a origem das aves estava ligada intimamente aos dinossauros terópodes.

Naquela época, o conhecimento sobre dinossauros, de forma geral, ainda era incipiente (o primeiro dinossauro descrito formalmente data de 1824). Para sua teoria, Huxley baseou-se, primariamente, na osteologia de Megalosaurus. Segundo o anatomista, era possível reconhecer mais de 30 similaridades entre o esqueleto deste grande dinossauro carnívoro e os das atuais aves.

Edward Drinker Cope

Estas idéis, no entanto, são um pouco mais antigas. Já em 1864, Karl Gegenbaur, embriologista e anatomista de vertebrados, analisando a estrutura do calcanhar do pequeno dinossauro Compsognathus, propôs que este terópode teria sido uma forma intermediária entre as aves e os demais répteis. Edward Drinker Cope também já havia feito comparações entre terópodes e aves, evidenciando uma estreita relação entre Megalosaurus e avestruzes.

Como é comum quando hipóteses científicas revolucionárias são apresentadas, estas idéias não foram bem aceitas pelos acadêmicos. Várias teorias sobre a origem das aves já haviam sido propostas. No começo do século XIX, Jean Baptiste Lamarck propôs que as primeiras aves teriam surgido a partir de espécies de tartarugas (o botânico se utilizou do bico córneo comum a estes dois grupos de animais como parâmetro anatômico). Após a publicação de A Origem das Espécies, possíveis grupos precussores das aves variaram de pterossauros a diferentes grupos de arcossauromorfos basais. Alguns cientístas chegaram a propor uma origem polifilética para estes animais – vários grupos diferentes teriam evoluido e resultado na imensa variedade atual.

Na mesma reunião da Sociedade Geológica Real onde Huxley defendeu suas idéias, o paleontólogo Harry Seeley questionou que as similaridades entre Megalosaurus e aves poderiam ser fruto de convergência evolutiva. As características anatômicas comuns poderiam ter sido originadas a partir de adaptações ao hábito bípede.

No começo do século XX, a hipótese terópode perde terreno devido à descoberta do arcossauromorfo Eupakeria capensis. O paleontólogo Robert Broom, autor da descoberta, defendeu que os dinossauros terópodes seriam muito especializados para terem dado origem às aves. Dessa forma, estas, assim como os próprios terópodes, deveriam ter evoluido a partir de formas arcossauromorfas bípedes, similares ao Eupakeria.

Um dos principais argumentos dos críticos da hipótese terópode baseava-se na chamada Lei da irreversibilidade, segundo a qual uma estrutura anatômica, após ter sido perdida no decorrer da história evolutiva, não poderia nunca surgir novamente. Esta lei, que hoje sabemos não fazer muito sentido, era aplicada à uma das estruturas anatômicas mais característica das aves – a fúrcula (conhecida popularmente como “ossinho da sorte”). Esta estrutura é derivada da fusão das clavículas. O problema é que, até aquela época, a presença de clavículas não havia sido observada e nenhuma das espécies conhecidas de dinossauros. Dessa forma, de acordo com a lei da Irreversibilidade, as aves nunca poderiam ter sua origem vinculada a animais sem clavículas. No entanto, clavículas em dinossauros já eram conhecidas. Infelizmente, estas estruturas eram constantemente confundidas com outros elementos esqueletais, como aconteceu na descrição de Oviraptor – um terópode pertencente a uma linhagem bem próxima à das aves.

No começo dos anos 1960, John Ostrom, paleontólogo da universidade de Yale, vasculhando antigas coleções remanescentes das espedições paleontológicas de Barnum Brown, encontrou os restos de uma espécie de dinossauro ainda desconhecida para a Ciência. O paleontólogo batizou o novo animal de Deinonychus antirhopus. Este terópode de médio porte tornou-se, instantaneamente, um marco na história da Paleontologia de Vertebrados – após sua descoberta, a imagem de dinossauros como bestas lentas e estúpidas foi abandonada, dando lugar à ideia de animais ágeis, possivelmente de sangue quente, como é mostrado no filme Jurassic Park.

