Uma possível organização não-hierárquica do mundo orgânico

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Uma possível organização não-hierárquica do mundo orgânico

Rogério Parentoni Martins

Rodrigo Lima Massara

Lucas Neves Perillo

Postado dia 24/11/2021

A partir das configurações moleculares, em direção a organelas, células, tecidos, órgãos, organismos, espécies, populações, comunidades, ecossistemas, paisagens, biomas, regiões geográficas e biosfera, estão os níveis de organização conceituados e reconhecidos por meio de diferentes metodologias. Entretanto, há dificuldades conceituais apresentadas nas definições de cada um desses níveis como, por exemplo, quais seriam os limites espaciais de um ecossistema? Todavia, por enquanto, é melhor ignorá-las para que o raciocínio argumentativo neste ensaio possa fluir com algum desembaraço e, talvez, sem prejuízo à compreensão da tese a seguir:

Não cremos que haja um sentido hierárquico dominante (base-topo e topo-base) que dirija a estruturação e funcionamento daqueles diferentes níveis. Baseado nesse pressuposto, pode ser desnecessário enfatizar a falsa dicotomia de influências holismo/reducionismo, que em boa parte se apoia em configurações metodológicas distintas. A principal razão para evitar essa dicotomia é a de que os efeitos dos processos interativos, cujos resultados repercutem entre os níveis de organização, transmitem-se tanto no sentido base-topo como no sentido topo-base. Todavia, o ponto de partida é o fluxo de energia que se difunde pelos vários compartimentos ecológicos ou níveis tróficos de transformação que sofre a matéria orgânica sintetizada. No entanto, alguns desses processos que determinam essas interações, têm as suas peculiaridades de certas formas determinadas também por meio da abordagem metodológica, quando consideramos cada um desses níveis isoladamente. Como ilustram, por exemplo, fluxo de energia e ciclagem de nutrientes nos ecossistemas e especiação resultando em diversidade, seja por meio de microevolução ou por macroevolução. Mas um aspecto importante que não podemos negligenciar é que, apesar da inexistência de uma marcada hierarquia, esta organização nos remete à uma inexorável presença de escala. Escalas temporais e espaciais regem, em distintas intensidades, o arranjo dos níveis de organização.

O que deve interessar em cada um dos níveis são os processos peculiares que os estruturam e que permitem distingui-los mais ou menos como unidades passíveis de serem estudadas isoladamente (é até vantajoso mantê-las, já que há muito conhecimento gerado por meio dessa abordagem). Mas os estudos realizados individualmente sobre cada nível, trazem a limitação de que seus resultados particulares, embora importantes em níveis isolados, são insuficientes para compreender os níveis imediatamente superiores ou inferiores. Somente uma perspectiva integrativa entre os níveis e seus efeitos mútuos permitirá uma melhor e mais abrangente compreensão integral (por exemplo, se Gaia funciona analogamente a um organismo, comparação esta que pode ser de certa utilidade, principalmente em termos da conservação da biodiversidade e de processos que a geram). Outro exemplo são os estudos ecofisiológicos que ajudam a entender a organização de comunidades de plantas, que nos remete novamente ao fato de que diferentes condições são importantes para diferentes escalas. Na escala de paisagem, por exemplo, composição do solo ou o clima podem ser características mais relevantes para uma espécie existir em um determinado local. Ao mesmo tempo, em uma escala mais refinada, outros atributos do microambiente podem determinar sua existência, como a quantidade de sombra ou interações com espécimes vizinhos. Ainda, a partir do nível molecular para os subníveis inferiores, serão de maiores relevâncias os processos físico-químicos que mantêm a estrutura bariônica da matéria em todos os subníveis já detectados. No entanto, quando se trata da matéria escura, considerada como 95% da matéria que constitui o universo (cuja constituição ainda é desconhecida) são “outros quinhentos”, que ainda desafiam muito a criatividade dos astrofísicos.

Entender as variadas manifestações da vida e as interações que as produzem só interessa a certos indivíduos de uma espécie, muito recentemente evoluída em termos geológicos (talvez com um futuro não muito promissor em termos de permanência). Espécie que habita um planeta minúsculo de pouquíssima importância frente a vastidão do universo. E assim mesmo somos capazes de complicar bastante o entendimento científico sobre nosso minúsculo planeta ao qual estamos definitivamente ligados. Em parte, pela relutância em aceitar novas concepções que de certa forma ameacem o conforto intelectual que um conhecimento estabelecido é capaz de promover. Por exemplo, há mais de uma centena de definições sobre o que é vida , mas ninguém duvida que a biologia é a ciência que se dedica ao seu estudo. É claro, contudo, que muitas dessas definições podem ser agrupadas em uma única definição abrangente. Mas ainda restariam talvez algumas dezenas de definições que poderiam ser consideradas prioritárias por diferentes autores. Por exemplo, uma delas seria que vida é metabolismo. Enfim, há numerosas formas de se definir vida; todas elas esbarram em exceções, daí a multiplicidade de definições.

