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Este documento discute a proliferação e evolução dos conceitos de gene, desde o conceito mendeliano como unidade básica da herança, o conceito molecular clássico como segmento de dna que codifica para um produto funcional, e a concepção informacional, em que os genes são considerados unidades de informação. Abrange a história do conceito de gene, as dificuldades enfrentadas em sua definição e a dissolução da ideia de genes como unidades de estrutura e/ou função, particularmente em eucariotos. Também aborda as implicações da concepção informacional do gene no ensino de genética e biologia celular/molecular.
O que você vai aprender
Tipologia: Notas de estudo
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Universidade Federal da Bahia Universidade Estadual de Feira de Santana Programa de Pós-Graduação em Ensino, Filosofia E História das Ciências
Salvador, Bahia
Universidade Federal da Bahia Universidade Estadual de Feira de Santana Programa de Pós-Graduação em Ensino, Filosofia e História das Ciências
Leyla Mariane Joaquim
Orientador: Prof. Dr. Charbel Niño El-Hani
Salvador, Bahia
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ensino, Filosofia e Historia das Ciências, da Universidade Federal da Bahia como requisito parcial para obtenção do título de Mestre
Universidade Estadual de Feira de Santana Programa de Pós-graduação em Ensino, Filosofia e História das Ciências
Prof. Dr. Charbel Nino El-Hani (orientador) Universidade Federal da Bahia – UFBA
Profa. Dra. Ângela Freire Lima Universidade Federal da Bahia – UFBA
Prof. Dr. João Carlos Magalhães Universidade Federal do Paraná – UFPR
Profa. Dra. ª Lilia de Azevedo Moreira Universidade Federal da Bahia - UFBA
Salvador, Bahia 2009
Para meu Paizão Antonio Joaquim
Debates sobre os conceitos de gene e informação são importantes tópicos na filosofia da biologia atual e, mais recentemente, na própria biologia. Diante da proliferação de significados atribuídos ao termo ‘gene’ e das dificuldades enfrentadas por este conceito para dar conta da diversidade e complexidade da arquitetura genômica, argumentamos que o conceito de gene está em crise e demanda por uma revisão conceitual. Com relação ao conceito de informação, concordamos com autores que argumentam que o atual estado do conceito de informação em biologia não é mais do que uma metáfora em busca de uma teoria que possa lhe conferir um sentido preciso. Os debates sobre os conceitos de gene e informação na literatura filosófica e biológica têm também implicações importantes para o Ensino de Genética. Com o intuito de contribuir com uma abordagem mais critica destes conceitos no ensino, nós investigamos as concepções acerca de genes e informação de estudantes de graduação em Ciências Biológicas de duas universidades (Universidade Federal do Paraná – UFPR e Universidade Federal da Bahia – UFBA). As diferenças observadas nessas concepções entre estudantes que cursaram ou não disciplinas de genética, nos permitiu fazer inferências sobre a influência das disciplinas sobre tais concepções. Tal investigação se deu por meio da aplicação de um questionário com um total de 11 questões a 112 estudantes. Os resultados obtidos indicam a necessidade de transformar o ensino sobre genes, função gênica e informação no ensino de genética, de modo a criar melhores condições para a distinção entre diferentes modelos, os contextos históricos de sua construção, os contextos apropriados para sua aplicação e a aproximação entre a abordagem em sala de aula e a literatura sobre o tema. Adicionalmente, nesta dissertação discutimos alguns aspectos históricos e epistemológicos a respeito destes debates. Analisamos alguns episódios da história da genética sob uma perspectiva que enfatizou o conflito entre posições realistas e anti-realistas, o qual gira em torno da discussão do modo mais adequado de interpretar teorias científicas que se referem às entidades inobserváveis, como os genes. Apresentamos diversas abordagens dos pesquisadores, as quais oscilam entre visões mais inclinadas para o realismo ou para o anti-realismo. A dialética entre estas visões foi, e ainda é, bastante frutífero para a compreensão do mundo dos genes. Concluímos que o desenvolvimento histórico da noção de gene é um excelente exemplo de que nem os realistas são ingênuos nem os anti-realistas são intolerantes com o inobservável. Argumentamos que a adoção de posições instrumentalistas pelos pesquisadores nos dias de hoje pode colaborar para o desenvolvimento de uma biologia construída em torno de processos e não de entidades.
Palavras-chave: conceito de gene, informação, ensino de genética, realismo científico e instrumentalismo.
