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domingo, 20 de fevereiro de 2011

O que é biologia?

A maioria das fontes irá definir mais ou menos como: "estudo científico da vida" (e partir para uma longa discussão sobre o que vem a ser vida afinal de contas).

Apesar de o termo ter sido cunhado repetidas vezes de modo independente entre o fim do século 18 e início do 19 (com a referência mais antiga conhecida - no sentido moderno do termo - datando de 1766, segundo McLaughlin 2002), ainda no inicio do século 20 havia uma certa discussão acerca da definição e significado da palavra.

Em uma carta à Science, em 1893, J. Christian Bay sugeria que "a ciência dos seres vivos" fosse referida como fisiologia, sendo a biologia: "the mutual relationship of the forms of organized matter, especially in view of the theories of adaptations and of natural selection" ["a relação mútua entre as formas organizadas de matéria, especialmente segundo as teorias das adaptações e da seleção natural"].

Harper (1913), em uma proposta de reorganização das seções da AAAS, observou: "Biology was for a long time, and is still in some quarters, regarded as merely the sum of zoology and botany or, worse still, a mixture of a large amount of zoology with a small amount of botany.' Some also have treated it as practically synonymous with ecology, particularly animal ecology. But every science is known by its laws, and if biology is defined as the science of life its laws are those which apply to all forms of life and not to inanimate matter, namely, the laws of evolution and heredity." ["A biologia foi, por um longo tempo, e continua em algumas partes, tida como meramente a soma da zoologia e da botânica, ou, pior, a mistura de uma grande porção de zoologia com uma pequena porção de botânica. Alguns até mesmo têm-na tratado como praticamente um sinônimo de ecologia particularmente ecologia animal. Mas toda ciência é conhecida por suas leis, e, se a biologia é definida como a ciência da vida, suas leis são aquelas que se aplicam a todas as formas de vida, mas não à matéria inanimada, quais sejam, as leis da evolução e da hereditariedade."]

Essa discussão não aparece, no entanto, por exemplo, nas páginas da britânica Nature. É possível (mas friso que é apenas um chute) que essa diferença se deva à instalação recente (à época) da biologia como disciplina acadêmica nos EUA - ocorrida ao fim do século 19 (Campbell 1891, Pauly 1984).

Definições alternativas
  • Thornhill 1984. "Biology is the scientific study of the evolution of life." (Definição de Bay. Geralmente denominada de Biologia Evolutiva.)
  • Dawkins 1986 "Biology is the study of complicated things that give the appearance of having been designed for a purpose." (Não sei ao certo se se trata mesmo de uma definição ou se de apenas conceituação.)
  • Rinaldo 1998. "While biology is the study of carbon-chain chemistry, artificial life could be thought of as theoretical biology, which looks instead to creating models of biological systems."*
  • Piazzo 2005. "the science that studies complex interactive systems related to living organism. This new definition suggests a similarity between biology and computer science, because a field of the latter is the modelling of concurrent interactive systems (usually made of software components)".
  • Mustelin, T. 2006. (apud Martin 2007) "the science of nanostructures made of predominantly carbon, oxygen, nitrogen and hydrogen"

Referências
Bay, J. (1893). What is Biology? Science, 275-276 DOI: 10.1126/science.ns-21.537.275

Campbell, J.P. (1891). Biological Teaching in the Colleges of the United States.

Dawkins, R. (1986). The Blind Watchmaker.

Harper, R. (1913). A proposed re-arrangement of sections for the American Association for the Advancement of Science Science, 38 (988), 815-818 DOI: 10.1126/science.38.988.815-a

Martin, C. (2007). Nanomedicine: a great first year and, with your help, a bright future ahead
Nanomedicine, 2 (3), 265-266 DOI: 10.2217/17435889.2.3.265


McLaughlin, P. (2002). Naming Biology Journal of the History of Biology, 35 (1), 1-4 DOI: 10.1023/A:1014535811678

Pauly, P. (1984). The appearance of academic biology in late nineteenth-century America Journal of the History of Biology, 17 (3), 369-397 DOI: 10.1007/BF00126369

Piazzo, P. 2005. Probabilistic Modelling and Verification of Biological Systems. Tese de Doutorado.

Rinaldo, K. (1998). Technology Recapitulates Phylogeny: Artificial Life Art Leonardo, 31 (5) DOI: 10.2307/1576600

Thornhill, R. (1984). Scientific Methodology in Entomology The Florida Entomologist, 67 (1) DOI: 10.2307/3494107

*Upideite(20/fev/2011): Adido a esta data.
D9Vg7Srh

terça-feira, 8 de fevereiro de 2011

Thomas Holtz Jr.: "O que todo mundo deveria saber sobre Paleontologia?"

