segunda-feira, 16 de novembro de 2009

Ensinando evolução através de filogenias - II

A postagem a seguir continua a discussão iniciada aqui.


A abordagem na escola


Em "Rimas da vida e da morte", o escritor israelense Amos Óz escreve: "Existem respostas espertas e respostas evasivas. Respostas simples e diretas não existem". Essa frase é coerente com os desafios e problemas encontrados pelos professores ao ensinarem evolução nas escolas. Aqui não serão discutidas fórmulas fáceis ou receitas prontas para enfrentar cada situação particular.


Qualquer pessoa que já tenha lidado com uma sala de aula em disciplinas de biologia percebe que a linguagem é um dos maiores obstáculos para o ensino efetivo das ciências da vida. As limitações do nosso vocabulário e o fato dele ter sido construído muito antes de qualquer proposição de teoria evolutiva acabam por trazer inúmeras dificuldades para a comunicação de qualquer coisa relacionada à evolução. Desde pequenos, aprendemos com base na noção de analogia e não de homologia - nem poderia ser diferente. Usamos, por exemplo, termos como mandíbula para identificar estruturas presentes em insetos e em vertebrados, ou asas, para fazer referência a insetos, aves, pterossauros, aviões... São as mesmas palavras para descrever estruturas com funções semelhantes e origens completamente distintas. Quando os professores vão discutir evolução, a desconexão entre a linguagem comumente utilizada e uma linguagem que acomode os conceitos evolutivos fica patente - como bem lembrou Gerardo Furtado em um dos comentários da postagem anterior, também os docentes trazem conceitos deficientes para a sala de aula. É necessário, portanto, alterar o modo como utilizamos a linguagem para que alcancemos um conhecimento mais apropriado da natureza.


Uma possível abordagem para o ensino de evolução concentra-se na definição de homologia. Não há motivos para protelar essa discussão no ensino formal: ela pode ser introduzida desde o primeiro contato dos alunos com a diversidade do mundo natural.


Homologias, homologias


Quando consideramos que dois atributos são homólogos em dois organismos distintos, o que isso significa? Em linhas gerais, no contexto evolutivo, podemos dizer que tais características surgiram no ancestral comum desses dois organismos e se modificaram até o estado atual observado. Pernas anteriores de cavalos e braços de primatas são estruturas homólogas porque são modificações de membros anteriores, com esqueleto interno e musculatura, que remontam ao ancestral comum de todos os animais tetrápodes (com quatro patas). O conceito moderno de homologia fundamenta-se na hipótese de que mudanças na função de estruturas orgânicas são anteriores às alterações morfológicas dessa estrutura durante a evolução - isso vale para uma grande quantidade de casos. A partir dessa perspectiva, professores serão capazes de apresentar a evolução como um conjunto de modificações contínuas de funções ao longo do tempo, eventualmente seguidas de modificações da morfologia.


O sucesso nessa etapa inicial é perceptível quando se nota que o aluno consegue compreender que o raciocínio finalista ("essa estrutura serve para...") não cabe no discurso evolutivo. A teleologia é uma das grandes pragas da biologia evolutiva, disseminada inclusive entre professores e divulgadores de ciência. Qualquer estrutura deve ser compreendida como o resultado de um processo histórico. Partes corpóreas relacionadas a uma dada função no presente podem não ter estado relacionadas às mesmas funções no passado. É o caso dos apêndices de artrópodes. O erro decorrente do finalismo fica evidente quando comparamos espécies recentes desse grupo com seus primos distantes extintos, os Trilobita. Nestes, todas as pernas são semelhantes, apesar de desempenharem múltiplas funções (alimentar, reprodutiva, respiratória e locomotora). Em outras linhagens de Arthropoda, os apêndices foram profundamente modificados ao longo da evolução. É o caso de cupins, nos quais há apêndices bucais especializados na alimentação (mandíbulas e maxilas), apêndices locomotores e apêndices abdominais reprodutores. De fato, os apêndices são todos homólogos nas diferentes linhagens dos artrópodes – apesar da grande variedade morfológica dentro do grupo, apêndices são estruturas de mesma origem, mas modificadas durante o processo evolutivo. Como alguém pode dizer que pernas existem para andar se essas estruturas nem sempre estão relacionadas apenas à função de locomoção? Nos cupins, por exemplo, as pernas bucais trabalham na alimentação; nos trilobitos, as pernas participavam de quase todas as funções vitais.