Argumentaremos que sem interações não há vida. Nenhum organismo conseguirá viver completamente isolado, sem a influência direta ou indireta de outros organismos e obviamente à mercê de fatores físico-químicos que limitam ou facilitam sua existência. Por isso, defendemos que a tríade, estruturação, manutenção e reprodução, em todos níveis de organização que podem ser identificados como vida, dependem fundamentalmente de interações. Além disso, podemos reconhecer padrões relacionados à referida tríade, a partir das configurações moleculares estruturais até a estruturação de ecossistemas.

Imagem da Bocaina - Blog Ciência em Ação

Apesar de não existir uma hierarquia nos níveis de organização, não podemos fugir das escalas temporais e espaciais

Os padrões que podemos reconhecer em cada um desses níveis de estruturação da vida são resumidamente os seguintes:

Quanto mais complexo for um organismo, maior será o número de tipos celulares e de proteínas que constituem seu corpo. Isso é facilmente entendível. Porém, o número de genes em um organismo não segue esse mesmo padrão, o que indica que a complexidade da constituição genômica dos organismos não tem relação diretamente proporcional à complexidade estrutural e funcional dos organismos.

Essas configurações moleculares plásticas resultam na configuração de diferentes células em organismos multicelulares. Porém, a energia para a montagem dessa configuração está sempre associada a mitocôndrias e a cloroplastos. Esse é um padrão: a usina geradora de ATP é semelhante em quaisquer células vegetais ou animais. Uma vez evoluída, essa interação mitocôndria/cloroplasto/célula permaneceu invariável no decurso da evolução da complexidade.

Entretanto, para manutenção dessa complexidade não bastam as células, sem a participação de microrganismos que executam várias funções associadas ao fluxo de nutrientes. Simplesmente essa complexidade se desfaria não fossem esses microrganismos intermediários na produção de certos nutrientes, por exemplo, vitaminas e outros nutrientes necessários para manutenção das estruturas e funções. Caso todos microrganismos fossem de uma só vez erradicados, por exemplo, do corpo humano, esse sucumbiria como se fosse uma pintura fresca com excesso de tinta que escorre topo abaixo, transformando o quadro quase em um borrão, exceto pela configuração do esqueleto interno que ainda permaneceria, mas como um amontoado de ossos. O ecólogo evolutivo Peter Price, que propôs a hipótese da importância dessas interações para evolução e manutenção da estabilidade e integridade estrutural de organismos complexos. Portanto, essa ideia não é nossa. Apenas a metáfora da pintura é, mas intuitivamente a achamos convincente, a despeito de ser refratária a tratamento experimental detalhado, exceto talvez teoricamente e in silico.

Apesar disso, já se admite, principalmente por microbiologistas, que o homem e outros organismos não devam ser considerados como um indivíduo independente das comunidades de microrganismos que estão principalmente em seu intestino, no caso dos cupins, por exemplo. Há até o termo holobionte utilizado para caracterizar esses ecossistemas ambulantes. Os cupins, incapazes de digerir celulose da madeira da qual se alimentam, mantém interações mutualísticas com bactérias e principalmente protozoários que digerem a celulose, considerados holobiontes. Outro exemplo vem dos estudos sobre as interações entre a microbiota edáfica, raízes de plantas e outros organismos que vivem também no solo. As micorrizas são exemplos claros dos benefícios mútuos dessas associações.

