outubro 2019 – Darwinianas

A mariposa precede a flor

Estudo filogenético mostra que os primeiros lepidópteros (borboletas e mariposas) não eram polinizadores de flores, como a maioria das espécies atuais.

As borboletas e mariposas ocupam um lugar especial na biologia evolutiva. Belas e efêmeras, polinizadoras e herbívoras, migratórias e cosmopolitas, elas serviram de modelos para diversos estudos que hoje ilustram os livros didáticos. Um trabalho publicado esta semana na revista PNAS descreve quando cada grupo de lepidóptero se originou e convida a repensar alguns desses modelos. Continue Lendo “A mariposa precede a flor”

Ser gay é genético?

Existe um “gene gay”? Ou seriam vários genes? Um estudo recente analisou os genomas de centenas de milhares de pessoas em busca dessas respostas.

Recentemente um laboratório passou a oferecer testes de predição genética com a seguinte chamada “How gay are you?”. O produto está sendo proposto no esteio de um grande estudo publicado em uma revista de prestígio acadêmico, que analisou dados de centenas de milhares de pessoas buscando elucidar as bases genéticas da orientação sexual. Continue Lendo “Ser gay é genético?”

Ciência é atividade imaginativa, não “receita de método científico”

Visões caricatas da ciência, que nutrem mito de método científico como sequência linear de passos, ocultam papel da imaginação na ciência e contribuem para rejeição da ciência pela sociedade

Desde os primeiros anos da escolaridade, somos inculcados com a ideia de que fazer ciência seria seguir uma série mecânica de passos, começando com observações, a partir das quais são levantadas hipóteses, das quais são deduzidas consequências, as quais são testadas por meio de experimentos, como se o trabalho científico fosse a mesma coisa que seguir uma receita de bolo. Uma vez analisados os resultados do teste, uma conclusão seria então obtida, mantendo-se ou abandonando-se a hipótese.

A ciência pode, de fato, envolver a chamada lógica hipotético-dedutiva, mas testar consequências previstas a partir de uma hipótese também não é uma atividade mecânica feita sempre na mesma sequência e nem hipóteses resultam necessariamente de observação! Aliás, prefiro falar em lógica ou raciocínio em vez de método hipotético-dedutivo, por considerar a primeira expressão mais precisa, quando queremos nos referir a um modo lógico de proceder na pesquisa.

Propor que a ciência seria caracterizada por um método científico entendido como uma rígida e recorrente sequência de passos tem inúmeros problemas. Muitos críticos dessa proposição sobre como a ciência funciona se referem, então, a um mito do método científico. Estas críticas têm sido feitas tanto na literatura técnica, quanto na popularização da ciência.

Primeiro, obscurece que ciência se faz de várias maneiras, e não necessariamente seguindo uma lógica hipotético-dedutiva. Podemos, por exemplo, obter grandes séries de dados sobre algum fenômeno (como expresso na metáfora big data) e, a partir delas, extrair algum padrão regular, como fazemos, por exemplo, quando inferimos a presença de um determinado padrão de expressão de genes de um tipo celular com base em grandes conjuntos de dados sobre os RNAs presentes em células daquele tipo. Nesse caso, estamos usando uma lógica indutiva e, evidentemente, seguimos fazendo ciência.

Podemos observar algum padrão na natureza, por exemplo, uma concentração estranhamente alta do elemento químico irídio nas mesmas camadas geológicas em diversos locais do mundo e perguntar qual seria a melhor explicação para esse padrão, concluindo, digamos, que a queda de um grande meteorito com a mesma datação das camadas geológicas constitui a melhor explicação. Estamos usando, então, uma lógica abdutiva, inferindo a melhor explicação a partir dos dados, e, claramente, continuamos fazendo ciência.

Podemos considerar funcionamento mental de crianças, por exemplo, o modo como elas usam determinados modos de pensar ao longo do tempo e perguntar pela gênese desses modos de pensar, entendendo, por exemplo, como se desenvolve o pensamento conceitual na formação da mente humana. Estamos usando, então, uma lógica genética (não no sentido de ‘genes’, como regiões do DNA, mas no sentido de ‘gênese’) e, é claro, estamos fazendo ciência!

