BIOLOGIA EVOLUTIVA
Autor: Maria | Publicado: 2012-03-18T05:25:00-07:00

Biologia EvolutivaENSINO DE BIOLOGIA EVOLUTIVA UTILIZANDO A ESTRUTURA CONCEITUAL DA      SISTEMÁTICA FILOGENÉTICA
Introdução
A teoria da evolução é o núcleo da biologia histórica. A idéia de que todos      os organismos do planeta (incluindo as espécies extintas e o homem) compartilham      um ancestral comum em algum nível hierárquico e que, portanto, estão historicamente      conectados, teve um impacto profundo no desenvolvimento da biologia a partir      do século XIX. Após os trabalhos de Alfred Wallace e Charles Darwin (os artigos      de 1858 e o clássico “Origem das Espécies” de 1859) e especialmente      depois da fusão com as novas idéias da genética, da paleontologia e da história      natural na primeira metade do século XX, a teoria da evolução transformou-se      no paradigma central da biologia, influenciando inúmeras outras áreas do conhecimento      humano (Mayr, 2000; Meyer &amp; El-Hani, 2005). Nas palavras de um dos grandes      evolucionistas do século XX, Ernst Mayr (2000, p. 56), “a forma como      concebemos o mundo e o lugar que ocupamos nele neste início do século XXI      difere radicalmente daquela vigente no início do século XIX (...) nenhum biólogo      parece ter sido responsável por mais modificações – e por modificações      mais drásticas para a visão de mundo de pessoas comuns – que Charles      Darwin”.
O estabelecimento da teoria da evolução nas ciências naturais foi crucial      para essa nova concepção da realidade.
Por ser o arcabouço estrutural das ciências biológicas, a teoria da evolução      pode funcionar também como o princípio organizador do ensino de biologia.      No entanto, a abordagem tradicional nas escolas brasileiras muitas vezes não      trata os temas evolutivos de maneira adequada, especialmente quando restringe      seus conteúdos a uma visão limitada e descontextualizada tanto em termos históricos      quanto conceituais. O estudo da evolução acaba se restringindo à contraposição      Darwin versus Lamarck e a aproximações grosseiras de suas principais idéias      e exemplos utilizados para ilustrá-las (Roque, 2003). A falta de cuidado na      exposição da teoria acaba por se refletir em aprendizado deficiente e na perpetuação      de interpretações incorretas sobre evolução e assuntos correlatos.
Ao tratarem da teoria da evolução, algumas das maiores dificuldades dos      professores e dos alunos relacionam-se à (1) assimilação do dimensão temporal      das mudanças evolutivas, (2) reconhecimento da importância do pensamento populacional,      (3) impossibilidade de se descobrir os verdadeiros grupos ancestrais dos organismos,      (4) idéia de progresso na evolução e (5) relações genealógicas entre o homem      e os demais animais. Essa lista converge com falsas concepções divulgadas      pela mídia, as quais ecoam no ensino de biologia, dando origem a um ciclo      sem fim de más interpretações.
Apesar de normalmente aplicada a estudos específicos de classificação biológica,      a sistemática filogenética pode ser utilizada para enfraquecer o paradigma      essencialista no ensino de biologia, reforçando a idéia de que a melhor metáfora      para a evolução é uma árvore da vida, ramificada, e não uma fila indiana progressiva      que vai de organismos mais “simples” até os mais “complexos”.      Além disso, a sistemática filogenética possibilita a síntese de uma grande      quantidade de informação (tais como características de morfologia externa,      embriologia, fisiologia e comportamento) em árvores evolutivas – os cladogramas,      também chamados de filogenias –, nas quais são dispostas as relações      de parentesco entre grupos biológicos baseadas na modificação de seus atributos      através do tempo. Além disso, pelo fato dos cladogramas corresponderem à hipóteses      sobre a evolução dos grupos, seu uso pode facilitar a introdução de conceitos      relativos à construção, corroboração e refutação de hipóteses científicas,      aproximando os estudantes da prática e da natureza da ciência biológica.
