A biodiversidade como ferramenta de ensino

O Laboratório Interdisciplinar de Formação do Educador (L@IFE) foi criado em 2001 junto ao Departamento de Psicologia e Educação da FFCLRP, onde são desenvolvidos projetos de ensino, pesquisa e extensão relacionados ao Ensino de Ciências, Geografia e Educação Ambiental, através da formação inicial e continuada de professores, atendendo principalmente às licenciaturas em biologia, química, psicologia e pedagogia da FFCLRP. Atende ainda professores, educadores e alunos das escolas de educação básica de Ribeirão Preto e região, através de orientações técnicas, cursos, palestras, exposições pedagógicas e projetos de ensino.

No que concerne ao ensino, os alunos dos cursos de licenciatura da FFCLRP realizam no L@IFE as etapas de estágios supervisionados, aplicação de aulas teórico-práticas, preparação e produção de materiais de ensino e de atividades pedagógicas para o desenvolvimento destes estágios nas escolas-campo. A pesquisa relaciona-se às atividades dos grupos de pesquisa e dos projetos de iniciação científica, mestrado e doutorado vinculados ao L@IFE. Enquanto a extensão se concretiza por meio de projetos temáticos, visitas monitoradas, empréstimos de material didático, produção da revista Pesquisa em educação ambiental, oficinas de ensino e programa de formação continuada “Teia do Saber” para professores da educação básica.

O L@IFE possui ação em todos os campos de atuação universitária com merecido destaque no campo da extensão, onde mantém 6 projetos ativos, contribuindo para a solidificação daquele que sempre foi considerado o “pé manco” do tripé universitário. Não por acaso utilizaremos como ponto unificador de interesses entre o ensino e diversidade e evolução o projeto de extensão intitulado Trilhas da Biodiversidade.

A questão da degradação ambiental e diminuição da biodiversidade da fauna e da flora têm repercutido em todo o país. No estado de São Paulo observa-se grandes conseqüências decorrentes dessa degradação, como a exaustão do solo, assoreamento e desaparecimento de cursos d’água e nascentes, além da perda de grande parte da biodiversidade natural da região. Na região de Ribeirão Preto a fauna e flora original encontram-se somente em pequenas manchas de mata que restam em algumas fazendas, sendo indiscutível a necessidade de ampliação dessas áreas verdes na cidade e na região. Baseado nesse fato implantou-se no campus da Universidade de São Paulo em Ribeirão Preto uma área de reflorestamento. A Floresta, com área de 736.000 metros quadrados está localizada em região recoberta por solo tipo terra roxa, sob os domínios da Mata Atlântica, caracterizando-se como uma floresta estacional semidecidual. Essa Floresta, além de servir como base para diversos estudos biológicos e ser um de banco de sementes para gerações futuras, também é um ponto de referência para projetos de conscientização e educação ambiental. Dentro desse objetivo insere-se o projeto Trilhas da Biodiversidade, já que a educação ambiental é um ponto crucial para a conscientização da comunidade sobre a importância da recuperação e preservação da biodiversidade. “Trilhas da Biodiversidade” é um programa de visitas monitoradas ao campus de Ribeirão Preto com o objetivo de valorizar o patrimônio biológico existente no local, estimular o visitante a refletir sobre questões relacionadas à preservação e conservação do ambiente, conhecer a fauna e flora regional. O projeto prioriza o atendimento de alunos (do ensino fundamental e médio) e comunidade de entorno ao campus. Os visitantes são conduzidos pelos monitores ao longo de 2 circuitos básicos. Os conteúdos e objetivos próprios das ciências naturais são distintos em cada circuito. Durante a trilha é trabalhada a percepção do grupo sobre o ambiente que estão visitando. Diferenças perceptíveis entre as áreas de reflorestamento mais recente e mais antigo são, junto com o entendimento da sucessão ecológica, o foco principal do nosso trabalho. No encerramento contamos com o auxilio de materiais pedagógicos de educação ambiental elaborados no próprio L@IFE, para a resolução de questões que provavelmente surgem durante a trilha. É importante ressaltar que cada grupo agendado há um contato prévio com os monitores com o objetivo de orientar a visitação para que tenha o máximo de aproveitamento pelos visitantes.

Em quatro anos de atividades o projeto atendeu mais de 3.000 pessoas da cidade de Ribeirão Preto e região contando com a participação de 4 monitores (bolsistas). Os grupos visitantes eram compostos na sua maioria por alunos do ensino básico, mas participaram também alunos do ensino superior, professores da rede pública, empresas, indústrias, organizações não-governamentais e associações de bairros.

O projeto utiliza, portanto, o contato direto com a biodiversidade local, concretizada em um espaço não-formal de ensino como um ponto unificador que instiga as discussões acerca da degradação ambiental e a responsabilidade da comunidade do entorno com relação à conservação dessas áreas. Um ponto importante diz respeito ao cuidado necessário para que não ocorra demasiadamente um processo de instrumentalização da educação ambiental, tornando-a essencialmente pragmática. Ao contrário, a educação ambiental deve estimular o pensamento crítico sobre os conflitos socioambientais a partir das perspectivas de transformação social e da construção do ideal de cidadania.

Mais informações: http://sites.ffclrp.usp.br/laife/

Mauro Prato
Colaboração: Marcelo Tadeu Motokane

Mauro Prato é aluno de mestrado pelo Programa de Pós-graduação em Entomologia da FFCLRP e ex-bolsista do projeto Trilhas da Biodiversidade
Marcelo Tadeu Motokane é professor doutor do Departamento de Psicologia e Educação da FFCLRP e coordenador do projeto Trilhas da Biodiversidade

Biodiversidade e pioneirismo na Floresta da USP Ribeirão Preto

A Floresta da USP em Ribeirão Preto é um projeto pioneiro de reflorestamento, cuja implantação alia conceitos de sucessão ecológica, plantio matematicamente planejado e a formação de um Banco Genético que representa uma fonte de sementes de alta qualidade genética para a propagação para outras áreas degradadas da região.

Elenice Mouro Varanda

Foto: Elenice Mouro Varanda

Em 2008, o projeto está completando 10 anos e comemora os avanços obtidos, com destaque para a concretização do CEEFLORUSP, o Centro de Estudos e Extensão da Floresta da USP.

Nesses 10 anos, a Floresta já foi tema de mais de 30 trabalhos científicos, entre trabalhos de conclusão de cursos bacharelado, mestrado, doutorado, pós-doutorado e projetos de jovem pesquisador, além de 28 trabalhos apresentados em eventos diversos e vários artigos científicos publicados. Estima-se que, de 2001 até 2007, a Floresta já tenha recebido mais de 5000 visitantes, atraindo os mais diversos públicos. Contribuiu para um aumento em 20% da cobertura vegetal da área urbana do município de Ribeirão Preto e para o retorno da fauna nativa. Também é notável o aumento da vazão das minas existentes no campus e do surgimento de uma nova nascente d´água. E quem caminha hoje por suas trilhas já pode identificar espécies nativas bastante populares como ipê branco, ipê amarelo, jequitibá-rosa, quaresmeira, paineira, jacarandá, jenipapo e embaúba, dentre outras, muitas delas já produzindo flores e frutos.

Localizada na região noroeste do campus, atrás do Departamento de Biologia e das Sessões de Parques e Jardins e de Transporte – tendo como ponto de referência o acesso pela Avenida do Café-, a Floresta estende-se até a próximo às dependências do Hospital das Clínicas e faz divisa com o vizinho Jardim Paiva, ocupando uma área de 75 hectares.

Implantada entre os anos de 1998 e 2005, a Floresta constitui uma iniciativa para a mobilização de esforços coletivos a fim de resgatar e preservar o patrimônio genético biodiverso do interior do estado de São Paulo, deteriorado pela extensa atividade agrícola desenvolvida há mais de um século na região.