Esta é a primeira postagem de autor convidado no GR. E é em grande estilo.

Dr. Thomaz Holtz Jr. é um dos principais paleontólogos da atualidade; a partir de uma pergunta que fiz a uma lista de discussão - uma versão capenga em broken english do título desta postagem - ele desenvolveu a resposta cuja tradução publico abaixo (no texto há links para a versão original em inglês). Agradeço muitíssimo ao professor Holtz pela resposta e pela autorização da publicação desta tradução.
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"O que todo mundo deveria saber sobre Paleontologia?"

Thomas R. Holtz, Jr.

A questão do título foi recentemente feita por Roberto Takata no Dinosaur Mailing List.

Penso que é uma boa questão. Quais são os elementos da Paleontologia realmente importantes que o público em geral deveria compreender? Procurei respondê-la com uma lista de conceitos-chave (aqui e aqui), baseado na minha experiência com o ensino de Paleontologia e Geologia Histórica e com cursos menos formalmente estruturados de divulgação para o público. Ofereci esta lista (postada também nos blogues Sauropod Vertebrae Picture of the Week, Dave Hone's Archosaur Musings, Crurotarsi: The Forgotten Archosaurs e Superoceras) como uma forma de alcançar uma audiência mais ampla. Que esta seja a Semana Darwin torna isto ainda mais apropriado, na medida em que devemos aproveitar esta ocasião para encorajar uma melhor compreensão das mudanças da Terra e da Vida ao longo do Tempo pelo grande público.

Embora eu gostasse que fosse diferente, muito dos detalhes específicos da função dos membros posteriores do Tyrannosaurus rex ou das características pneumáticas das vértebras de braquiossaurídeos não são mesmo os elementos mais importantes deste campo. Compreender e apreciar os detalhes básicos da filogenia e anatomia de um ramo particular da Árvore da Vida não são realmente necessários de todo mundo saber, mais do que consideraríamos o conhecimento detalhado da bioquímica bacteriana ou da distribuição dos minerais em uma câmara magmática como significativo para o conhecimento geral. (Na verdade, esses dois últimos itens são muito mais críticos para a sociedade humana que qualquer aspecto específico da Paleontologia e, assim, de certo modo, realmente mais importantes para as pessoas saberem do que a História da Vida.)

Dito isto, todas as sociedades humanas e muitos indivíduos perguntaram-se de onde viemos e como o mundo veio a ser como é hoje. Estas são, em minha opinião, as maiores contribuições da Paleontologia: ela nos dá a História da Terra e da Vida e, particularmente, a nossa própria história.

Dividi esta lista em duas seções. A primeira é uma lista de tópicos gerais de Paleontologia, versando sobre os principais elementos de geologia necessários para dar algum sentido aos fósseis. A segunda é uma lista mais específica de pontos-chave na história da vida.

(Nota: como a ideia da lista é que ela seja voltada para o público em geral, procurei evitar terminologias técnicas tanto quanto possível.)

Geral
  • As rochas são produzidas por diversos fatores (erosão e sedimentação; metamorfismo; atividade vulcânica; etc.).
  • As rochas não se formaram em um único momento no tempo, mas, em vez disso, foram e continuam a ser geradas através da história do planeta.
  • Fósseis são restos de organismos ou traços de seu comportamento registrados nessas rochas.
  • As rochas (e os organismos que produziram os fósseis) podem ter milhares, milhões ou mesmo bilhões de anos de idade.
  • As espécies descobertas como fósseis e as comunidades de organismos em cada local e tempo são diferentes das do mundo moderno e umas das outras.
  • A despeito dessas diferenças, há continuidade entre a vida do passado e a vida do presente: essa continuidade é um registro da evolução da vida.
  • Podemos usar os fósseis, em conjunto com dados anatômicos, moleculares e de desenvolvimento das formas de vida, para reconstruir o padrão evolutivo da vida ao longo do tempo.
  • Os fósseis são vestígios incompletos de coisas que uma vez foram vivas e para reconstituir como os organismos que os produziram realmente viveram, podemos:
    • Registrar sua anatomia (tanto a geral externa quanto a interna com o uso de tomografia computadorizada) e compará-la com a anatomia de criaturas vivas de modo a avaliar sua função;
    • Examinar sua composição química, que pode revelar aspectos de sua bioquímica;
    • Examinar sua microestrutura para avaliar os padrões de crescimento;
    • Modelar suas funções bioquímicas com o uso de computadores e outras técnicas de engenharia;
    • Investigar suas pegadas, buracos e outros traços para revelar o movimento e outras ações das espécies quando vivas;
    • E coletar informação de várias espécies que viveram juntas de modo a reconstituir comunidades do passado.
  • No entanto, com tudo isso, os fósseis são necessariamente incompletos e sempre haverá informação sobre o passado que, por mais que queiramos muito conhecer, terá sido perdida para sempre. Aceitar isso é muito importante quando se trabalha com Paleontologia.
  • Os ambientes do passado foram muito diferentes do presente.
  • Houve episódios no tempo em que a maior parte do mundo vivo foi extinta em um tempo muito curto: esses dados não poderiam ser conhecidos sem o registro fóssil.
  • Ramos inteiros da árvore da vida pereceram (às vezes nesses eventos de extinção em massa, às vezes mais gradualmente).
  • Certos modos de vida (formadores de recife, predadores marinhos velozes, grandes pastadores terrestres, etc.) foram desempenhados por grupos muito diferentes de organismos em diferentes períodos da História da Terra.
  • Todas as espécies vivas, e todos os indivíduos vivos, têm um ancestral em comum com todas as espécies e indivíduos em algum ponto na História da Vida.
Específica