Debates about gene and information concepts are important topics in the current philosophy of biology and, more recently, biology itself. The proliferation of meanings attributed to the term ‘gene’ and the difficulties faced by this concept to approach the diversity and complexity of genomic architecture are responsible, as we argue, for the crisis of the gene concept that needs a conceptual review. Concerning the information concept, we agree with authors who argue that this concept in biology can be regarded at present as nothing more than metaphor in search of a theory, which need a more accurate meaning. These debates about the gene concept in the philosophical and biological literature have important implications for genetics teaching. Seeking to contribute to a more critical approach of these concepts in genetic teaching, we investigate undergraduate students’ conceptions about genes and information from two Brazilian Federal Universities ((Universidade Federal do Paraná – UFPR, and Universidade Federal da Bahia – UFBA). The dissimilarities observed in these conceptions - among students who attended Genetics and those who didn’t – allowed us to make inferences about the influence of Genetics disciplines over those conceptions. To carry on this research, we opted for a questionnaire approach. The complete questionnaire contained 11 questions and was answered by a sample consisting of 112 biology students. The results obtained from the questionnaires point to the necessity of changes in the way which we currently teach about genes, gene function, and information. This would put the students in a better position to choose among different models, taking in to account the historical context in which they were created, the appropriate contexts where they should be applied, and also, enable a pedagogic approach to the subject that is consistent the literature about this theme. Additionally, in this thesis we discuss some historical and epistemological aspects regarding these debates. We analyze some episodes in the history of the genetics under a perspective that emphasized the conflict between realistic and anti-realistic positions. This conflict permeates the discussion about what is the best way of interpreting scientific theories with regard to unobservable entities, like genes. We discuss the approaches of many scientists’ who oscillate between realistic and ant-realistic views. The dialectic between these views was, and still is, very fruitful with regard to the comprehension about genes. We conclude the historical development of the gene concept exemplifies that neither realists are naive nor anti-realists are intolerant about unobservables. We argue that an adoption of instrumentalist positions by present–day researchers can contribute to the development of a biology constructed in terms of processes instead of entities.
Key-words: gene concept, information, genetics teaching, realism, instrumentalism
Capítulo Quatro: Figura 1: Distribuição das respostas dos estudantes da UFBA e UFPR nas categorias construídas para a questão “O que é informação?”_____ Figura 2: Distribuição das respostas dos estudantes da UFBA e UFPR nas categorias obtidas na questão sobre a presença de informação em genes__________________________________________________
Figura 3: Distribuição das respostas dos estudantes da UFBA e UFPR sobre quais estruturas possuem informação_______________________ 158 Figura 4: Distribuição das respostas dos estudantes da UFBA e UFPR à ultima questão______________________________________________
TABELAS
Tabela 1. Fenômenos que apontam anomalias no conceito molecular clássico de gene ___
A presente dissertação está situada no campo interdisciplinar de história, filosofia e ensino de ciências em virtude da proposta de que uma educação científica de qualidade envolve não somente ensino e aprendizagem das ciências, mas também sobre as ciências (ou sobre a natureza da ciência). O objetivo geral deste trabalho foi investigar questões epistemológicas e educacionais acerca dos genes e conceitos relacionados. O debate sobre o conceito de gene tem sido um tópico importante da filosofia da biologia e, mais recentemente, alcançaram a própria biologia. Nossa pretensão com o presente trabalho é de levantar questões epistemológicas a respeito deste debate e de contribuir para uma abordagem mais crítica dos conceitos de gene e informação no ensino de genética. Desde que o termo gene foi proposto, no inicio do século passado, vários significados têm sido atrelados a este conceito. Apesar da ausência de uma definição estável, o termo gene se tornou uma frutífera ferramenta científica. O gene é considerado um ícone cultural e carregador de várias esperanças e promessas da medicina e da ciência. Neste sentido, o termo gene se refere a um dos conceitos mais importantes da Biologia, embora nunca tenha existido uma única definição do mesmo universalmente aceita. Os vários significados deste conceito resultaram de debates e experimentos localizados em contextos históricos específicos. As divergentes proposições teóricas a respeito do gene são produtos das diferentes interpretações, por parte dos pesquisadores, a respeito da realidade das entidades as quais este termo supostamente se refere. No primeiro capítulo desta dissertação, trataremos do debate entre visões realistas e anti-realistas, o qual gira em torno da discussão do modo mais adequado de interpretar teorias científicas que se referem às entidades inobserváveis, como