Elenice Mouro Varanda

Imagem mostrando a Floresta delimitada por monocultura da cana-de-açúcar. Foto: Elenice Mouro Varanda

A idealização desse trabalho teve início em 1986 quando, vencido o contrato de arrendamento para fazendas canavieiras da área denominada agrícola, uma comissão multidisciplinar formada na Pcarp – a Comissão de Reocupação dos Espaços do Campus- decidiu destiná-la a uma finalidade mais nobre: a reconstituição da floresta que ocupava originalmente a região antes do advento do café. Diante da oportunidade, a Comissão procurou o professor Paulo Yoshio Kageyama, especialista em reflorestamento do Departamento de Ciências Florestais da Esalq, Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, em Piracicaba, para a implementação de um projeto de ocupação da área com o plantio de espécies nativas. Como o projeto não foi iniciado naquela ocasião, foi sendo modificado no decorrer de 11 anos, incorporando as idéias do professor Kageyama que propôs a implantação de uma metodologia inovadora. “Sugeri que poderiam aproveitar a oportunidade fazendo uma experimentação avançada na pesquisa com espécies nativas”, lembra o pesquisador.

O modelo indicado por Kageyama se resumia no plantio de mudas de espécies nativas, advindas de árvores-mãe diversas, dispostas aleatoriamente pelo campo de forma que os indivíduos geneticamente similares ficassem na maior distância possível uns dos outros. Essa área restaurada formaria, assim, um Banco Genético in vivo, representando uma fonte de sementes de origem e diversidade genética conhecidas. A proposta mostrava-se pioneira em todo o país, comenta Kageyama, uma vez que não seguia os modelos até então usados para a recuperação de áreas degradadas. Os trabalhos de reconstituição florestal com espécies nativas empregados anteriormente se valiam da divisão da área a ser reflorestada em pequenos lotes, denominados parcelas, nos quais mudas de diferentes espécies eram plantadas sem a preocupação com a origem das sementes e a posição das mudas, de forma que plantas geneticamente semelhantes acabavam ficando próximas umas das outras. Sabe-se que muitos casos de reflorestamentos que não obtiveram sucesso tiveram como causa principal a homogeneidade das mudas e a proximidade de árvores irmãs. O baixo índice de diversidade genética torna a floresta propícia a maiores oscilações e eventuais acidentes ambientais – de responsabilidade humana ou não.

Em 1997 foi criada a Comissão de Reflorestamento que retomou e reformulou o projeto original que foi implantado em duas etapas. A primeira delas, iniciada em 1998, abrangeu uma área de 30 mil metros quadrados em que foram plantadas 116 mil árvores de 70 espécies nativas das bacias do Rio Pardo e do Rio Mogi-Guaçú, e é denominada de área de Recomposição. Em uma segunda etapa, cuja implantação se estendeu de 2000 a 2004, fundou-se o chamado banco de germoplasma, ou Banco Genético, que ocupa os outros 45 hectares da Floresta. Nessa área, mais 90 mil mudas de 45 diferentes espécies foram plantadas, provenientes de mais de 3300 árvores-mãe (25 para cada espécie em 3 repetições), cujas sementes foram coletadas em mais de 400 fragmentos remanescentes de mata nativa das referidas bacias. Quanto ao plantio, a equipe montada para o reflorestamento adotou a metodologia sucessional, ou seja, as mudas foram distribuídas nos lotes de forma a respeitar o estádio sucessional das plantas, que podem ser classificadas em pioneiras, secundárias iniciais, secundárias tardias e climácicas. Esse estádio é definido pela ordem em que as diferentes espécies crescem na recomposição natural de uma floresta, de forma que as plantas classificadas como pioneiras e secundárias iniciais são as primeiras a se desenvolver. Adaptadas ao sol, essas plantas têm um rápido crescimento em altura, logo fazendo sombra no campo e propiciando o crescimento das secundárias, mais sensíveis ao sol. Estabilizando-se o ambiente, as espécies secundárias tardias e climácicas encontram as condições para o seu crescimento. Para a distribuição das mudas em campo foram desenvolvidos modelos matemáticos por professores da USP, Felipe Miguel Pait da Escola Politécnica e Alexandre Souto Martinez da FFCLRP.

Elenice Mouro Varanda

Parte mais antiga do reflorestamento. Crescimento de climácicas e decomposição de folhas no solo, estabelecendo o equilíbrio ecológico. Foto: Elenice Mouro Varanda

Apresentada a relevância desta iniciativa, deve-se ressaltar a característica coletiva do projeto que contou com grande envolvimento de funcionários da Pcarp, de docentes, funcionários e alunos do Departamento de Biologia da FFCLRP e de instituições de fora da Universidade. Assim, vários foram os apoios que a Comissão de Reflorestamento recebeu para a sua bem-sucedida implantação que se iniciou durante a segunda gestão do então prefeito do campus Moacyr Mestriner. Na primeira fase – a de Recomposição – contou com o apoio da Cepalv – Votorantin Papel e Celulose, da International Paper, antiga Champion para a doação das mudas que complementaram as existentes no Viveiro do campus. A segunda etapa – a do Banco Genético – contou com o apoio da Reitoria da USP e da prefeitura do campus, para a reforma do viveiro de mudas e equipamento do projeto com a aquisição de um caminhão-pipa e um trator, sem contar os esforços pessoais do funcionário Antonio Justino da Silva, cuja participação ativa na coleta de grande parte das sementes nos fragmentos nativos é lembrada pela equipe com mérito. As parcerias para apoio técnico com a Fundação Florestal -Fundação Para a Conservação e a Produção Florestal do Estado de São Paulo/ SEMA-, com a Diretoria de Gestão Ambiental da Prefeitura de Ribeirão Preto e com a organização não governamental Associação de Reposição Florestal Pardo Grande – Verde Tambaú, responsável pela produção de grande parte das mudas, tiveram peso considerável para a implantação do Banco Genético, assim como as parcerias com proprietários rurais e o MST (Movimento dos Trabalhadores sem Terra) que forneceram mão-de-obra para o plantio e manejo da Floresta em troca de mudas excedentes. “Pelo ineditismo do projeto, muitas dificuldades surgiram, especialmente por falta de dados na literatura sobre germinação das sementes e condições de desenvolvimento das mudas das espécies utilizadas. Foi uma fase bastante interessante, desafiadora e de aprendizagem para todos” conclui a professora Varanda.

“É um modelo excepcional que todos gostariam de ver. E ela [a Comissão] conseguiu”, comemora Kageyama. Complementando as conquistas desse trabalho inovador, foi criado recentemente, de acordo com o previsto no projeto original, o CEEFLORUSP – Centro de Estudos e Extensão da Floresta da USP- coordenado por Varanda e composto por um grupo multidisciplinar que desenvolve subprojetos de pesquisa, de educação ambiental (sob a supervisão do professor Marcelo Tadeu Motokane, do Departamento de Psicologia e Educação), o Restaurar (coordenado pela técnica da Fundação Florestal, Cleide de Oliveira) que cuida do manejo da Floresta e de projetos de RAD (Recuperação de Áreas Degradadas) na região. Entre os objetivos do Centro, dois devem ser destacados. O primeiro é o de estimular projetos realizados com parcerias para a recuperação de áreas degradadas em propriedades rurais que têm interesse na criação de RPPNs, recuperação de APPs e no conhecimento da flora e fauna de remanescentes florestais. O segundo é o de complementar a formação dos estudantes de Biologia com várias atividades para a sua capacitação (seminários, palestras, cursos) e com a participação como bolsistas em projetos dentro e fora do campus, que permitem prepará-los para um mercado de trabalho em plena expansão, formação ainda deficiente na grande maioria dos cursos universitários. O grupo trabalha agora para expandir projetos com desenho semelhante ao da Floresta da USP-RP para áreas degradadas e no fornecimento de mudas para a implantação de pomares genéticos na região.