Além disso, o homem, “indivíduo”, já foi comparado a colônias de insetos eussociais, exatamente por ter células diferenciadas que desempenham várias funções distintas no funcionamento do corpo, embora integradas. Se ocorre algum problema com algumas delas (por exemplo, câncer), de algum modo as demais poderão ser afetadas durante o processo de reprodução e disseminação das células cancerígenas. Essa ideia, de organismo como colônia de células, para nós factível, foi apresentada a um dos autores deste texto há cerca de 30 anos em uma palestra ministrada pelo evolucionista teórico W. D. Hamilton: o corpo humano, e por extensão de organismos mais complexos, são semelhantes a sociedades de formigas e outros insetos eussociais, nos quais cada tipo de célula/indivíduo exerce uma função necessária para sobrevivência, manutenção e reprodução desses organismos/colônias. Interações entre células, cada uma mutuamente dependente das demais, provendo suporte para o cumprimento das funções que viabilizam as diversas atividades que um organismo complexo realiza. Associado a isso, há o envelhecimento das células e apoptose, que são paulatinamente e totalmente substituídas em intervalos de 7 em 7 anos, no caso do corpo humano. Não teria por que ser diferente, por exemplo, para outros mamíferos longevos. Operárias de formigas também envelhecem e morrem, mas são substituídas por outras operárias criadas na colônia, de modo que colônia de certas espécies pode se manter por vários anos. Além disso, uma colônia, periodicamente, emite indivíduos reprodutivos, cujas fêmeas inseminadas fundam novas colônias, dessa forma reproduzindo-a. Nesse caso, a colônia é a unidade de renovação, embora seus integrantes individuais também sejam renovados como dito anteriormente.

Teoria da endosimbiose

Uma boa parte das teorias ecológicas e evolutivas foram elaboradas baseada em genes, indivíduos e populações. Entretanto, a partir dos anos 70, outros estudos começaram a questionar a primazia de indivíduos e genes como unidades sobre as quais a seleção atuaria. Daí, surgiram propostas que grupos de indivíduos também poderiam funcionar como unidades selecionáveis. Mas, embora o debate sobre indivíduo versus grupos tenha ocupado boa parte da literatura, outras unidades também foram propostas. Esse foi o caso de seleção de espécies como um processo importante em nível macroevolutivo. O debate entre microevolucionistas fortemente amparado nas evidências obtidas pela genética de populações e macroevolucionistas, amparados em evidências fósseis, continua em nossos dias. Outros níveis de organização da vida também foram propostos como unidades selecionáveis, comunidades, ecossistemas e até mesmo Gaia. No entanto, essas propostas não receberam tanta atenção, talvez por falta de suficiente suporte empírico.

Porém, está em gestação uma teoria de evolução tendo holobiontes e seus hologenomas como unidades selecionáveis. Nesse caso, evidências empíricas de interações entre microrganismos e organismos relativamente mais complexos parecem ser um estímulo para que essa teoria evolutiva se desenvolva de forma convincente nos próximos anos. De fato, poderia ser mais um acréscimo à teoria de seleção multinível, expandida, que também tem ganhado destaque na literatura.

A ideia de comunidades evoluindo por meio de interações é bastante intuitiva, mas também factível, tendo em vista que a manutenção e organização dessas unidades mais ou menos reconhecíveis parece depender muito da formação de associações mutualísticas. Muitas dessas interações são resultados de um processo de coevolução difusa, caracterizada pela participação de vários protagonistas. O desenvolvimento de uma teoria de redes ecológicas de interações atualmente está se ampliando na literatura com muitas evidências, principalmente interações entre polinizadores, dispersores de propágulos. Provavelmente, muitas dessas redes evoluíram e se estruturam por meio de coevolução.

Em nível de ecossistemas, por exemplo, em uma formação florestal, essas interações são indispensáveis para a manutenção de sua estrutura. A interação da floresta com a energia solar e fatores climáticos são interações fundamentais. Porém, a microbiota do solo, a interação de raízes com nutrientes e água e a ação de agentes polinizadores e dispersores viabilizam processos (fotossíntese, dispersão, polinização) de manutenção e reprodução da estrutura florestal como um todo em uma escala de tempo limitada parcialmente por processos físicos de ampla escala temporal e espacial. Isso ocorreu durante o chamado “Último Máximo Glacial”, ocorrido há 18 mil anos, que foi muito frio e seco e por isso alterou a distribuição de formações vegetais brasileiras que avançaram ou retraíram de acordo com o nível de tolerância ecológica dos componentes da vegetação. Obviamente, todo conjunto de componentes (fauna, microbiota) adaptados às condições originais foram de algum modo afetados.

Por outro lado, a influência de um único componente (por exemplo, um novo integrante da fauna local introduzido) pode provocar extinções em cascata, promovendo a substituição de ecossistemas como um todo. Esse foi o caso da introdução de raposas, por meio de humanos, em algumas ilhas do arquipélago Aleutas no círculo polar ártico. Essas raposas reproduziram quase exponencialmente alimentando-se de várias espécies de aves marinhas que reproduziam nessas ilhas. A ação devastadora desses predadores resultou em extinção de todas as espécies de aves nas ilhas onde foram introduzidos. A vegetação dessas ilhas, que apresentava elevados graus de produtividade primária, devido à grande quantidade de guano depositado no solo, foi substituída pela vegetação de tundra, mais tolerante à pouca disponibilidade de nutrientes do solo, quando devido à completa escassez de guano.