Segundo, o mito do método científico favorece uma ideia perniciosa, que se arraigou na formação de cientistas em muitas áreas e universidades, infelizmente: a de que aprender a fazer ciência seria aprender um conjunto de técnicas e protocolos para executar testes empíricos. Certamente, o trabalho científico inclui técnicas, protocolos, testes empíricos, mas limitá-lo a isso é ignorar que ciência também se faz tendo ideias, pensando novas teorias, imaginando novos modelos, supondo a existência de fenômenos nunca antes observados, em suma, que ela envolve muito mais do que apenas testar hipóteses. Frequentemente, essas visões caricatas da ciência também são acompanhadas de uma redução do teste empírico ao experimento, ignorando-se que testes empíricos rigorosos podem não ser experimentais: por exemplo, posso testar uma hipótese sobre a história evolutiva de um grupo de organismos examinando sistematicamente a distribuição de caracteres entre eles, usando o chamado método comparativo, e não um método experimental.

Terceiro, sugere que a ciência é uma atividade protocolar, uma repetição enfadonha dos mesmos passos prescritos. Já deve ter transparecido no parágrafo anterior, contudo, que ciência é tudo menos um trabalho mecânico. A ciência é uma atividade profundamente criativa, uma tentativa de entender o desconhecido com nossos melhores recursos cognitivos, incluindo nossa imaginação. A ciência não consiste na busca apenas de testar ideias que já tivemos, mas é uma aventura ousada de tentar ter ideias que nunca jamais ninguém teve, frequentemente alcançadas combinando-se de modo criativo uma série de ideias que já estavam disponíveis anteriormente. Foi assim, por exemplo, que Darwin e Wallace tiveram a ideia da seleção natural como força criativa no mundo vivo (criativa de adaptações e espécies) a partir de um conjunto de ideias já muito conhecidas, sobre crescimento populacional, herança, relações entre organismos, relações dos organismos com o meio etc.

A crise de confiança na ciência, que tem levantado bastante preocupação, tem a ver, ao menos em parte, com o modo como ensinamos ciência às pessoas. Pesquisa executada pelo Instituto Gallup, encomendada pela organização britânica Wellcome Trust, verificou que 75% dos brasileiros desconfiam da ciência e 23% consideram que produção científica pouco contribui para desenvolvimento econômico e social do país. Muitos desses são brasileiros que possivelmente amam ficar em seus telefones celulares sem nem desconfiar que não haveria celular sem ciência, ou ganham seu pão do dia-a-dia em muitas atividades que somente existem ou são praticadas do modo como o são hoje por causa da ciência, como a medicina, por exemplo, ou a engenharia, ou a agricultura, ou….. A lista é imensa! Como pode ter surgido tal descompasso entre o que se pensa e o modo como se vive?

Uma explicação plausível é que essas pessoas não estabelecem conexão entre o que aprenderam ser ciência na escola e todos esses produtos de seu cotidiano, ou mesmo com suas atividades profissionais. Podemos então não estar ensinando ciência de modo apropriado. Esta me parece uma conclusão importante. O problema tem certamente muitas raízes. Não seria possível dizer que o mito do método científico como atividade mecânica seja a única causa do problema. Mas parece-me que é parte da causa, porque apresenta de modo assustadoramente pobre uma das atividades mais instigantes da humanidade, fazer ciência.

Charbel N. El-Hani

Instituto de Biologia/UFBA

PARA SABER MAIS:

Bauer, H. H. 1994. Scientific Literacy and the Myth of the Scientific Method. University of Illinois Press.

Godfrey-Smith, P. 2003. Theory and Reality. The University of Chicago Press.

Numbers, R. L. & Kampourakis, K. 2015. Newton’s Apple and Other Myths about Science. Harvard University Press.