Sibila Carvalho
Colaboração: Elenice Mouro Varanda

Sibila Carvalho é aluna de especialização em jornalismo científico pelo Laboratório de Estudos Avançados em Jornalismo Científico (Labjor), Unicamp

Elenice Mouro Varanda é professora associada do Departamento de Biologia da FFLCRP e coordenadora do CEEFLORUSP

As alterações ambientais e a biodiversidade: conservando o meio ambiente

“A definição de insanidade é continuar fazendo as coisas sempre da mesma forma e esperar por resultados diferentes!”
Albert Einstein

O termo biodiversidade ou diversidade biológica significa variabilidade de organismos vivos de todas as origens, compreendendo os ecossistemas terrestres, marinhos, outros ecossistemas aquáticos e os complexos ecológicos de que fazem parte, compreendendo ainda a diversidade dentro de espécies, entre espécies e de ecossistemas.

A biodiversidade do planeta Terra, tão grande e exuberante, engloba uma tênue rede de microorganismos, plantas e animais, vertebrados e invertebrados, muito frágeis e susceptíveis a mudanças no meio ambiente, vivendo numa relação de interdependência e ainda condicionados aos fatores abióticos do meio em que vivem. Dentro desse contexto, não há ressalvas para a espécie humana, que como outras se relaciona intrinsecamente com inúmeras outras espécies. O homem faz parte da natureza, interage com ela, interfere e sofre interferências dela.

A destruição da camada de ozônio, chuva ácida, erosão, poluição do ar, do solo e da água, combinados com a pressão do crescimento populacional nos países em desenvolvimento e o consumo desenfreado nos países desenvolvidos apresentam um cenário sombrio que ameaça atualmente a vida no planeta. As mudanças induzidas pelo homem ao meio ambiente, direta ou indiretamente, causam um amplo e devastador impacto na biodiversidade do planeta.

A destruição da biodiversidade – ou seja, a perda das espécies existentes na Terra – não só causa um colapso nos ecossistemas e seus processos ecológicos, como é irreversível. Nem a mais alta tecnologia, nem as novas descobertas biotecnológicas ou a realidade virtual podem compensar o prejuízo inigualável da extinção das espécies; certamente nada poderá recuperar o que foi formado de forma tão singular, ao longo de bilhões de anos, na história evolutiva de nosso planeta.

As mudanças com maior potencial de alterar a infra-estrutura natural da Terra são aquelas causadas por experiências químicas que o homem tem imputado à atmosfera nos últimos 150 anos. O fato é que a evolução do ser humano e a história da humanidade no planeta descrevem uma trajetória de demanda crescente sobre os recursos naturais. Isso tem atrapalhado os eventos naturais de extinção e surgimento da biodiversidade.

No período que se seguiu a Revolução Industrial (1750), a atmosfera terrestre sofreu um aumento gradual, mas persistente, na concentração de gases oriundos de processos potencializados pela ação do homem. Em 1827 o cientista francês Jean-Baptiste Fourier foi o primeiro a considerar o “efeito estufa”, fenômeno em que os gases atmosféricos retêm a energia solar refletida pela superfície terrestre, elevando a temperatura terrestre, em vez de permitir que o calor volte para o espaço. Em 1896 o químico sueco Svante Arrhenius culpa a queima de combustíveis fósseis (petróleo, gás e carvão) pela produção de dióxido de carbono (CO2).

A partir daí, estudos e análises atmosféricas tem sido o carro chefe dos estudos de meio ambiente e das mudanças climáticas globais, tanto que em 1958, o cientista americano Charles D. Keeling passou a medir a elevação anual de CO2 atmosférico e relacionou-a com o aumento do uso dos combustíveis fósseis no pós-guerra.

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Curva de Keeling: (a) mostrando o aumento anual da concentração de gás carbônico; (b) mostrando o aumento das médias de temperatura globais. (Modificado de http://earthobservatory.nasa.gov)

Foi então que em 1988 o Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) foi criado sob os auspícios da ONU como referência científica da medição e análise do aquecimento global, publicações e atualizações regulares sobre o estado de conhecimento a respeito do tema.

Em seu primeiro relatório já em 1990, o IPCC mostrou que o nível dos Gases Efeito Estufa (GEE) produzidos pelo homem têm aumentado na atmosfera e previu que estes gases causarão o aquecimento global. Logo foi criada a Convenção Quadro das Nações Unidas sobre a Mudança Climática (UNFCCC) durante a ECO-92 no Rio de Janeiro, e também pediu cortes voluntários nas emissões de GEE. Os países membros do UNFCCC assinaram em 1997 o Protocolo de Kyoto, que exige que os países industrializados reduzam as emissões de seis gases de efeito estufa em 5,2% para a meta 2008-2012, em comparação com os níveis de 1990.

Em 2001 o terceiro relatório do IPCC declarou ser incontestável a evidência de aquecimento global causado pelo homem, e antecipou que em 2100, a temperatura atmosférica global terá aumentado entre 1,4°C e 5,8°C.
No dia 2 de fevereiro de 2007, o IPCC publicou o primeiro volume de seu quarto relatório de avaliação, que aponta com 90% de certeza que o aquecimento global até agora observado foi causado pela ação humana.

Os principais pontos deste relatório foram:
– Até o fim deste século, a temperatura da Terra pode subir de 1,8ºC até 4ºC.
– O nível dos oceanos pode aumentar até 59 centímetros até 2.100.
– O gelo do Pólo Norte poderá ser completamente derretido por volta de 2100. O encolhimento das geleiras ameaçará o suprimento de água para, pelo menos, 50 milhões de pessoas.
– O aquecimento da Terra não será homogêneo e será mais sentido nos continentes do que no oceano.
– No Brasil, o aquecimento mais intenso ocorrerá no Centro-Oeste e no Norte, regiões que abrigam a Floresta Amazônica.
– Haverá morte de 80% dos recifes de coral. A Grande Barreira de Corais, na Austrália, irá desaparecer.
– As emissões passadas e futuras de CO2 continuarão contribuindo para o aquecimento global e a elevação do nível dos mares por mais de um milênio.
– A temperatura média no Ártico tem aumentado quase duas vezes mais do que a média global nos últimos 100 anos.
– A quantidade de chuvas aumentou no leste das Américas do Norte e do Sul, norte da Europa e centro e norte da Ásia.
– As secas estão mais fortes no Sahel (África), no Mediterrâneo, no sul da África e em algumas áreas do sul da Ásia.

Os pontos do globo em que a biodiversidade mais sofrerá com todas as alterações ambientais são os chamados hotspots. O conceito dos hotspots, criado em 1988 pelo Dr. Norman Myers, estabeleceu 10 áreas críticas para conservação em todo o mundo. Essa estratégia foi adotada pela Conservation International para estabelecer prioridades em seus programas de conservação. Estudos recentes, conduzidos com a contribuição de mais de 100 especialistas, ampliaram e atualizaram essa abordagem. Após quatro anos de análises, o grupo de cientistas estabeleceu os 25 hotspots atuais.
A escolha desses pontos críticos leva em consideração que a biodiversidade não está igualmente distribuída ao redor do planeta, sendo que cerca de 60% de todas as espécies de plantas e animais estão concentradas em apenas 1,4% da superfície terrestre. Essa abordagem prioriza as ações nas áreas mais ricas – como os Andes Tropicais, Madagascar, Indonésia, entre outros – protegendo espécies em extinção e mantendo o amplo espectro de vida no planeta.