O método filogenéticoO entomólogo alemão Willi Hennig foi o primeiro a propor um método para se      estabelecer as relações de parentesco entre os seres vivos fundamentado na      teoria da evolução de Darwin e Wallace.
Para ele (Hennig, 1966), os organismos relacionavam-se genealogicamente      uns com os outros devido à descendência com modificação a partir de ancestrais      comuns. 
O método hennigiano ficou conhecido como sistemática filogenética      (e, posteriormente, cladística) e representou uma reviravolta na prática classificatória:      Hennig uniu a objetividade metodológica à perspectiva evolutiva para a criação      de um sistema de referência que refletisse os resultados do processo evolutivo,      e que acabou por influenciar profundamente o pensamento biológico após a segunda      metade do século XX.
Segundo Hennig, entre os organismos somente podem ser conhecidas as relações      colaterais de parentesco ou de grupos-irmãos (do tipo ‘A’ e ‘B’      compartilham um ancestral comum exclusivo, ausente em um terceiro grupo, ‘C’)      e não as relações de ancestraldescendentes (do tipo ‘A’ deu origem      a ‘B’). Independentemente da quantidade de informações disponíveis,      nunca se pode estabelecer se um determinado grupo foi o ancestral de qualquer      grupo recente. Os fósseis, nesse contexto, estão sujeitos aos mesmos limites      de interpretação dos organismos vivos. Por meio da sistemática filogenética,      a idéia da evolução orgânica foi alterada de uma narrativa sobre a história      da vida para uma teoria científica que versa sobre a organização do mundo      natural por meio de uma estrutura hierárquica particular.
A reconstrução das relações de parentesco, para a sistemática filogenética,      depende do levantamento e análise de características dos organismos consideradas      similaridades especiais, os chamados caracteres derivados (modificados) ou      apomorfias. Quando as apomorfias são compartilhadas por pelo menos dois grupos,      elas são definidas como sinapomorfias. Esses caracteres derivados são sempre      homologias, atributos semelhantes que surgiram no ancestral comum de grupos      genealogicamente relacionados e que se modificaram com o passar das gerações.
Um exemplo simples de estrutura homóloga: os ossos rádios      presentes no membro anterior de um eqüino, na asa de uma ave e no braço de      um Homo sapiens.
A partir do reconhecimento das relações de grupos-irmãos, expressas nos      cladogramas, pode-se depreender a história evolutiva.
Outro conceito fundamental para a sistemática filogenética é a idéia de      grupo monofilético. Desde a Antigüidade clássica, muito antes do aparecimento      da teoria da evolução, procurava-se uma maneira de se identificar, na natureza,      quais grupos teriam existência real e quais seriam apenas construções humanas      (de Pinna, 2001). Hennig propôs que apenas os grupos monofiléticos podem ser      considerados naturais, pois são eles que carregam a informação da história      evolutiva dos grupos em discussão e, portanto, refletem diretamente o processo      de descendência com modificação. Grupos monofiléticos são aqueles que contêm      o ancestral comum mais recente e todos os descendentes desse ancestral, e      podem ser identificados por compartilharem características exclusivas (sinapomorfias)      resultantes do processo evolutivo. Para um resumo do método filogenético,      um livro introdutório é o Fundamentos de Sistemática Filogenética, de Amorim      (2002).
Ensinar biologia através de uma abordagem filogenética não significa, no      entanto, utilizar o método e seus algoritmos na sala de aula. O que se propõe      aqui é a utilização de hipóteses filogenéticas para a organização e apresentação      dos conteúdos biológicos.