Figura: Mito do método científico como receita de bolo é algo tão divulgado que está presente em uma série de páginas da Wikipedia. Esta imagem, por exemplo, se encontra na página sobre pseudociência, em inglês

Eu prefiro ser essa metamorfose ambulante

Em 1835, Charles Darwin, em sua histórica viagem a bordo do HMS Beagle, visitou o Chile, onde conheceu um naturalista alemão chamado Renous. Renous havia sido preso dois ou três anos antes por heresia. A prisão aconteceu quando as pessoas do povoado de San Fernando descobriram que ele transformava, “por bruxaria”, lagartas em borboletas. O conhecimento sobre a metamorfose dos insetos ainda não havia chegado aos cidadãos de bem de San Fernando, apesar de ser estudado já há mais de 2000 anos! O filósofo grego Aristóteles tinha um grande interesse na metamorfose completa dos insetos, pois acreditava que a transformação radical de uma simples larva em um inseto adulto altamente complexo oferecia uma oportunidade de testar suas ideias sobre reprodução animal e desenvolvimento embrionário. Ele acreditava que a metamorfose e o mistério da geração espontânea de vida estavam ligados. Para Aristóteles, explicar a metamorfose era uma oportunidade para explicar a origem da vida a partir de material não-vivo.

A grande maioria das espécies do subfilo Hexapoda (artrópodes com três pares de pernas) passa por algum tipo de metamorfose (Figura 1). A extensão das mudanças pelas quais os insetos passam durante seu desenvolvimento é usada para classificá-los em três categorias. Os ametábolos, como as traças dos livros, sofrem pouca ou nenhuma metamorfose. Quando nascem de ovos, eles já se parecem com adultos, ainda que pequenos, e simplesmente crescem fazendo uma série de mudas pelas quais saem de seus exoesqueletos pequenos, crescem e produzem um novo exoesqueleto, maior. Hemimetábolos são os insetos de metamorfose incompleta, como baratas, gafanhotos, percevejos e libélulas. Eles eclodem como ninfas –versões em miniatura de suas formas adultas– e à medida que crescem gradualmente desenvolvem asas e genitais. Por fim, os holometábolos são os insetos com metamorfose completa, como besouros, moscas, borboletas, mariposas e abelhas, que eclodem como larvas entram em um estágio de pupa inativo e finalmente emergem como adultos, que não se parecem com as larvas. Durante o estágio de pupa, órgãos e tecidos são extensamente remodelados e, em alguns casos, completamente reconstruídos. O resultado é uma mudança drástica na morfologia, na fisiologia e no comportamento de um inseto.

tatiana 1.png — **Figura 1**. Árvore filogenética que mostra a relação entre ordens do subfilo Hexapoda e a classificação dos insetos de acordo com a extensão da mudança que ocorre durante seu desenvolvimento (modificado de Cheong et al. 2015).

Durante sua evolução, os insetos apresentaram várias estratégias de história de vida, algumas das quais persistem nas ordens atuais. Os primeiros insetos não sofriam metamorfose. Eles nasciam dos ovos essencialmente como adultos em miniatura. Hoje, poucos insetos são ametábolos. Com a evolução das asas e do voo, o adulto passou a ser o estágio terminal sem nenhuma muda, e surgiu o estágio imaturo, denominado ninfa, que não possuía asas e órgãos genitais (hemimetábolos). Embora as ninfas geralmente se assemelhem ao adulto, a diferença entre os dois estágios pode ser bastante dramática, como visto na transição da ninfa aquática para o adulto aéreo nas libélulas. Cerca de 350 milhões de anos atrás, no período Cambriano, alguns insetos mudaram sua forma de amadurecer, chegando a ter mudanças extremas durante o desenvolvimento, com um estágio larval que nada se parece com o adulto. A observação de grupos com diferenças relativamente pequenas entre larvas, pupas e adultos, como os insetos da ordem Raphidioptera (Figura 2), facilita o entendimento da evolução da metamorfose como um processo contínuo, em vez de uma transformação abrupta. As larvas desses insetos não diferem consideravelmente dos imaturos de hemimetábolos e uma muda converte sua larva em pupa móvel com asas externas e mandíbulas e pernas livres. Na última muda, o adulto emerge.

tatiana 2.png — **Figura 2**. Metamorfose em Raphidioptera, um holometábolo basal. (a) Um ínstar larval tardio (possivelmente final). (b) Uma pupa macho do instar intermediário, vistas lateral (esquerda) e ventro-lateral (direita). (c) macho adulto. Barras de escala, 5 mm. (Jindra. 2019).