O critério mais importante na determinação dos hotspots é a existência de espécies endêmicas, isto é, que são restritas a um ecossistema específico e, portanto, sofrem maiores risco de extinção.
As mudanças climáticas têm grande poder de destruição da biodiversidade. Eventos de extinção em massa ocorreram algumas vezes na história de nosso planeta, inclusive devido a alterações climáticas, mas nunca em escalas de tempo tão reduzidas quanto a que estamos prestes a presenciar. Talvez seja esse o principal problema que as formas de vida terão que enfrentar na tentativa de ultrapassar tal gargalo, para iniciar, quem sabe, um futuro ciclo de explosão da biodiversidade. O termo que deveria ter sido cunhado e colocado em prática há muito tempo é sustentabilidade, que é na pratica sinônimo de desenvolvimento, de um estágio superior na forma de enxergar o mundo e utilizá-lo sem prejudicá-lo.

Sugestões de leitura:

Wilson, E.O. (2003); The encyclopedia of life; TRENDS in Ecology and Evolution, 18 (2)

Houghton, J.T.; Ding, Y.; Griggs, D.J.; Noguer, M.; Van der – Linden, P.J.;  Xiaosu,  D.  (Eds.) (2001) Climate change 2001, the scientific basis; Cambridge University Press, Cambridge.

http://www.conservation.org

Filme: Uma verdade inconveniente, de Al Gore

Eduardo A. Dias de Oliveira e José Renato Legracie Jr., programa de pós-graduação em biologia comparada

Como formas tão diversas evoluem na natureza? A biologia do desenvolvimento e a biodiversidade

A incrível diversidade de formas de vida que se observa na natureza costuma nos impressionar desde muito cedo. Durante a infância, gostamos de ir ao zoológico, visitar aquários, assistir programas sobre a vida selvagem e colecionar figurinhas de animais extintos ou perigosos. Aprendemos que tanto insetos (como os mosquitos e besouros) quanto aves (por exemplo, águias e beija-flores) são capazes de voar. Conhecemos diferentes animais aquáticos que se movem usando nadadeiras, como peixes e baleias, enquanto outros utilizam jatos de água, como lulas e polvos. Longe de ser interessante somente para as crianças, a biodiversidade é um assunto cada vez mais recorrente nos noticiários e encontros internacionais que discutem políticas de proteção ao meio ambiente. Enquanto nos surpreendemos com a diversidade existente e nos preocupamos em como preservá-la, certamente nos perguntamos: afinal, como ela se originou?

Nos últimos 150 anos, ocorreram duas importantes ‘revoluções’ na biologia que contribuíram muito para nosso entendimento sobre a origem da diversidade de formas. A primeira delas, a teoria da evolução, foi sintetizada por Charles Darwin, e sugere que a diversidade biológica resulta da ação da seleção natural, dada pela pressão do meio ao longo de milhões de anos sobre determinadas características das espécies, a qual pode alterar a freqüência de indivíduos que apresentam um dado perfil em um ambiente com condições específicas. A segunda revolução que ocorreu na biologia foi o surgimento da genética, uma área que investiga como as informações que caracterizam um organismo residem em seu conteúdo genético, especificamente em moléculas de ADN (ou DNA, em inglês), e são transmitidas de uma geração para a outra. Se as idéias que surgiram com essas duas revoluções forem combinadas, temos que a origem de novas formas na natureza poderia ocorrer a partir de mudanças ou alterações no material genético dos organismos herdadas pelos seus descendentes, tornando-se cada vez mais comuns nas próximas gerações por meio do processo de seleção natural. Por exemplo, digamos que em uma população de tartarugas marinhas de um certo ambiente são encontradas duas formas de nadadeiras: larga e estreita. Pelo que sabemos com base na genética, alguns genes relacionados com as proporções das nadadeiras seriam diferentes entre esses dois tipos de tartaruga. Suponhamos ainda que as tartarugas com nadadeiras largas consigam nadar mais rapidamente do que as que possuem nadadeiras estreitas. Sendo assim, se ocorresse um aumento na quantidade de predadores nesse ambiente, as tartarugas com nadadeiras largas poderiam escapar com mais eficiência, teriam maior taxa de sobrevivência com relação à predação, e deixariam um número maior de descendentes na população (mecanismo de seleção natural), os quais conteriam os genes relacionados com essa forma mais larga das nadadeiras. Após várias gerações, a porcentagem de tartarugas com nadadeiras largas seria muito maior do que era antes do aumento na quantidade de predadores no ambiente.

O exemplo acima ilustra como a combinação das idéias de Darwin sobre a seleção natural com os princípios de genética fornecem explicações para os mecanismos pelos quais a evolução ocorre. Porém, podemos nos perguntar: em que momento ocorrem as mudanças na forma de um organismo? Quando uma tartaruguinha sai do ovo, nós a reconhecemos como tartaruga: ela já tem nadadeiras, cauda e, é claro, o casco arredondado que é tão típico desses animais (Figura 1C). Por outro lado, sabemos que cada indivíduo origina-se a partir de uma só célula formada no momento da fecundação, isto é, no momento em que um óvulo e um espermatozóide se fundem. Essa célula sofre inúmeras divisões, gerando grupos de células que se diferenciam ao longo do desenvolvimento e formam os vários tecidos e órgãos dos embriões. A diferenciação celular que culminará nas diversas estruturas presentes no animal quando ele nasce ocorre por meio da expressão de diversos genes durante o desenvolvimento do embrião, que são chamados de genes de desenvolvimento. Então, a partir de quando será que conseguimos identificar um embrião como sendo o de uma tartaruga? Quando olhamos apenas para um conjunto de células embrionárias, elas ainda não têm a forma de uma tartaruga. Se observarmos o mesmo embrião em etapas mais tardias do desenvolvimento, já conseguiremos identificar algumas estruturas se formando, como cabeça, cauda, membros… Mas talvez ainda não seja possível dizer: ‘isso vai virar uma tartaruga!’ (por exemplo, veja a Figura 1A e 1B). Entretanto, a partir de um dado momento (Figura 1C), o embrião já adquire uma forma muito parecida com a da tartaruga, mesmo que ainda não tenha saído do ovo.

Comparação entre diferentes etapas (A, B e C) do desenvolvimento embrionário de tartaruga, galinha, porco, vaca, coelho e humano. Adaptado de Richardson et. al. (1997. Anat. Embryol. 196)

Comparação entre diferentes etapas (A, B e C) do desenvolvimento embrionário de tartaruga, galinha, porco, vaca, coelho e humano. Adaptado de Richardson et. al. (1997. Anat. Embryol. 196)

Um aspecto muito interessante desse exemplo é que, se acompanharmos o desenvolvimento de outros animais vertebrados (como galinhas, porcos ou humanos), identificaremos o mesmo padrão: até um determinado momento, não conseguimos saber que tipo de organismo nascerá quando o desenvolvimento estiver completo, mas em estágios mais tardios do desenvolvimento, o embrião de cada espécie passa a apresentar uma forma cada vez mais parecida com a que é característica daquele animal. Existe um estágio no desenvolvimento embrionário em que a forma corporal de praticamente todos os animais vertebrados é semelhante – esse estágio é denominado estágio filotípico (Figura 2). Muitas das diferenças que identificamos entre as várias espécies de animais (por exemplo, ausência de patas em cobras, presença de penas e bicos em aves, ou a existência de asas em morcegos) provavelmente decorrem de mudanças durante a evolução destes organismos que ocorreram em genes expressos durante essa janela de desenvolvimento embrionário que vai do estágio filotípico até o nascimento. Portanto, a forma ou presença de estruturas específicas no corpo de um animal têm clara associação com a informação contida em seu material genético, de maneira que organismos com novas formas corporais provavelmente surgiram a partir de alterações em genes expressos durante o desenvolvimento de estruturas específicas.

humano, porco, lagarto e galinha

Estágios filotípicos (ao centro) de quatro espécies de vertebrados: humano, porco, lagarto e galinha

Integrando evolução, genética e embriões

Recentemente, surgiu uma área na biologia que se dedica a estudar como se originam novas formas nos diferentes grupos de organismos a partir de alterações no seu desenvolvimento embrionário. A área de Evolução do Desenvolvimento, também chamada de Evo-Devo (do inglês Evolutionary Development), é uma disciplina que surgiu da integração entre as três grandes áreas da biologia que foram comentadas: a biologia do desenvolvimento, que estuda como os organismos se desenvolvem desde a fecundação até o nascimento (ou do nascimento até a idade adulta), a genética, que estuda genes e moléculas, e a evolução, que se refere a como as espécies evoluem ao longo de milhares de anos, desde a sua origem a partir de um ancestral comum. A Evo-Devo estuda a evolução de formas (por exemplo, o surgimento de novas morfologias durante a evolução dos grupos), com base em diferentes genes expressos durante o desenvolvimento do embrião. Essa abordagem é necessariamente comparativa, pois contrasta diversas espécies que compartilham um mesmo ancestral, e seu foco está nas relações entre genes e a morfologia de um organismo adulto.