De posse de uma filogenia robusta, o professor tem a possibilidade de optar      por estratégias didáticas que permitam aos alunos reconhecer a evolução de      determinadas características nos diversos grupos biológicos. Em uma aula voltada      à citologia, por exemplo, a partir de um cladograma que mostre as relações      entre as bactérias, as arqueobactérias e os eucariotos, pode-se mostrar a      evolução da respiração celular nos eucariotos a partir dos processos de fermentação      já existentes nos procariotos. Um cladograma dos animais (tecnicamente chamados      de eucariotos metazoários) auxilia na exposição do que muda e do que se mantém      conservado na embriologia desses organismos ou na sua estrutura morfológica      geral. Todos os principais caracteres derivados – que são, em um primeiro      momento, evidências para a construção das filogenias usadas nas aulas –,      podem ser utilizados para a compreensão da evolução. Dessa maneira, a “árvore      da vida” funciona como um guia para a preparação e apresentação dos conteúdos,      associando o reconhecimento da diversidade biológica ao processo evolutivo      que afeta todos os aspectos do mundo natural. O cladograma orienta o professor      antes e durante as aulas e permite ao aluno visualizar os padrões hierárquicos      entre as espécies sob a luz de uma estrutura conceitual evolutiva, assim como      a transformação de estruturas ao longo do tempo.
A adoção de aspectos da sistemática filogenética contraria a forma tradicional      do ensino de biologia, baseada na segmentação de uma área do conhecimento      em um grande número de disciplinas diferentes e aparentemente desconexas.      Dividir a biologia em subtópicos prejudica o ensino e dificulta o aprendizado.      A abordagem filogenética não considera a evolução como mais uma disciplina      entre outras, celebrizada por figuras geniais e controversas como Lamarck      e Darwin, mas como o princípio unificador do mundo natural biológico.
A abordagem na escolaA linguagem é um dos grandes problemas no ensino de biologia. As limitações      do nosso vocabulário e o fato dele ter sido construído em um período pré-evolutivo      são responsáveis por um grande rol de dificuldades na comunicação de temas      evolutivos (por exemplo, asas de aves, asas de insetos e asas de aviões –      a mesma palavra é usada para descrever estruturas com funções similares que      têm origens evolutivas completamente diferentes ou mesmo nenhuma relação biológica).      Crescemos pensando em termos de analogia e não de homologia. Deste modo, uma      reviravolta conceitual é necessária para apresentar um mundo natural em evolução.      Para o historiador e filósofo da ciência Thomas Kuhn (2006, p. 45), “a      violação ou distorção de uma linguagem científica anteriormente não-problemática      [no nosso caso, a ênfase nas analogias] é a pedra de toque para a mudança      revolucionária”. Apenas alterando a maneira como se utiliza a linguagem      é que se poderá alcançar um conhecimento mais rico sobre a natureza.
Devemos nos concentrar em uma abordagem centrada no conceito de homologia,      que pode ser introduzida desde o início das aulas de ciências do ensino formal.      Este seria o primeiro passo para uma abordagem filogenética mais ampla. O      conceito moderno de homologia enraíza-se em uma visão da natureza fundamentada      na idéia de que mudanças na função de estruturas orgânicas são anteriores      às alterações morfológicas dessa estrutura durante a evolução. 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. Isso nos previne de uma terminologia finalista      (“esta estrutura serve para...”) uma vez que estruturas podem permanecer      inalteradas por muitas gerações e ainda assim apresentar mudanças de natureza      fisiológica e/ou comportamental ao longo do tempo. Este é o clássico caso,      por exemplo, das pernas dos artrópodes. Em algumas linhagens, como nos extintos      trilobitos, há séries de pernas pouco modificadas com funções alimentar, respiratória      e locomotora. Em outros grupos, esses apêndices foram profundamente modificados      ao longo da evolução, algumas vezes adquirindo funções ultra-especializadas.      De fato, os apêndices dos artrópodes são todos homólogos nas diferentes linhagens      – apesar da grande variedade morfológica, apêndices são a mesma estrutura,      mas diferenciada. Como alguém pode dizer que pernas existem para andar se      esta estrutura nem sempre foi relacionada apenas com esta função? Dentro dessa      perspectiva voltada à compreensão das homologias, a idéia de que todo animal,      planta, alga ou microorganismo está historicamente conectado em algum nível      hierárquico fica mais clara. Todos os organismos têm células (bactérias são      células sem núcleo).
Todos os animais são multicelulares.
Células da pele (epidérmicas) são compartilhadas por todos os animais –      a epiderme de uma medusa tem a mesma origem evolutiva da epiderme de uma planária,      de um peixe ou da nossa própria, uma vez que ela se originou no ancestral      comum dos eumetazoários.