Discutir o conceito de homologia pode ser mais fácil quando a ele se associa o reconhecimento da biodiversidade. As espécies estão todas historicamente conectadas em algum nível hierárquico, independentemente da quantidade de diferenças existentes entre quaisquer organismos escolhidos para a comparação (você e um paramécio são primos, sim! Distantes, mas ainda assim parentes).Todos os animais, por exemplo, são organismos multicelulares. Alguns grupos de metazoários têm ossos e esses ossos são modificações de uma estrutura esquelética presente no ancestral comum de todos os vertebrados (os ossos são homólogos entre os vertebrados). O aluno deve ser levado a compreender que as células da parede da cavidade gástrica de uma água-viva têm a mesma origem que grande parte das células do estômago de uma barata, de um gato e do dele próprio. Essas células endodérmicas são homólogas, pois estão presentes desde o ancestral comum de todos os ditos "animais verdadeiros" (que incluem todos os metazoários menos as esponjas). Há muitos outros exemplos de homologias que podem ajudar os professores a explicar como a evolução funciona.

Hierarquias no mundo natural

A compreensão do que são as homologias e da sua importância na evolução só será adequada quando a estrutura hierárquica da natureza também for discutida. Uma das maneiras de começar a falar disso na sala de aula é utilizar os próprios conhecimentos do aluno a respeito da genealogia da sua família. Como cita Stephen Jay Gould na sua última coletânea de ensaios sobre história natural (I have landed - the end of a beggining in natural history, publicada em 2003, um ano após sua morte), "a árvore da vida e a genealogia de cada família compartilham a mesma topologia e o mesmo segredo de sucesso na mistura de dois temas aparentemente contraditórios de continuidade (...) e mudança" (página 23).
Com uma árvore genealógica em mãos, o aluno poderá visualizar aquilo que, no início, parece apenas uma abstração, como o conceito de ancestralidade comum ou a idéia de grupos-irmãos. Toda criança em idade escolar sabe que os filhos dificilmente são idênticos aos seus pais (eles têm diferenças na altura, coloração dos olhos, da pele e cabelos, forma do nariz, das orelhas, dos dedos). Apesar disso, não é difícil convencê-los de que existem muitas semelhanças entre eles e seus pais, ou entre eles e seus irmãos e primos. Mesmo com características particulares, em geral dois irmãos se parecem mais entre si quando comparados a uma terceira pessoa, como um primo ou vizinho (a não ser que alguma cerca tenha sido pulada...). Qual é a causa da maior proximidade entre os irmãos? Simples: eles têm os mesmos pais, ou seja, têm um ancestral imediato compartilhado, que não é o mesmo do seu vizinho ou do seu primo. O que dizer dos filhos desses irmãos? Eles provavelmente serão mais similares a seus pais do que aos seus avós. 

Extrapolando o cenário familiar para a "natureza selvagem", e tomando-se o cuidado de apresentar um vetor temporal maior, de milhões ou mesmo bilhões de anos, associando-o com o conceito de homologia, podemos explicar porque um gato doméstico e um leão são mais proximamente relacionados um com o outro (são grupos-irmãos) do que com um cachorro, um peixe ou uma esponja. Meus alunos preparam breves ensaios sobre o assunto, que podem ser lidos aqui, aqui e aqui.