Eixos relacionados na biologia evolutiva do desenvolvimento

Eixos relacionados na biologia evolutiva do desenvolvimento

O estudo da evolução de novas formas com base no desenvolvimento embrionário baseia-se primariamente na relação entre dois eixos básicos (Figura 3): um eixo temporal e um eixo espacial. O eixo temporal é composto por duas escalas, uma ontogenética, que se refere ao desenvolvimento durante a vida de um organismo, e outra filogenética ou evolutiva, que se refere ao acúmulo de mudanças ao longo de várias gerações durante a história evolutiva de uma espécie. O eixo espacial se refere, por exemplo, a possíveis mudanças na expressão de genes em diferentes regiões do corpo do embrião. Digamos, por exemplo, que um dado gene ‘A’ é expresso na região da cabeça do embrião de uma espécie de tartaruga 30 dias depois da fecundação. Se em uma espécie de jabuti, que compartilha o mesmo ancestral da tartaruga, esse gene ‘A’ é expresso na região da cabeça e também do pescoço quando ambos estão no mesmo estágio de desenvolvimento embrionário, dizemos que a diferença na expressão do gene entre as duas espécies ocorreu no eixo espacial (eixo horizontal da Figura 3). Agora vamos imaginar outro cenário: ao compararmos a expressão do gene ‘A ‘ na cabeça da tartaruga, a qual ocorre em torno de 30 dias após a fecundação, com a expressão desse mesmo gene em uma espécie de cágado (que também compartilha um ancestral comum com a tartaruga), observamos que a expressão no cágado ocorre na mesma região da tartaruga, mas apenas aos 50 dias após a fecundação, numa fase mais tardia do desenvolvimento. Nesse caso, quando comparamos essas duas espécies, dizemos que a diferença na expressão do gene ocorreu no eixo temporal de ontogenia (eixo vertical da Figura 3), pois ele é expresso mais tardiamente no desenvolvimento do cágado (50 dias), em relação à tartaruga (30 dias). E a outra escala no eixo temporal (escala evolutiva ou filogenética)? Considerando-se que as diferenças observadas entre as espécies provavelmente resultam do acúmulo de mudanças ao longo de várias gerações, o eixo temporal de evolução (ou filogenia) corresponde ao que ocorreu durante todo o tempo de evolução de cada espécie desde que essas divergiram do ancestral comum.

O futuro da Evo-Devo

A investigação de questões relacionadas à origem e evolução das diversas formas existentes na natureza é claramente beneficiada pela compreensão de como mecanismos de desenvolvimento embrionário relacionam-se com a morfologia de um organismo e como estes distinguem-se entre espécies que, embora pareçam tão diferentes, compartilham um ancestral comum. Por exemplo, lagartos e serpentes compartilharam um ancestral comum até um tempo relativamente curto (aproximadamente 100 milhões de anos atrás, o que parece pouco na escala evolutiva considerando-se que os vertebrados surgiram há cerca de 500 milhões de anos atrás, no final do Cambriano), mas possuem morfologias muito diferentes. As serpentes não possuem patas e têm o corpo muito alongado, em contraste com a maioria das espécies de lagartos, que possuem quatro patas (embora existam muitas espécies de lagartos que apresentam membros locomotores reduzidos ou ausentes). Curiosamente, genes de desenvolvimento que geralmente são expressos durante a formação dos membros em embriões de vertebrados possuem uma conformação muito particular nas serpentes, sugerindo que a evolução de formas corporais sem patas nos répteis ocorreu em associação com mudanças nos mecanismos de desenvolvimento embrionário, o que provavelmente envolveu diversos genes. Tal exemplo pode parecer muito específico, mas ilustra como a combinação da biologia do desenvolvimento com a evolução pode ser utilizada para investigar várias questões comuns a muitas áreas na biologia que têm relação direta com a existência de diversidade biológica. Como algumas estruturas se originaram ou desapareceram durante a evolução de uma espécie (por exemplo, como surgiram as flores)? Como apareceram novas morfologias ao longo da evolução (por exemplo, como existem formas tão singulares, como uma estrela-do-mar ou um cacto)? Como surgiram grupos de organismos tão diferentes como ouriços-do-mar, borboletas e lombrigas? Essas são algumas das várias perguntas relacionando ‘evolução e diversidade’ que a Evo-Devo, investigando o desenvolvimento embrionário dos organismos, pode ajudar a responder.

Mariana Grizante e Tiana Kohlsdorf, programa de pós-graduação em biologia comparada


Biogeografia: desvendando a história da distribuição da vida no espaço

A biogeografia tem uma herança intelectual longa, que remonta aos primeiros estudos da distribuição dos organismos sobre a superfície do globo. Seus objetivos são a descoberta dos padrões de distribuição da vida e das causas que levaram a esses padrões – tanto em termos de mecanismos quanto de processos. Tradicionalmente, a biogeografia é dividida nos domínios ecológico e histórico, o primeiro relacionado a processos ocorrendo em pequenas escalas temporais (por exemplo, fatores climáticos), e o último tratando de eventos e mecanismos que ocorrem durante milhões de anos em larga escala. Essa divisão tem sido questionada, pois padrões não são somente “históricos” ou somente “ecológicos”. Apesar da visão disseminada de que a biogeografia refere-se à história das entidades biológicas no espaço, é impossível entendê-la sem considerar as mudanças da forma no tempo. Como a vida e a Terra evoluem em conjunto, pode-se considerar a biogeografia como a área da biologia que busca estabelecer os padrões de distribuição biótica e as conexões entre as biotas, ambos resultantes do processo evolutivo. Ela está relacionada à tríade forma, espaço e tempo, como preconizado pelo botânico italiano León Croizat em meados do século XX.

A maior parte dos grupos filogeneticamente relacionados apresenta padrões de distribuição resultantes de dispersão ou vicariância. No primeiro desses processos, o ancestral comum mais recente de um dado grupo de organismos originalmente ocorria em apenas uma das áreas hoje ocupadas, dispersando depois para outras áreas – ultrapassando barreiras pré-existentes – nas quais descendentes sobreviveram. Nas áreas ocupadas, podem ocorrer processos de diferenciação que resultem na formação de novas espécies (Figura 1A). Nos eventos de vicariância, a população ancestral ocupava, em alguma extensão, a somatória das áreas atualmente habitadas por seus descendentes, e foi dividida em populações menores pelo surgimento de barreiras que provocaram o isolamento entre subpopulações. O aparecimento da barreira causa a disjunção (separação) observada e corresponde a um evento que afeta toda ou a maior parte da biota (Figura 1B).

Figura 1. Mecanismos utilizados para explicar a distribuição dos organismos. A. Dispersão. B. Vicariância.