Alguns grupos de animais têm vértebras, que são modificações de uma estrutura      esquelética presente no ancestral comum de todos os vertebrados (isso significa      que as vértebras, nos diferentes grupos, são estruturas homólogas). Assim,      todos os animais vertebrados estão conectados pelo processo evolutivo, e descendem      de um único ancestral no qual apareceram, pela primeira vez, estruturas homólogas      às vértebras das espécies recentes. Os exemplos a serem utilizados são inúmeros      – há muitos casos de homologias que podem ajudar os professores a explicar      como a evolução trabalha.
Após a compreensão do conceito de homologia, como explicar evolução divergente,      ou seja, a origem de novas espécies? 
Nesse ponto, seria introduzido um segundo passo da abordagem filogenética:      a estrutura hierárquica.
Apresentar uma árvore evolutiva com animais (e outros organismos) posicionados      em seus ramos terminais aparentemente não é o bastante, pois isso deve ser      ancorado em um arcabouço conceitual anterior. Uma maneira fácil de ilustrar      a idéia de modificações ao longo do tempo pode ser utilizar as relações familiares      dos alunos. O conhecimento a respeito das relações entre seus parentes auxiliará      na compreensão da estrutura genealógica da natureza, bem como para demonstrar      a existência de variações dentro das populações. Com uma genealogia em mãos      (um esquema simples mostrando os avós, seus filhos, os filhos dos seus filhos),      pode-se apresentar e discutir conceitos como ancestralidade comum, grupo-irmão      e variação intrínseca. Toda criança sabe que os filhos não são idênticos aos      seus pais (eles têm diferenças na altura, coloração dos olhos e cabelos, forma      do nariz etc.), apesar deles portarem várias semelhanças. Isso é a variação      no interior das populações.
Apesar das características individuais exclusivas, em geral dois irmãos      são mais similares entre si quando comparados a uma terceira pessoa, como      um primo ou vizinho. Qual é a causa da maior proximidade entre os irmãos?      Eles apresentam o mesmo ancestral imediato (seu pai), que não é o mesmo ancestral      compartilhado com seu primo ou seu vizinho. O que dizer dos filhos desses      irmãos? Eles provavelmente serão mais similares a seus pais do que aos seus      avós.
Extrapolando o cenário genealógico para o mundo natural, com um vetor temporal      muito maior, de milhões ou mesmo bilhões de anos, e associando-o com o conceito      de homologia, podemos explicar, por exemplo, porque um gato doméstico e um      leão são mais proximamente relacionados um com o outro (neste sentido, são      grupos-irmãos) do que com um cão, um cavalo ou um peixe. Como pontuado por      pelo paleontólogo Stephen Jay Gould (2003, p.
23), “A árvore da vida e a genealogia de cada família compartilham      a mesma topologia e o mesmo segredo de sucesso em unir dois temas aparentemente      contraditórios de continuidade (...) e mudança”.
A abordagem filogenética está baseada no conceito de homologia e no reconhecimento      da estrutura genealógica da natureza. Desde o início, a biodiversidade deve      ser apresentada sob um panorama evolutivo, com um contínuo refinamento desta      noção por meio de um crescente entendimento do conceito de evolução como central      e unificador da ciência da vida.
Em aulas de níveis mais avançados (a partir do primeiro ano do ensino médio),      o professor pode introduzir a sistemática filogenética como um método de reconstrução      das relações evolutivas entre os grupos biológicos baseado no teste de hipóteses      de homologia. A intenção é mostrar que toda homologia é uma proposta, uma      conjectura, que sugere um agrupamento particular entre espécies – nesse      contexto, o propósito de todo estudo evolutivo é obter o maior número de hipóteses      de homologia que sugiram agrupamentos semelhantes, isto é, que sejam congruentes      umas com as outras. 