Sendo franco, embora os fatos de questões específicas sobre partes específicas da Árvore da Vida sejam no que paleontólogos, meios noticiosos, cidadãos médios, etc. estão mais interessados, eles são muito menos significativos para o público geral saber do que os pontos acima. Infelizmente, companhias de documentários e similares continuam a se esquecer disso e continuam a se esquecer que boa parte do público não sabe dos pontos acima.

Realmente, no quadro maior, a distinção entre dinossauros, pterossauros e crurotársios são trivialidades se comparadas à compreensão básica de que o registro fóssil é nossa documentação da história da Vida e das mudanças da Terra.

Resumir os pontos-chave da história da vida de mais de 4 bilhões de anos de história evolutiva é uma tarefa gigantesca. Afinal, há uma tendência a focar no espetacular e sensacional em lugar do ordinário e sem graça. Como Stephen Jay Gould e outros várias vezes frisaram, de um ponto de vista puramente objetivo e externo sempre estivemos na Idade das Bactérias e a panóplia cambiante de animais e plantas durante o último meio bilhão de anos foram apenas mudanças superficiais.

Mas a questão não foi "o que um forasteiro desapaixonado deveria considerar como o aspecto modal da História da Vida?"; foi "o que todo mundo deveria saber sobre Paleontologia?" Como somos mamíferos terrestres do Cenozóico posterior, temos um interesse natural nos eventos sobre a terra e durante as partes mais recentes da História da Terra. Isso é um viés justo: isso foca em quem NÓS somos e de onde NÓS viemos.