Figura 1. Mecanismos utilizados para explicar a distribuição dos organismos. A. Dispersão. B. Vicariância.

Explicações dispersalistas dominaram a biogeografia por séculos, fundamentadas na premissa de que a Terra era estável e de que havia centros de origem reconhecíveis (como defendiam Charles Darwin e Alfred Wallace). O panorama biogeográfico só viria a mudar com os trabalhos de Croizat, que fundiram as perspectivas de um processo de fragmentação de espécies ancestrais com a idéia de um planeta geologicamente dinâmico, proveniente da teoria da deriva continental do meteorologista alemão Alfred Wegener. O conceito de vicariância foi fundamental para essa revolução no pensamento biogeográfico, levando ao desenvolvimento de métodos que permitiam inferir quais as causas da separação entre as espécies e que não estabeleciam a priori que as disjunções eram devidas somente a eventos de dispersão.

A diferença principal entre hipóteses de vicariância e de dispersão está na relação entre a idade dos grupos e das barreiras que os limitam. A vicariância prediz que os grupos em duas (ou mais) áreas e as barreiras entre eles têm a mesma idade. O ancestral das espécies disjuntas atuais é mais velho que a barreira que as separa e os eventos de quebra das áreas têm a mesma idade que a separação entre as espécies. Em contrapartida, a dispersão sempre prediz que a barreira precede o aparecimento dos grupos disjuntos. Essas hipóteses são difíceis de testar porque são propostas separadamente para cada grupo de organismos. Sendo eventos individuais, ad hoc, não há como demonstrar sua universalidade – narrativas dispersalistas seriam algo como a ciência do raro, do misterioso e do miraculoso, pouco científicas.

A aceitação do papel da deriva continental para explicar as distribuições geográficas dos organismos levantou a questão de como corroborar hipóteses de vicariância. Em quase todos os ambientes da Terra existem grupos de animais e vegetais simpátricos (distribuídos na mesma área). Grandes eventos de vicariância devem ter afetado, simultaneamente, muitos desses grupos. Assim, hipóteses de vicariância podem ser testadas via análises com outros grupos que ocupem as mesmas áreas e pela comparação com hipóteses geológicas. No entanto, a comparação entre hipóteses biogeográficas provenientes de grupos taxonômicos distintos é uma tarefa complexa e com profundas implicações metodológicas. Elas nem sempre são congruentes: outros grupos podem exibir padrões mais antigos ou mais recentes que aquele sob escrutínio ou podem mostrar informação redundante devido à extinção em uma área ou a relações filogenéticas não (ou mal) resolvidas. Variações nos padrões obtidos levam a erros na interpretação das relações entre as áreas e, conseqüentemente, nas reconstruções biogeográficas.

A biogeografia cladística ou vicariante surgiu da confluência da sistemática filogenética de Willi Hennig com a perspectiva de Croizat, enfatizando a busca por padrões de distribuição congruentes. A pergunta essencial da biogeografia cladística é: “Por que os organismos estão distribuídos onde eles estão atualmente?”. Duas são as respostas possíveis: (1) eles apenas continuam na área onde estavam, ou em uma área equivalente do passado; ou (2) eles existiam em outro lugar e se dispersaram para alcançar essas áreas atuais. No primeiro conjunto de hipóteses, subentende-se que o espaço e os organismos modificam-se conjuntamente; o segundo relaciona-se com eventos de dispersão, aleatória ou direcional.
O primeiro passo de uma análise biogeográfica cladística é a obtenção de cladogramas de áreas, através da substituição dos terminais em um cladograma taxonômico pelas suas áreas de ocorrência. Se cada grupo estiver presente em uma única área e se a cada área corresponder um único grupo, a substituição produzirá cladogramas de áreas completamente resolvidos. Esses, quando analisados conjuntamente, podem resultar em um cladograma geral de área explicado apenas por vicariância (e por ocasionais dispersões). Se não houver congruência completa entre os diferentes padrões, são necessários métodos adicionais a fim de resolver as incongruências. A quantidade dessas ferramentas tem aumentado nos últimos anos (há mais de 20 disponíveis atualmente), mas ainda não há consenso sobre a sua eficiência. Uma perspectiva integrada, que inclua filogenias, reconhecimento e identificação de áreas de endemismo, inferências sobre mecanismos (vicariância, dispersão) e hipóteses sobre as relações entre as áreas, parece ser o caminho mais interessante para decifrar as complexidades temporais e espaciais da evolução.

Figura 2. Sintese do procedimento da biogeografia histórica.

Figura 2. Síntese do procedimento da biogeografia histórica.

A despeito do método utilizado, a biogeografia é dependente de filogenias. Parafraseando o geneticista Theodosius Dobzhansky, nada na biogeografia faz sentido exceto à luz da sistemática. Deve haver ao menos uma hipótese filogenética prévia para cada grupo que vai ser estudado. A necessidade de filogenias faz-se sentir especialmente para a definição das espécies e das áreas de endemismo. Os nomes dados às espécies nem sempre se aplicam a sistemas ou entidades reais, históricas. Muitos nomes disponíveis referem-se a grupos monofiléticos de duas ou mais espécies diferentes ou a grupos parafiléticos ou polifiléticos de espécies ou populações. Grupos parafiléticos e polifiléticos não representam padrões hierárquicos completos e a sua inclusão resulta em representações incorretas da hierarquia entre as áreas. Grupos monofiléticos refletem a afinidade natural ente as entidades biológicas e a descoberta de tal afinidade – a ancestralidade comum – depende das relações filogenéticas inferidas (para uma introdução à sistemática filogenética veja, neste mesmo caderno, o texto Filogenia como base para a investigação biológica).

A delimitação de áreas de endemismo sofre de problema similar. Uma área de endemismo pode significar muitas coisas. Desde os trabalhos de Augustin de Candolle, em 1820, ela tem sido definida de uma maneira vaga e os critérios para a sua delimitação têm sido desenvolvidos desde então. Apesar do reconhecimento das áreas de endemismo ser o procedimento inicial de qualquer estudo biogeográfico, ele não é trivial e é mais complexo do que apenas plotar ocorrências taxonômicas em um mapa. Uma área de endemismo é uma região geográfica na qual se distribuem dois ou mais grupos monofiléticos que exibem congruências filogenéticas e distributivas, e que tenham seus respectivos grupos-irmãos ocorrendo em outras áreas delimitadas da mesma forma. Assim, o estabelecimento de uma área de endemismo necessita de filogenias e de distribuições congruentes de diferentes grupos de organismos.

Hoje, instituições governamentais e organizações responsáveis por definir políticas ambientais têm valorizado estudos biogeográficos. Delimitação de áreas de endemismo, avaliação de biodiversidade e reconhecimento de áreas de interface entre biomas são importantes fontes de informação para a criação de bases de dados usadas, por exemplo, para a criação de unidades de conservação. Isso significa que debates sobre biogeografia extrapolam interesses estritamente acadêmicos: o componente espacial da evolução – principal objeto de estudo da biogeografia – é de fundamental importância para a compreensão dos processos evolutivos que têm moldado o mundo natural desde a origem da vida, há mais de 3.5 bilhões de anos.

Sugestões de leitura:

Lomolino, M.V.; Sax, D.F. & Brown, J.H. (2004); Foundations of biogeography: classic papers with commentaries; The University of Chicago Press, Chicago and London.

Nelson, G. & Platnick, N.I. (1981); Systematics and biogeography: cladistics and vicariance; Columbia University Press, New York.

Santos, C.M.D. & Amorim, D.S. (2007); Why biogeographical hypotheses need a well supported phylogenetic framework: a conceptual evaluation; Papéis Avulsos de Zoologia, 47(4), 63–73.