Por exemplo: ao compararmos cavalos, golfinhos e peixes,      vamos perceber que há mais semelhanças entre cavalos e golfinhos (mais hipóteses      congruentes de homologia sugerindo que os dois grupos estão mais próximos      entre si em relação aos peixes, como a presença de glândulas mamárias, a articulação      da mandíbula, os ossículos do ouvido interno, as articulações dos membros      superiores e inferiores, a presença de placenta) do que entre golfinhos e      peixes (que têm, como característica compartilhada exclusiva, apenas o formato      hidrodinâmico, que facilita os movimentos dentro da água).
Importância das filogeniasComo dito anteriormente, uma forma de representar as hierarquias de homologias      é uma filogenia ou cladograma. A partir dele, o professor será capaz de descrever      a biologia como resultado do processo de descendência com modificação ao longo      do tempo.
Todos os aspectos bioquímicos da vida (como a evolução da fermentação, da      respiração celular e do processo fotossintético), todas as características      animais e vegetais, qualquer detalhe na fisiologia dos organismos, em síntese,      todos os aspectos do mundo vivo poderão ser plotados em diagramas ramificados,      que resumirão os padrões de distribuição dessas características. Segundo Hennig      (1966, p. 22),
      “Fazendo da sistemática filogenética o sistema geral de referência        (…) há a inestimável vantagem de que as relações com todos os outros        sistemas biológicos concebíveis podem ser mais facilmente representadas        através dela.
Isso ocorre porque o desenvolvimento histórico dos organismos deve necessariamente        estar refletido de alguma forma em todas as relações entre os organismos.
Conseqüentemente, relações diretas estendem-se da sistemática filogenética        para todos os outros possíveis sistemas, enquanto freqüentemente não há        tais relações diretas entre esses outros sistemas”.
Desta forma, a árvore da vida trabalha como um guia para se preparar e se      apresentar todos os conteúdos em sala de aula.
O cladograma é a principal ferramenta na nossa proposta, particularmente      durante o processo de construção da perspectiva hierárquica da natureza. Ele      orientará os professores antes (na preparação e escolha de conteúdo) e durante      as aulas (na exposição e discussão dos tópicos selecionados), além de ajudar      os alunos a visualizarem os padrões hierárquicos naturais à luz de um paradigma      evolutivo não-essencialista. Apesar de ainda haver diversos pontos de discórdia      sobre como se estrutura a árvore da vida, isso não é um problema para a abordagem      filogenética aqui discutida. Os cladogramas usados nas salas de aula devem      se adequar às necessidades pedagógicas e ao escopo das aulas, o que significa      que hipóteses filogenéticas (como guias) não necessitam de grande detalhamento      com um vasto número de grupos e todas as relações resolvidas entre eles. Faz      pouco sentido trabalhar com hipóteses que mostrem as relações entre espécies      e gêneros, ou mesmo famílias em certos grupos muito diversos, uma vez que      esse nível de detalhamento encontra-se muito além dos objetivos didáticos      das aulas dos níveis fundamental e médio. Cladogramas gerais, que exibam apenas      grupos representativos, são preferíveis porque evitam que os estudantes (e      mesmo os professores) tenham como foco um grande e desnecessário número de      nomes de grupos, ao invés das modificações de características implícitas nas      relações entre eles.
O principal objetivo da nossa proposta é facilitar a compreensão da biodiversidade      por meio de uma estrutura evolutiva, fornecida por árvores filogenéticas e      não por compêndios de nomes de espécies. Também como uma forma de fugir do      conhecimento do sensocomum, os cladogramas usados em sala de aula devem ser      derivados de estudos científicos prévios, que contêm evidências que os sustentam,      as quais podem ser discutidas com os alunos (como será comentado na segunda      parte desse artigo). 
Tais diagramas podem ser obtidos em livros-texto, muitos deles traduzidos      para o português: especificamente sobre animais invertebrados, há      boas compilações em Ruppert et al. (2005), Brusca &amp; Brusca (2007) e Barnes      et al.
(2008); Pough et al. (2008) dedica-se à evolução dos vertebrados.
Charles Morphy Dias Santos
Adolfo Ricardo Calor
Referências
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Fonte: www.ige.unicamp.br