O estudo de Deinonychus marcou, também, o ressurgimento da hipótese terópode: o animal possuia, inquestionavelmente, inúmeras semelhanças anatômicas com Archaeopteryx, considerado, naquela época, a ave mais primitiva. Pouco tempo depois, o argumento da ausência de clavículas em dinossauros cái por terra – esta estrutura passa a ser reportada em inúmeros dinossauros, incluindo Allosaurus, Tyrannosaurus, oviraptorídeos, therizinosaurídeos, troodontídeos e dromaeossaurídeos.

O oviraptorídeo Citipati encubando seus ovos

Evidências adicionais corroborando a hipótese terópode logo vieram à tona. Uma das mais interessantes é a comprovação de hábitos de nidificação e incubação de ovos tipicamente avianos em oviraptorídeos. A microestrutura da casca dos ovos destes animais se assemelhava muito mais à condição presente em aves atuais do que àquela presente em crocodilos, por exemplo. Além disso, é conhecida a ocorrência de esqueletos deste tipo de dinossauro em postura de choco – os animais foram soterrados enquanto incubavam seus ovos.

Sinosauropteryx

No entanto, a evidência mais conclusiva quanto à origem dinossauriana das aves foi descoberta apenas em 1996, quando fazendeiros chineses desenterraram o esqueleto de um pequeno dinossauro terópode, batizado pelos pesquisadores de Sinosauropteryx prima. As características anatômicas deste animal permitiram-no ser classificado como um parente próximo de Compsognathus. O que chamou, porém, mais atenção foi a preservação, ao longo do dorso do animal, de uma cobertura plumulácea, formada por pequenos filamentos ramificados e com base oca, algo muito próximo do que era esperado para a estrutura das primeiras penas.

Após Sinosauropteryx, uma overdose de pequenos terópodes com penas, provenientes de rochas sedimentares chinesas, encheu as páginas dos mais importantes periódicos científicos. Alguns deles, diferentemente de Sinosauropteryx, já apresentavam penas extremamente bem desenvolvidas, algumas delas muito semelhantes às chamadas penas de voo das aves modernas (estruturas assimétricas e com vexilos fechados, podendo funcionar como um aerofólio). Como exemplos destes dinossauros, podemos citar Caudipteryx, Protarchaeopterys, Beipiaosaurus e Sinornithosaurus.

Em 2003, quando a comunidade científica já está acostumada com a idéia de dinossauros emplumados, mais um animal merece destaque na capa da revista britânica Nature. O dinossauro, batizado de Microraptor gui, possui penas de voo bem desenvolvidas tanto nos membros dianteiros quanto ao longo de toda a extensão dos membros traseiros! Essa característica peculiar faz com que o animal receba o apelido de “dinossauro de quatro asas”. Microraptor é interpretado como sendo um planador arborícola.

holótipo de Microraptor gui

Pouco tempo depois, a descrição de exemplares mais completos de Pedopenna, um animal posicionado filogeneticamente mais próximo das aves do que dos demais dinossauros, revela que este, também, possuia penas de voo bem desenvolvidas nos membros posteriores. A posterior descrição, em 2009, de Anchiornis, um troodontídeo basal, também com penas nos membros posteriores, nos revelou um interessante cenário: a presença de “quatro asas” em um troodontídeo basal, um compsognathídeo basal e uma ave basal sugere que esta seja uma característica primitiva, presente no ancestral comum mais recente destes três táxons. Desta forma, a condição “quatro asas” teria sido um importante estágio evolutivo na origem do voo das aves modernas.

Cladograma mostrando o posicionamento filogenético de Anchiornis, Microraptor e Pedopenna. Retirado de Witmer (2009).

Raros são os cientístas que, hoje, ainda adotam posições contrárias à hipótese terópode. A origem das aves dentro de Dinosauria é, segundo as palavras do paleontólogo Luis Chiappe, tão sólida cientificamente quanto a origem dos humanos dentro dos primatas.

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