Charles Morphy D. Santos e Adolfo R. Calor, programa de pós-graduação em entomologia

Filogenia como base para a investigação da diversidade biológica

Para o físico e historiador da ciência Thomas Kuhn, paradigmas são hipóteses, métodos e problemas que determinam, para uma comunidade científica em um dado momento histórico, quais as questões prementes e como respondê-las. Há 150 anos, após os trabalhos de Alfred Wallace e Charles Darwin, despontou um corpo de hipóteses que constituiu a maior revolução científica de toda a história, rivalizada apenas pelo heliocentrismo de Copérnico e pela física newtoniana: a teoria da evolução. Ela foi a principal responsável pela derrocada do antropocentrismo e pela introdução da idéia de que todos os seres vivos no planeta, incluindo as espécies extintas, compartilham um ancestral comum em algum nível hierárquico. O astrônomo e divulgador da ciência Carl Sagan costumava dizer que somos todos “poeira das estrelas”. A partir dos trabalhos de Darwin e Wallace, percebemos que a conexão entre os componentes do mundo biológico não se dá apenas no nível atômico: somos todos herdeiros do inexorável processo evolutivo.

A teoria da evolução, especialmente após a síntese de meados dos anos 1940, influenciou todas as áreas da biologia. Com a sistemática não foi diferente. No entanto, a introdução da idéia de ancestralidade comum na prática de organizar a diversidade na tentativa de reconstruir sua estrutura hierárquica subjacente teve que esperar mais de 100 anos após a publicação do A origem das espécies, de Darwin, em 1859.

Única ilustração de "A origem das espécies", de Charles Darwin, mostrando a representação gráfica do conceito de ancestralidade comum.

Única ilustração de "A origem das espécies", de Charles Darwin, mostrando a representação gráfica do conceito de ancestralidade comum.

Foi com o entomólogo alemão Willi Hennig, em seu Grundzüge einer theorie der phylogenetischen systematik, de 1950, e na revisão e tradução para o inglês sob o nome Phylogenetic systematics, de 1966, que se introduziu um método aliando objetividade e perspectiva evolutiva. Hennig considerava que era objetivo da sistemática criar um sistema geral de referência que refletisse diretamente os resultados do processo evolutivo. Para ele, as espécies deveriam ser agrupadas segundo a genealogia. As relações de parentesco para a sistemática filogenética, posteriormente chamada de cladística, só poderiam ser obtidas a partir da análise de similaridades especiais, os caracteres derivados. Esses atributos são homólogos entre os grupos taxonômicos considerados, representando características que podem (ou não) ser morfologicamente semelhantes e que surgiram no ancestral comum desses grupos, modificando-se com o passar das gerações. Um exemplo de estrutura homóloga: os ossos das patas de um cavalo, dos braços de um Homo sapiens e das asas das aves. Assim, para se chegar às hipóteses de parentesco, são feitas análises a partir de características derivadas presentes em pelo menos dois grupos e ausentes em um terceiro. Hennig utilizou a relação de grupo-irmão (A mais próximo de B em relação a C) na reconstrução filogenética. A proximidade evolutiva somente poderia ser descoberta quando se estabelecesse o relacionamento entre quaisquer dois táxons com um terceiro – essa é uma relação única e informativa. É a presença das sinapomorfias, os caracteres derivados compartilhados, e não de similaridades simples, que sustentaria o grupo formado por A e B em relação a C.

Hennig propôs que só são reconhecíveis as relações colaterais, ou de grupos-irmãos, não de ancestral-descendentes. Resultado da análise das similaridades especiais, o cladograma pode ser utilizado apenas para determinar se um grupo taxonômico está mais próximo de outro em relação a um terceiro, e nunca se um grupo é o ancestral direto de outro a ele adjacente. Os ancestrais não aparecem nos cladogramas – eles são sempre hipotéticos. Mesmo fósseis são tratados como grupos terminais, visto que não se pode determinar, com certeza, se algum deles foi realmente o ancestral de um organismo atual. Hipóteses sobre a evolução dos grupos vão derivar da análise do cladograma, não são estabelecidas a priori.

Essencial para a sistemática hennigiana é o conceito de monofiletismo. Desde os filósofos gregos procura-se uma maneira de se identificar quais grupos biológicos poderiam ser considerados de fato naturais, com existência real, e não apenas construções humanas. Hennig propôs que apenas grupos monofiléticos são naturais, pois são os únicos que carregam a informação completa da história evolutiva de uma dada linhagem. Ao se definir evolução como descendência com modificação no tempo a partir de um ancestral comum, o grupo monofilético corresponderia justamente ao conjunto total de descendentes desse ancestral, ele incluso, que compartilham características exclusivas resultantes do processo evolutivo. Pode-se reunir quaisquer espécies em um grupo, mas apenas aquele que se mostrar monofilético reflete a realidade da evolução e, portanto, é o único válido para as ciências naturais. A aceitação de grupos parafiléticos, que são aqueles que contêm o ancestral comum mais recente, mas nem todos os seus descendentes, torna-se uma questão de arbitrariedade, apego à tradição ou simplesmente inércia – como é o caso dos “Reptilia”, no qual não estão acomodadas as aves, apesar de elas constituírem o grupo-irmão de outros répteis terópodes.

Cladograma mostrando as relações entre os grandes grupos de vertebrados tetrápodes, incluindo as aves do grupo Reptilia, que passa assim a ser considerado um agrupamento monofilético.

Cladograma mostrando as relações entre os grandes grupos de vertebrados tetrápodes, incluindo as aves do grupo Reptilia, que passa assim a ser considerado um agrupamento monofilético.

A análise filogenética fundamenta-se no teste de congruência entre os caracteres inicialmente considerados homólogos. O objetivo da congruência é verificar as hipóteses de homologia e delimitar grupos monofiléticos, dessa maneira descobrindo as relações evolutivas entre os organismos.

Cada hipótese inicial de homologia determina um agrupamento entre os táxons considerados. Quando todas essas homologias são verificadas em conjunto, algumas serão congruentes entre si, sustentando os mesmos grupos, enquanto outras não serão congruentes. A partir de um critério de simplicidade ou parcimônia, são escolhidas as hipóteses filogenéticas que maximizam o número de caracteres congruentes (serão as sinapomorfias) e minimizam a quantidade de incongruências (as homoplasias, ou hipóteses de surgimento independente de uma característica). Nesse sentido, cada hipótese inicial de homologia é testada à luz das outras hipóteses, em busca de distribuições coincidentes, que revelam padrões comuns resultantes da evolução.

O trabalho de Hennig foi revolucionário por permitir a construção de sistemas classificatórios com grande conteúdo informativo sem se apoiar em arbitrariedades e hipóteses não-testáveis. Com a perspectiva cladística, a idéia de evolução orgânica foi transformada de uma narrativa sobre a história da vida para uma teoria científica sobre como a natureza está ordenada em uma determinada estrutura hierárquica. Além disso, os fósseis, que muitos consideravam a prova cabal da evolução, são partes dessa hierarquia e sujeitos aos mesmos limites de interpretação que os organismos vivos (a cladística marcou o fim da busca por ancestrais característica da paleontologia tradicional). Não obstante, as classificações filogenéticas são sistemas que permitem tanto o armazenamento da informação biológica usada na sua construção como a sua recuperação – grupos monofiléticos representam padrões hierárquicos que carregam a informação sobre a evolução das características das linhagens, o que não ocorre nos grupos parafiléticos e polifiléticos, dos quais pode ser depreendida apenas parte da informação usada na construção da classificação.