Outro exemplo é o clássico trabalho que mostrou o empobrecimento da fauna de espécies de peixes e invertebrados aquáticos no lago Gatún, no Panamá, devido à introdução por ação humana do tucunaré, um predador voraz de outros peixes. Um dos grandes problemas que afetam a integridade da biodiversidade é a introdução de espécies exóticas, conforme os exemplos acima testemunham.

Contudo, há outras ameaças à integridade da biodiversidade em nível planetário. Uma delas, talvez a mais séria, capaz de afetar populações humanas em todo planeta, é o aquecimento global da biosfera devido sobretudo às emissões de gases causadores do efeito estufa. Infelizmente, apesar das previsões preocupantes e o alerta de cientistas em todo o planeta, os governos parecem ignorar a possibilidade em algumas décadas de uma alteração sem precedentes em todo planeta devido ao aumento médio da temperatura. Essa alteração resultará, dentre outras consequências sérias, na diminuição de produção de alimentos e consequentemente no aumento da fome nas populações mundiais.

Confira o episódio do Podcast Papagaio de Primata

Essa perspectiva de uma biosfera como um sistema no qual todas as partes interagem, não é novidade. A própria teoria Gaia é baseada nessa perspectiva. Contudo, o objetivo desse texto é o de enfatizá-la especialmente em nossa época, Antropoceno, na qual a ação humana se faz sentir de modo muito intenso e com consequências negativas para a sobrevivência dos organismos e a nossa própria em Gaia. De todas as espécies, a nossa é a única capaz de entender os motivos pelos quais estamos aqui, assim como predizer os fatores que são ou serão determinantes para a nossa extinção. Temos uma forte tendência em sempre categorizar os padrões, os processos e os níveis hierárquicos, criando nomenclaturas singulares para cada um deles e estudando interações a parte dentro um complexo universo interativo contínuo. Claro, isso talvez possa fazer parte de uma limitação da nossa própria espécie, a chamada tirania da mente descontínua, como proposto pelo biólogo evolucionista Richard Dawkins ao descrever que a grande maioria das pessoas são cegas para eventos intermediários, o que inclusive resulta na dificuldade do entendimento de processos, como a própria evolução. O mesmo acontece para as escalas minúsculas (como o átomo) e gigantes (como as eras geológicas). É realmente difícil entendermos que existe uma continuidade de acontecimentos que podem durar milênios, que estruturas existentes hoje podem ser anacrônicas e não manterem a função original, ou que um padrão atual seja determinado por um fantasma da competição passada. Não estamos preparados para isso. Afinal, quem acha simples entender que 1 milhão de segundos equivale a 11 dias, mas que 1 bilhão de segundos são meros 31 anos e 8 meses?! Evolutivamente fomos forçados a lidar com escalas temporais e espaciais “médias”. Na savana africana, tínhamos que enxergar algo desde o tamanho de um grão de areia que caía no olho até um rio distante, quando subíamos no alto de uma montanha para observar a paisagem. Tudo que sai dessa escala fica difícil de enxergar. Para complicar, ainda estamos submetidos à uma Síndrome de Deslocamento da Linha de Referência, que deturpa nossa percepção em relação às mudanças da natureza. Um senhor tem marcado na sua memória uma idealização da paisagem diferente da referencia do seu neto, mesmo nascidos no mesmo local. Cada um carrega uma memória do que seria uma paisagem natural. Os mais jovens podem ignorar o histórico de desmatamento e declínio da biodiversidade que antecede seu nascimento. Essa nossa falta de memória pode potencializar nossa ameaça à biodiversidade.

Mas é fato que no Antropoceno necessitamos cada vez mais entender os processos de modo contínuo e em diferentes escalas, sejam elas temporais ou espaciais. Nesse contexto e cenário atual, as interações precisam ser compreendidas não de maneira estática ou atemporal, mas de modo contínuo e planetário. Vivendo em uma nova Pangeia, onde os continentes estão interligados por vias aéreas, terrestres e oceânicas, tudo está conectado, e as interações entre as espécies estão sendo alteradas continuamente. Espécies invasoras estão chegando a todo momento nos mais diferentes locais e alterando as relações e processos existentes há milhões de anos. Estamos alterando o relógio evolutivo e mudando interações que nem sequer foram compreedidas ou estuadas. Precisamos, portanto, que as estratégias de conservação contemplem as interações existentes em diferentes cenários e contextos de mudanças impulsionados pelas alterações oriundas da presença humana.