Há duas hipóteses para explicar a evolução da metamorfose completa (Figura 3). Na primeira, a pupa é considerada uma versão modificada do último ínstar larval (hipótese 1). A favor dessa hipótese está a observação de que estágios de repouso em forma de pupa não são exclusivos de holometábolos, pois evoluíram independentemente em alguns hemimetábolos. Na segunda (hipótese 2), haveria em insetos hemimetábolos um estágio embrionário críptico, a pró-ninfa, da qual evoluiu a larva dos holometábolos. O estágio larval de vida livre, capaz de se alimentar, tornou-se dedicado ao crescimento e os estádios da ninfa dos hemimetábolos foram reduzidos a um único estágio incapaz de se alimentar, a pupa, que proporcionava a transição para o adulto. Um experimento interessante foi o tratamento experimental de pró-ninfas com um hormônio inibidor da metamorfose, o hormônio juvenil: ele induz a diferenciação tecidual em pró-ninfas, imitando os processos que ocorreram durante a evolução da larva. Uma diferença importante entre as duas hipóteses é que na hipótese 1 pressupõe-se que a evolução da larva antecedeu o surgimento da pupa (que é, portanto, uma larva modificada), e os ínstares larvais anteriores são considerados homólogos à ninfa dos hemimetábolos. De acordo com hipótese 2, o estágio larval, por sua vez, evoluiu da pró-ninfa embrionária. O assunto está longe de ser resolvido.

tatiana 3.png — **Figura 3**. Hipóteses alternativas para relações evolutivas entre os estágios dos holometábolos e os de um ancestral hipotético hemimetábolo. As caixas verdes à direita marcam os estágios embrionários sucessivos (E1, E2). Esquerda: hipótese 1, na qual a larva eclode em um estágio correspondente a E2, que seria o pró-ninfa de hemimetábolos. Todos os ínstares larvais de holometábolos (amarelo) seriam equivalentes à pró-ninfa embrionária (PN), enquanto todos os ínstares juvenis de hemimetábolos equivaleriam à pupa (laranja). Direita: hipótese 2, na qual larvas de hemi e holometabólos eclodiriam ambas após E2. A pupa seria uma larva de hemimetábolo modificada em estágio tardio (modificado de Jindra. 2019).

Também podemos nos perguntar se haveria algum ganho adaptativo da metamorfose completa. A metamorfose foi tão bem-sucedida que, hoje, mais de 80% das espécies de insetos, possivelmente representando cerca de 60% de todas as espécies de animais do planeta, passam por uma metamorfose completa. De fato, a metamorfose permite que imaturos e adultos se alimentem de diferentes recursos. Darwin destaca, em “A origem das espécies”, que diferentes estágios podem estar diferencialmente adaptados a nichos particulares. Por exemplo, enquanto as lagartas estão ocupadas devorando folhas, completamente desinteressadas na reprodução, as borboletas voam de flor em flor em busca de néctar e parceiros. Os adultos das moscas varejeiras, assim como as borboletas, alimentam-se de néctar, mas suas larvas se desenvolvem em matéria orgânica em decomposição ou até mesmo de tecidos de hospedeiro vivo, como vimos em dois textos aqui no blog (sobre entomologia forense e terapia larval). Adultos e larvas não competiriam pelos mesmos recursos. Essa explicação, no entanto, não é facilmente estendida para entender a evolução de um estágio adicional de pupa, um estágio imóvel e puramente de desenvolvimento. Uma outra hipótese levantada é que a metamorfose completa seja uma adaptação que permite dissociar o crescimento (no estágio de larva) e a diferenciação (no estágio de pupa). O principal benefício da metamorfose completa seria, assim, a dissociação entre crescimento rápido na larva e diferenciação dos tecidos adultos nas pupas, facilitando a exploração de recursos alimentares efêmeros pelas larvas. A maioria das espécies precisa atingir um peso crítico antes da transição para a maturidade. Com as rápidas taxas de crescimento das larvas, o peso crítico seria atingido em uma idade menor, o que seria um traço adaptativo. Alternativamente, dissociar crescimento e diferenciação pode ser benéfico em situações de intensa competição por recursos efêmeros.