Dito isto, esta é a lista dos conceitos-chave na história da vida. Outros pesquisadores podem pinçar outros momentos e não incluir alguns que apresento aqui. Ainda assim, creio que a maioria das listas teria muitos dos mesmos pontos-chave.
  • A vida desenvolveu-se primeiro nos oceanos, e, por quase toda sua história, foi confinada aí.
  • Por quase toda a história da Vida, os organismos foram apenas unicelulares. (E hoje a maior parte da diversidade permanece unicelular.)
  • A evolução da fotossíntese foi um evento crítico na história da Terra e da Vida; seres vivos foram capazes de afetar o planeta e sua química em escala global.
  • Vida multicelular evoluiu várias vezes de modo independente.
  • Os primeiros animais foram todos marinhos.
  • Os principais grupos de animais divergiram entre si antes de terem capacidade de produzir partes duras.
  • Cerca de 540 milhões de anos atrás, a capacidade de produzir partes duras foi desenvolvida em vários ramos da árvore da vida animal, e passou a haver um registro fóssil muito melhor.
  • As plantas colonizaram a terra em uma série de estágios e adaptações. Isso transformou a superfície da terra e permitiu que animais de vários grupos seguissem-nas depois.
  • Nos primeiros 100 milhões de anos de animais com esqueleto, nosso próprio grupo (os vertebrados), foram relativamente raros e primordialmente organismos filtradores. A evolução das mandíbulas permitiu nosso grupo diversificar-se amplamente e a partir desse ponto os vertebrados de uma ou outra forma permaneceram os predadores de topo na maioria dos ambientes marinhos.
  • Florestas complexas de plantas que na maioria eram relacionadas com as pequenas plantas de charcos atuais cobriram amplas regiões das planícies do Carbonífero.
  • Soterramento dessa vegetação antes que pudesse se decompor levou à formação de boa parte do carvão que forneceu energia para a Revolução Industrial e que continua a fornecer energia para o mundo moderno.
  • Embora muitas das plantas dos pântanos carboníferos necessitassem de superfícies úmidas para se propagarem, um ramo evoluiu um método de reprodução por meio de sementes. Essa adaptação permitiu que elas colonizassem o interior e as plantas com sementes desde então tornaram-se a forma dominante de plantas terrestres.
  • Nos pântanos carboníferos, um grupo de artrópodos (os insetos) evoluiu a capacidade de voar. Desse ponto em diante, os insetos estiveram entre os animais terrestres mais comuns e diversos.
  • Os primeiros vertebrados terrestres muitas vezes eram capazes de se locomoverem sobre a terra como adulto, mas tipicamente precisavam retornar à água para se reproduzirem. Nos pântanos carboníferos um ramo desses animais evoluiu um ovo especializado que os permitiu reproduzirem-se na terra e assim evitar o estágio de "girino".
  • Esses novos vertebrados terrestres - os amniotos - diversificaram-se em muitas formas. Alguns incluíam os ancestrais dos mamíferos modernos; outros, os dos répteis atuais (incluindo aves).
  • Um gigantesco evento de extinção, o maior na idade dos animais, devastou o mundo cerca de 252 milhões de anos atrás. Causado pelos efeitos diretos e indiretos de vulcões gigantescos, ela alterou radicalmente a composição de comunidades tanto marinhas quanto terrestres.
  • Após essa extinção Permo-Triássica, os répteis (e especialmente um ramo que inclui os ancestrais dos crocodilos e dinossauros) diversificaram-se e tornaram-se dominantes ecologicamente na maior parte dos nichos de organismos de tamanho médio a grande.
  • Durante o Triássico, surgiram muitas das linhagens típicas do mundo terrestre moderno (incluindo tartarugas, mamíferos, formas similares a crocodilos, formas similares a lagartos, etc.). Outros grupos que seriam muito importantes no Mesozóico, mas desapareceriam depois (como os pterossauros e, nos oceanos, ictiossauros e plesiossauros) evoluíram nesse tempo.
  • Os dinossauros foram inicialmente um componente menor nessas comunidades do Triássico. Apenas sauropodomorfos, altos e de longo pescoço, eram ecologicamente diversos durante essa época dentre os vários ramos de dinossauros. No entanto, um evento de extinção em massa ao fim do Triássico (essencialmente uma extinção Permo-Triássica em miniatura) permitiu aos dinossauros diversificarem enquanto seus competidores desapareceram.
  • Durante o Jurássico, os dinossauros diversificaram. Alguns cresceram até tamanhos gigantescos; alguns desenvolveram armaduras espetaculares; alguns tornaram-se os maiores carnívoros terrestres que o mundo já havia visto até então. Entre os dinossauros carnívoros menores, evoluiu uma cobertura isolante de penas (possivelmente a partir de uma forma mais antiga partilhada com todos os dinossauros). Entre os dinossauros com penas estava o ancestral das aves.
  • Outros grupos terrestres como pterossauros, ancestrais de crocodilos, mamíferos e insetos continuaram a se diversificar em novos hábitos.