A maneira de representar as hierarquias de homologias é uma filogenia - uma árvore cheia de ramos, no ápice dos quais são posicionadas as espécies ou grupos discutidos, também chamada de cladograma. Esses diagramas ramificados são fundamentais para a descrição do mundo vivo como resultado do processo de descendência com modificação ao longo do tempo e não como um processo de transformação linear de uma espécie em outra. O que torna essa perspectiva tão interessante é que qualquer atributo biológico pode ser plotado nas filogenias - todos os aspectos bioquímicos da vida (e.g., evolução da fermentação, respiração celular, processo fotossintético), todas as características animais e vegetais, qualquer detalhe na fisiologia e comportamento dos organismos, etc.

de Cardoso et al. BMC Evolutionary Biology 2006 6:108 doi:10.1186/1471-2148-6-108


Aqui, é preciso respeitar as necessidades pedagógicas das turmas em que se está trabalhando. Pode ser vantajoso utilizar filogenias mais gerais, sacrificando o detalhamento em prol de uma melhor compreensão por parte dos estudantes e também dos professores. O foco não é na memorização de intermináveis listas de nomes de espécies (ou grupos) e das características de cada uma delas. A idéia é mostrar o que se mantém e o que modifica: o ancestral de todos os "animais verdadeiros" tem dois folhetos embrionários (ectoderme e endoderme); isso permanece em TODOS os outros animais! Não é preciso repetir, sempre que se falar de um grupo qualquer de metazoários, que ele apresenta ectoderme e endoderme se a filogenia dos animais estiver mais ou menos sedimentada na cabeça do aluno (e do professor).

A partir dessa estrutura ramificada, podemos discutir o que se modifica durante a evolução, o que permanece invariável e o que surge apenas em um ou outro grupo. Nessa proposta, filogenias funcionam como guias para preparar e apresentar todos os conteúdos em sala de aula - não só em disciplinas onde esse tipo de abordagem é mais aceita, como zoologia e botânica, mas também em disciplinas de citologia, genética ou embriologia. Os diagramas ramificados orientarão os professores na preparação e escolha de conteúdo para as aulas e durante as discussões em sala, além de ajudar os alunos na visualização da hierarquia da natureza à luz do paradigma evolutivo.
Continua

8 comentários:

Sarah Oliveira disse...

Olá!
Muito legal essa nova série de postagens, os exemplos são muito claros e didáticos e a zoologia/evolução parecem ainda mais belas. Realmente o ponto mais complicado é a modificação da linguagem, que está diretamente relacionada a nossa maneira de interpretar as coisas. Nesse sentido, eu diria que um incentivo à leitura na infância favoreceria e muito essa mudança de comportamento em uma idade mais madura, assim como uma formação de qualidade no terceiro grau. Mas o que vemos é ausência de literatura de qualidade voltada para o público jovem e professores não incentivados a entender e ensinar evolução. Nesse sentido, a discussão referente a parte I dessa série é realmente uma função de todos nós, um pequeno passo para um homem e um salto para a sociedade. Concordo com você. Até mais!

Charles Morphy disse...

Olá, Sarah!
O ponto que você tocou é absolutamente pertinente. A falta de leitura leva à enormes dificuldades na compreensão de textos e na apreensão dos aspectos importantes das teorias científicas. Mas há sim literatura de qualidade voltada para o público jovem! O que não existe é interesse!
Visite uma biblioteca. Ela certamente estará às moscas. Vá a um shopping. Ele NÃO estará vazio, independentemente do dia e do horário... são reflexos do nosso mundo pós-moderno.

gerardo furtado disse...

oi Prof. Charles,
essa questão da linguagem e da denominação das estruturas é realmente um nó górdio em alguns aspectos do ensino da evolução: o fato de chamarmos de "patas" nossos membros de tetrápodes, os apêndices torácicos dos insetos, os pódios dos asteróides ou mesmo os pseudópodos de uma ameba não traz benefício algum para o aluno... é como o caso do aluno que pergunta qual a relação (homologia ou homoplasia) entre os pêlos dos mamíferos e os pêlos das tarântulas!
vi nos links que você ensina morfofisiologia evolutiva, e queria aproveitar pra perguntar: não lhe incomoda termos como "pseudoceloma"? se é uma cavidade, o que faz essa raiz "pseudós" na palavra? (acho que blastoceloma não só é mais adequado como bem mais bonito. a mesma rixa tenho com o termo "pseudópode"...)
abraço.