O entendimento particionado ou descontinuado dos padrões que acontecem em escalas estáticas são importantes, mas nos impede ou nos cega para processos que ocorrem continuadamente e que variam no espaço e tempo. Além do mais e retomando a ideia inicial, para vislumbrarmos de uma perspectiva interativa, precisamos não apenas somente de uma visão conservacionista que use um arcabouço teórico e analítico dinâmico, e que avalie múltiplas hipóteses plausíveis. Mas é primordial que a vertente que norteie as estratégias e ações de conservação seja baseada em uma dimensão transdisciplinar, assim como propôs Alexander Von Humboldt um dos maiores naturalistas que já pisaram em Gaia. Sua defesa para uma visão integrativa e transdisciplinar da natureza para entendermos o mundo é fundamental durante o Antropoceno, já que a rapidez das mudanças e os diferentes contextos e cenários, exige uma visão integrada e pormenorizada por diferentes agentes envolvidos. Para tal, precisamos integrar o conhecimento existente nas mais diferentes disciplinas de modo que possamos compreender amplamente, e não de modo particionado, como as questões humano-ambientais alteram as interações nos diferentes níveis de organização.

Há muitas evidências em todas as regiões geográficas do planeta de que interações caracterizam o que se chama vida em todos os níveis de organização, que se influenciam mutuamente base-topo e topo-base. Sem interações não há vida.

A maldição da mente descontínua

Glossário (na ordem de surgimento):

Reducionismo: é um conjunto de teorias correlatas que afirmam, grosso modo, que objetos, fenômenos, teorias e significados complexos podem ser sempre reduzidos, ou seja, expressos em unidades diferentes, a fim de explicá-los em suas partes constituintes mais simples.

Holismo: também chamado Não Reducionismo, define que as propriedades de um sistema (organismos) não podem ser explicadas apenas pela soma dos seus componentes, no qual o sistema total determina como se comportam as partes.

Microevolução: mudanças acumuladas na frequência gênica de uma população, resultantes de processos como a mutação e a seleção natural.

Macroevolução: mudanças em escalas maiores, que afetam taxa superiores, acima do nível de espécie. Estas mudanças podem ocorrer de maneira mais rápida durante um processo de especiação.

Gaia: nome dado por James Lovelock em 1972 à proposta de que a biosfera e os componentes físicos da Terra (atmosfera, criosfera, hidrosfera e litosfera) são intimamente integrados de modo a formar um complexo sistema interagente que mantém as condições climáticas e biogeoquímicas preferivelmente em homeostase. Na filosofia, representa um termo inclusivo para conceitos relativos à natureza da Terra, que é constantemente agredida pela ação humana. Ainda, virou expressão homônima do livro "Gaia Ciência" de Nietzsche, publicado em 1882, como alusão ao nascimento da poesia europeia moderna.

Estrutura bariônica da matéria: se refere à estrutura de todo o material composto sobretudo de prótons, nêutrons e elétrons. É usada para designar o gás e a poeira cósmica de onde nascem novas estrelas.

Matéria escura: pode ser bariônica ou não-bariônica, mas sempre caracterizadas por pouca ou nenhuma emissão de luz. São extremamente difíceis de se observar no espaço.

in silico: expressão que indica que algo ocorreu "em ou através de uma simulação computacional"

coevolução difusa: existência de múltiplas interações (mais de duas espécies) entre diferentes espécies que geram e exercem pressões seletivas. É difícil enxergar e estudar esta rede de interações em escalas temporais muitas vezes gigantes.

Fantasma da competição passada: termo cunhado pelo célebre Joseph Cornell, no qual credita padrões encontrados no presente com interações do passado. Mesmo espécies que não competem atualmente já podem ter competido no passado e pode gerar diferenciação de nicho no tempo evolutivo.

Antropoceno: A Época dos Humanos. Geramos tantas modificações na paisagem que vários cientistas consideram que já estamos em uma nova era geológica, marcada pela mudança no uso do solo e um consequente declínio de espécies.

Mais sobre os autores:

Rogério Parentoni é idealizador deste Blog e pesquisador visitante, bolsista sênior pelo CNPq, Departamento de Biologia, Universidade Federal do Ceará.

Rodrigo Massara é biólogo, bolsista PNPD de pós-doutorado no Programa de Pós-graduação em Ecologia, Conservação e Manejo da Vida Silvestre da Universidade Federal de Minas Gerais.

Lucas Perillo é biólogo, diretor da Bocaina, bolsista DAAD de pós-doutorado no Programa de Pós-graduação em Ecologia, Conservação e Manejo da Vida Silvestre da Universidade Federal de Minas Gerais.

Agradecimento: GSG