  • Durante o Jurássico e (especialmente) o Cretáceo, uma grande transformação da vida marinha ocorreu. O fitoplâncton de algas verdes foi substituído por fitoplâncton de algas vermelhas (que continua a dominar os ecossistemas marinhos modernos). Uma ampla variedade de novos predadores - tubarões e raias avançados, peixes teleósteos, caramujos predadores, crustáceos com pinças poderosas, equinóides especializados, etc. - surgiu, e os filtradores sésseis de superfície que dominavam as comunidades marinhas rasas desde o Ordoviciano tornaram-se raros. Em seu lugar, formas mais móveis, natantes ou escavadoras tornaram-se mais comuns.
  • Durante o Cretáceo um grupo de plantas terrestres evoluiu as flores e os frutos e, assim, associou intimamente sua reprodução aos animais. Embora não imediatamente dominante, esse tipo de plantas eventualmente se tornaria o principal grupo de plantas terrestres.
  • O impacto de um asteróide gigante - associado a outras mudanças ambientais em curso - trouxe fim ao Mesozóico. A maior parte dos grupos de organismos de grande tamanho na terra e no mar e muitas formas de tamanho menor desapareceram. Os únicos dinossauros sobreviventes foram as aves sem dentes.
  • O início do Cenozóico viu o estabelecimento dos mamíferos como o grupo dominante entre os vertebrados terrestres de grande tamanho. Bem cedo os mamíferos colonizaram tanto o mar quanto o ar.
  • Durante seu início, o mundo Cenozóico foi quente e úmido, como o Cretáceo. No entanto, mudanças na posição dos continentes e o soerguimento de montanhas levaram o clima a resfriar e ressecar.
  • Conforme o mundo resfriava e secava, as grandes pradarias se desenvolveram (primeiro na América do Sul e, depois, em quase todos os outros continentes).
  • Vários grupos de animais adaptaram-se às novas condições de pradarias. Mamíferos herbívoros tornaram-se corredores ágeis com dentes de coroas altas, frequentemente vivendo em bandos para proteção. Predadores mamíferos tornaram-se mais ágeis também, alguns tornando-se caçadores em grupos.
  • Outras novas comunidades de plantas evoluíram e bem como novas comunidades de animais que as habitavam. A ascensão dos prados (dominados por plantas relacionadas a margaridas e gramas) viram a diversificação dos roedores do tipo rato-camundongo, muitas rãs e sapos, cobras avançadas, aves canoras, etc.
  • Um grupo de mamíferos arbóreos com cérebros bem grandes, comunidades sociais complexas e mãos preênseis - os primatas - produziu muitas formas. Na África, um ramo destes evoluiu de modo a viver nas margens mistas de florestas/savanas e desse ramo evoluiu alguns que se tornaram totalmente eretos e se deslocaram para as savanas.
  • Esse grupo de primatas manteve e desenvolveu a capacidade de usar ferramentas de pedra que seus ancestrais das florestas já possuíam. Muitos ramos evoluíram e alguns desenvolveram cérebros ainda maiores e ferramentas mais complexas. Foi a partir destes que os ancestrais dos humanos modernos e outros parentes próximos evoluíram e eventualmente espalharam-se da África para outras regiões do planeta.
  • Cerca de 2,6 milhões de anos atrás, vários outros fatores levaram às condições da idade do gelo, em que as geleiras avançaram e recuaram. Vários grupos de animais evoluíram adaptações a esses novos climas gelados.
  • Os primeiros humanos colonizaram boa parte do planeta; logo após sua chegada ao Novo Mundo, quase todas as espécies nativas de animais de grande porte desapareceram.
  • Em algum ponto antes que o ancestral em comum de todos os humanos modernos se espalhasse por todo o planeta, a habilidade de uma linguagem simbólica muito complexa evoluiu. Isso levou a muitas e muitas diversificações tecnológicas e culturais que mudaram muito mais rapidamente do que a própria biologia dos humanos.
  • No oeste da Ásia e no norte da África (e eventualmente em outras regiões), os humanos modernos desenvolveram técnicas de produzir alimentos sob circunstâncias controladas, levando à verdadeira agricultura. (Sabe-se que outras culturas desenvolveram de modo independente técnicas protoagriculturais.)
  • Essa revolução neolítica permitiu o desenvolvimento de comunidades mais fixas, especialização de habilidades individuais dentro da comunidade (incluindo soldados, metalurgistas, ceramistas, sacerdotes e, com o desenvolvimento da escrita, escribas).
  • A partir deste ponto iniciamos o registro escrito e assim os historiadores podem continuar a história...
Esta lista obviamente não é exaustiva e há muitos elementos que tive que ignorar para mantê-la relativamente curta. Ainda assim, espero que esta visão geral ajude a nos localizar, como espécie, nessa perspectiva mais ampla da longa viagem da Vida, uma viagem que pode ser traçada somente através do estudo dos fósseis.
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Outros blogues e sítios web que publicaram:
Love in the Time of Chasmosaurus
Oceans of Kansas Paleontology
Project Dryptosaurus
Pterosauria
RMDRC paleo lab
Saurian

Sing Along: Evolution Made Us All

Evolution Made Us All from Ben Hillman on Vimeo.


(O Grêmio Recreativo e Escola de Samba União da Ilha do Governador havia elegido Darwin como tema do carnaval deste ano, com o samba-enredo "Mistérios da Vida", infelizmente um incêndio que atingiu quatro barracões da Cidade do Samba no Rio de Janeiro destruiu as fantasias que seriam usadas pela comunidade. Infelizmente também não tem nenhum vídeo oficial do samba-enredo disponível para embed, mas a música pode ser baixada daqui.)

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