Nos últimos 40 anos desde a publicação da edição revisada da obra de Hennig, muito tem sido feito e discutido a respeito da cladística e das maneiras de se reconstruir as relações de parentesco entre as espécies. Apesar das controvérsias geradas, pode-se dar o status de revolução científica à cladística. O método hennigiano surgiu em um momento em que os cânones da sistemática estavam sendo criticados à luz de novas teorias. O questionamento do consenso paradigmático, que gravitava em torno da teoria sintética da evolução, foi a chave para o surgimento de métodos alternativos para a sistemática: a única solução seria rejeitar o paradigma anterior e adotar um novo corpo de idéias, baseado no método hennigiano.
Qualquer sistema de organização da diversidade biológica deve se ancorar na hipótese da ancestralidade comum e da existência factual de um processo de descendência com modificação. Em suma, a evolução é o ponto de partida para a biologia. Na sistemática, Willi Hennig foi o que melhor compreendeu a importância da teoria da evolução, elegendo-a como estrutura de um método elegantemente direto que fugia do autoritarismo da taxonomia clássica. Foi Hennig quem indicou os caminhos para a prática da reconstrução da história dos organismos, estabelecendo, de forma objetiva, critérios para a delimitação de grupos naturais. Um ramo de qualquer ciência pode ser considerado maduro se as relações de similaridade ditas ‘primitivas’ são substituídas por conceitos mais sofisticados e com maior estruturação filosófica. Nesse ínterim, a sistemática alcançou maturidade justamente porque tem como objetivo central a substituição dos grupos não-monofiléticos por grupos monofiléticos, conforme preconizou Hennig no seu trabalho pioneiro.

Sugestões de leitura:

- Amorim, D.S. (1997); Elementos Básicos de Sistemática Filogenética; Holos Editora, Ribeirão Preto.
– Hennig, W. (1966); Phylogenetic systematics; University of Illinois Press, Urbana.
– Ridley, M. (2006); Evolução; ArtMed, Porto Alegre.
– Santos, C.M.D. & Calor, A.R. (2008); Using the logical basis of phylogenetics as the framework for teaching Biology. Papéis avulsos de Zoologia (aceito para publicação).

Charles Morphy D. Santos e Adolfo R. Calor, programa de pós-graduação em entomologia


Evolução: ciência viva


As populações de organismos mudam com o passar dos tempos, ou seja, evoluem! Tal exclamação poderia muito bem ser dispensada em troca de um ponto, levando-se em consideração nossa atual visão de mundo biológico. Entretanto, houve uma época em que essa mesma frase viria acompanhada de uma grande e obscura interrogação.


Foi apenas no século XVIII que naturalistas franceses, como Georges Louis Leclerc – conde de Buffon (1707-1788) e Jean-Baptiste Pierre Antoine de Monet – cavaleiro de Lamarck (1744-1829), revelaram a chamada transmutação das espécies (evolucionismo) e fundaram assim as bases pelas quais hoje a biologia se sustenta. Na verdade, a percepção de um universo dinâmico frente a um mundo imutável já havia ocorrido em outras áreas da ciência como a astronomia e a geologia.

A teoria nascente, em seguida, foi reestruturada pelos ingleses Charles Robert Darwin (1809-1882) e Alfred Russel Wallace (1823-1913), os quais reformularam conceitualmente o evolucionismo com as idéias de ancestralidade comum e seleção natural (descendência com modificação). Estas duas passagens, retiradas do livro de Darwin A origem das espécies, publicado em 1859, grande marco da ciência, nos revela uma compreensão mais clara dos pensamentos propostos:

“… a espécie primeiramente gerando duas ou três variedades, que por sua vez se transformarão lentamente em espécies, as quais, por sua vez, produzirão outras espécies, sempre de maneira lenta e gradual, à semelhança dos galhos de uma grande árvore, que se ramificam a partir do tronco.”

“… não como reações inatas ou criadas, mas como pequenas conseqüências de uma regra geral orientando o aprimoramento de todos os seres organizados, levando-os a se multiplicarem e variarem, e fazendo com que os mais fortes sobrevivam e os mais fracos venham a perecer.”
Estava formado o cerne da teoria da evolução. Desse eixo principal brotou uma nova fundação, que conciliou, de modo interdisciplinar, as concepções evolucionistas aos conhecimentos mendelianos dos mecanismos de herança, tendo como principais articuladores Ronald Aylmer Fisher (1890-1962) e John B. S. Haldane (1892-1964) na Inglaterra, e Sewall Wright (1889-1988) nos Estados Unidos. A esta junção inicial foram acrescentadas, posteriormente, contribuições da genética, da sistemática e da paleontologia, resultando numa verdadeira síntese multidisciplinar denominada neo-darwinismo, que revelou nomes como Theodosius Dobzhansky (1900-1975), Ernst Mayr (1904-2005) e George Gaylord Simpson (1902-1984), dentre outros formuladores e divulgadores.
Apesar da robustez, refinamento e elegância com que o pensamento evolucionista se consolidou, os últimos anos vêm sendo marcados por ataques ferrenhos sobre a validade da teoria da evolução biológica. Uma das vertentes mais duras para com esta teoria é a do chamado design inteligente, movimento iniciado nos Estados Unidos e com adeptos em vários países.
A teoria do design inteligente busca explicar algumas características complexas do universo natural através da ação de uma força sobrenatural direcionadora, colocando em xeque a hegemonia de processos naturais passíveis de compreensão à luz da ciência atual. Apesar de válida enquanto hipótese questionadora da teoria da evolução, com raras exceções vem acompanhada de argumentação unilateral e dogmática, criando-se um conflito aparentemente intransponível no debate com o evolucionismo. Uma teoria que permeia tantas áreas das ciências biológicas, duramente combatida e testada ao longo dos séculos, já reestruturada, mas nunca derrubada, precisa ser questionada com mais propriedade, seriedade e mesmo idoneidade.
Evolução por seleção natural é, antes de tudo, um fenômeno observável e passível de comprovação experimental. A afirmação de que não existem provas que suportem esta teoria consiste numa apelação ingênua, no sentido de ignorar inúmeras evidências como as geológicas (soerguimento de montanhas e surgimento de ilhas vulcânicas), paleontológicas (fósseis) e ontogenéticas (estudos comparativos de embriões). Negar o evolucionismo sem argumentação conveniente é, dessa forma, rejeitar o processo pelo qual a ciência é feita, bem como sua natureza conjectural.
Debates extremamente interessantes e enriquecedores, no entanto, têm sido gerados em investigações que buscam questionar, ampliar e complementar a teoria da evolução, e não substituí-la. Reflexões sobre a atuação da seleção natural nos diferentes níveis de organização biológica (molecular, orgânico, populacional) ou sobre sua influência na geração da biodiversidade (e não apenas na triagem da mesma), ou ainda estudos dos mecanismos pelos quais se originam as grandes linhagens evolutivas (macroevolução), têm contribuído muito no avanço do conhecimento sobre o mundo natural e sua lógica subjacente.
A evolução não é somente um conteúdo da biologia, mas o eixo organizador de toda esta ciência. Pode ser encarada como uma ferramenta que nos ajuda a dar sentido ao mundo natural, o óculos de quem lê e o lápis de quem escreve sobre a vida de modo geral.

Dessa maneira, a nossa exclamação inicial (que um dia foi interrogação), associada à mutabilidade das espécies, facilmente poderia ser restringida a um singelo e acomodado ponto. Reticências talvez fosse mais conveniente, por deixar suspensas as confirmações e contribuições que se seguiram à proposição inicial, aqui resumidamente citadas. Um ponto final, no entanto, seria uma inconseqüência no sentido epistemológico do avanço da ciência, e com certeza não é esse o caso do evolucionismo ou de qualquer outra teoria científica. Cabem nessa nossa história outros tantos pontos e novas interrogações.

Alexandre Favarin Somera, Felipe Chinaglia Montefeltro e Vitor Luís Masson, alunos de pós-graduação em biologia comparada; e Moysés Elias Neto e Túlio Marques Nunes, alunos de pós-graduação em entomologia

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