Talvez, a metamorfose tenha ajudado os insetos a conquistarem diversos ambientes e contribuído para sua resiliência. Com mais de um milhão de espécies descritas e uma história de mais de 3,5 bilhões de anos, os insetos continuarão passando por seus estágios de ovo, larva, pupa e adulto, mesmo quando as condições climáticas forem inviáveis para animais como os vertebrados.

Tatiana Teixeira Torres (USP)

Para saber mais:

Uma edição especial do periódico Philosophical Transactions of the Royal Society B (agosto de 2019), trouxe uma série de discussões sobre metamorfose dos insetos:

Rolff J, Johnston PR e Reynolds S (2019) Complete metamorphosis of insects. Proc. R. Soc. B, 374(1783): 20190063.

Este artigo apresenta uma introdução à edição especial, mostrando os destaques apresentados nos demais artigos da edição.

Truman JW e Riddiford LM(2019) The evolution of insect metamorphosis: a developmental and endocrine view. Proc. R. Soc. B, 374(1783): 20190070.

Os autores apresentam dados de desenvolvimento, genéticos e endócrinos de diversos grupos de insetos para discutir hipóteses sobre a evolução da metamorfose de insetos. Eles sugerem que o desenvolvimento de holometábolos nos estágios larva-pupa-adulto seja equivalente ao de pró-ninfa>ninfa>adulto de insetos hemimetábolos, a hipótese 1 descrita no texto.

Jindra M (2019) Where did the pupa come from? The timing of juvenile hormone signalling supports homology between stages of hemimetabolous and holometabolous insects. Proc. R. Soc. B, 374(1783): 20190064.

Neste artigo, o autor descreve claramente as duas hipóteses propostas para explicar a evolução da metamorfose. Mostra também descobertas sobre a sinalização por hormônio como um suporte à hipótese 2, na qual a pupa teria evoluído de um estágio pré-adulto final.

Qual será a importância da estupidez na pesquisa científica?

“Já que você é cientista, me diga aí…”. Essa é uma frase que nós cientistas ouvimos muito, em vários lugares. Dos nossos parentes, amigos, de pessoas que conhecemos. Seja sobre o Universo, máquina de lavar, forno micro-ondas, aquecimento global ou sobre a fruta que estamos comendo. Mas será que temos tantas respostas assim? Como é que nos sentimos perante a nossa ignorância?

Motivado pelo ensaio intitulado “The importance of stupidity in scientific research” (em tradução livre “a importância da estupidez na pesquisa científica”), escrito por Martin A. Schwartz, professor do Departamento de Microbiologia da Universidade de Virginia (EUA), que me foi enviado pelo querido amigo Danilo Coimbra, refleti um tanto e escrevo este post. No seu texto, o Prof. Schwartz nos conta que depois de anos encontrou uma amiga, que fez pós-graduação na mesma época que ele, e com muito espanto soube que ela desistiu de ser cientista para fazer direito e trabalhar como advogada. Abismado com a notícia ele perguntou o motivo e ela revelou que se sentia estúpida o tempo inteiro, por isso mudou de área. É importante destacar que ela, desde aquela época, era muito competente e que essa competência se reflete na posição que ela ocupa hoje. Isso tocou o Prof. Schwartz, que ficou refletindo sobre o assunto por dias e percebeu que este é um sentimento bem comum para ele. Mas por que será que ele continua? Continue Lendo “Qual será a importância da estupidez na pesquisa científica?”