Charles Morphy disse...

Olá, Gerardo!
Pseudoceloma é um dos piores termos da zoologia! Faço questão de dizer isso para meus alunos...
Se é uma cavidade, não é pseudo nada!
Definimos celoma como uma cavidade envolta por mesoderme. Assim, se o "pseudoceloma" não tem mesoderme a ele associada, ele não é um falso celoma! Ele simplesmente é uma cavidade...
O termo foi introduzido pela extraordinária zoóloga Libbie Hymann e, infelizmente, absorvido por todos os livros-textos de biologia. Além disso, a Hymman nunca disse que há uma série de transformação acelomados-pseudocelomados-celomados (que é a forma como muitos aprendem e muitos ainda ensinam).
Abraço!

André disse...

Olá, Charles,

Em primeiro lugar, parabéns pelo seu blog, e por todas suas iniciativas de divulgação das idéias evolutivas.

Escrevo por que estou trabalhando em uma tese de doutorado aqui em Florianópolis (UFSC), na área de filosofia da biologia. Minha tese é sobre o essencialismo vs. a noção de que as espécies são indivíduos.

Estive lendo seu artigo da Scientiae Studia, e fiquei curioso a respeito de como anda a aceitação das idéias do Kevin de Queiroz entre os sistematas. Particularmente, e com algumas ressalvas, defendo o PhyloCode e fico um pouco triste que houve um retrocesso em direção à consideração de grupos parafiléticos.

Mas, apesar do que dizem Rieppel, Ghiselin, e outros, me parece (opinião de filósofo) interessante você poder definir os nomes dos grupos monofiléticos à la de Queiroz.

Bem, seguimos conversando...

Charles Morphy disse...

Caro André,
Parece-me interessante seu trabalho! E bastante espinhoso também... quando você defende? Gostaria de conhecer um pouco mais da sua tese!
Quanto ao Phylocode, a discussão esfriou na comunidade. Há muita resistência ao seu uso, especialmente depois das mudanças de rumo do grupo capitaneado pelo de Queiroz.
Acredito que algumas das premissas originais do Phylocode são de difícil aplicação. Filogenias, por exemplo, são muito variáveis e há pouca concordância entre topologias obtidas com conjuntos de dados distintos (como morfologia e dados moleculares). Sem estabilidade, como nomear?
Acredito que a defesa da necessidade de se dar nomes apenas aos grupos monofiléticos independe da adoção de um código de nomenclatura como o Phylocode.
Agora, o abandono das categorias taxonômicas, a meu ver, é fundamental. Além do seu uso remontar ao período pré-evolutivo, não há correspondência entre categorias para grupos distintos. Exemplo: a família Hominidae tem apenas uma espécie; a família Tabanidae (de insetos dípteros) tem milhares. Por que a manutenção dessa categoria "família"? Prefiro falar de grupos ou clados...
Abraço!

Anônimo disse...

Ola boa tarde tenho uma questão de biologia e não to conseguindo responder será que pode me ajudar?

Anônimo disse...

Considere o diagrama a seguir como uma representacao das relações de parentesco evolutivo entre quatro filos de animais invertebrados: poriferos, cnidarios, platelmintos, e nematelmintos.Essa "árvore" é chamada cladograma, e os filos estão localizados nos terminais dos ramos.Os ramos representam a evolução do grupo a partir de um ancestral comum.os traços indicam o surgimento de uma caracteristica na história evolutiva. A) que caracteristicas certamente estariam presentes no ancestral comum de todos esses animais?