os genes. Em seguida trataremos de diversos episódios da história da Genética, nos quais as abordagens dos pesquisadores oscilam entre visões mais inclinadas para o realismo ou para o anti-realismo. Nos demais capítulos, aprofundaremos os debates acerca dos genes e conceitos relacionados. Estes debates têm implicações importantes para o ensino de genética, tanto no nível superior quanto no ensino médio, na medida em que afetam um dos conceitos que têm desempenhado papel central na compreensão da herança, da origem da variabilidade e do funcionamento dos sistemas vivos. Esta dissertação relata os resultados de investigações sobre concepções acerca de genes e conceitos relacionados entres estudantes. Tal investigação se deu por meio da aplicação de um questionário com um total de 11 questões a 112 estudantes. O questionário foi aplicado a estudantes de graduação em Ciências Biológicas de duas universidades (UFPR e UFBA). A analise estatística das questões consistiu em utilizar testes
história, isto é, dos principais geneticistas do século. Quando proposto por Johannsen, o termo gene tinha natureza instrumental e estava livre de qualquer hipótese a respeito de sua natureza. Com o avanço do conhecimento em Genética e a busca pela natureza dos genes, a atitude realista predominou. Iremos analisar as posições instrumentalistas dos reducionistas mendelianos, da Escola de Morgan entre outros. Compararemos as posições instrumentalista e realista de dois importantes geneticistas, Muller e Stadler, respectivamente e, a partir desta comparação, discutiremos a intervenção como critério para o realismo. Apresentaremos brevemente a posição anti-realista de um geneticista peculiar; Richard Goldschmidt. Em seguida, analisaremos o processo histórico de molecularização da Biologia e a predominância da visão realista a partir da década de 50. Por fim, argumentaremos que, atualmente, diante da complexidade estrutural dos genes, os cientistas frequentemente adotam atitudes classificadas como instrumentais, no sentido que genes são tratados como algo conveniente que os habilitam a fazerem previsões e relações sobre manifestações observáveis. Defendemos que esta atitude instrumentalista pode ser adotada sem hesitação por parte do pesquisador. O capitulo dois propõe introduzir um panorama geral dos debates sobre o conceito de gene e discute algumas de suas implicações para o ensino de Genética. Apresentamos uma breve discussão sobre como o caráter polissêmico do termo pode causar confusão entre os estudantes. Discutimos a proliferação dos conceitos de gene a partir da apresentação do conceito de gene mendeliano, que é entendido como a unidade básica da herança; do conceito de gene molecular clássico, segundo o qual o gene é um segmento de DNA que codifica para um produto funcional, um polipetideo ou uma molécula de RNA; e da concepção informacional, na qual os genes são considerados como unidades de informação. O conceito molecular clássico e a concepção informacional são freqüentemente sobrepostos no discurso sobre genes. Em seguida, discutimos outros conceitos de gene propostos por alguns teóricos que abordaram o tema da revisão conceitual. Apresentamos brevemente os conceitos de Gene- P, Gene-D, Gene evolutivo e gene molecular processual, os quais foram propostos em reação à crise e levam em conta os novos desafios da era genômica. Ainda na introdução discutimos brevemente as dificuldades encontradas no Ensino de Genética.
O estudo empírico do capitulo 2 consiste na análise de quatro questões do questionário, as quais são relacionadas com a diversidade de conceitos de gene que podem ser empregados pelos estudantes. A primeira questão era aberta, buscando suscitar uma diversidade de respostas pelos estudantes: “Em sua visão o que é um gene?”. A segunda questão, era uma questão fechada e requeria que o aluno inicialmente lesse um trecho a
respeito da visão molecular clássica do gene e assinalasse a alternativa que representasse seu grau de concordância com relação ao trecho. A terceira e quarta questões analisadas aqui são fechadas e apresentavam diversas visões alternativas sobre genes eram fornecidas. Nestas questões o aluno poderia escolher entre os conceitos de gene mendeliano, molecular clássico, informacional, gene-P, gene-D, gene evolutivo e gene molecular processual. No capítulo seguinte, argumentamos que foi a tentativa de preservar a idéia de genes como unidade de estrutura e/ou função (ou, ainda, informação) que levou a dois aspectos da crise do conceito de gene: a proliferação de significados atribuídos ao termo ‘gene’ e as dificuldades enfrentados por este conceito para dar conta da diversidade e complexidade da arquitetura genômica, particularmente em eucariotos. No capitulo dois, como vimos, damos ênfase a proliferação de conceitos de gene. No capítulo três, discutiremos os achados da biologia molecular que trouxeram implicações ao conceito. Ao longo do seu desenvolvimento histórico, o conceito tem sido objeto de controvérsia crescente, em especial a partir da década de 1970, inicialmente na filosofia da biologia e, depois, na própria biologia. Diante de uma série de descobertas nos campos da genética, biologia molecular e genômica, nossa compreensão sobre genes está demandando mais do que nunca mudanças conceituais. No capitulo 3, apresentaremos os principais achados que desafiaram concepções tradicionais de gene e levaram a uma diversidade de significados atribuídos a este conceito; como genes interrompidos, emenda ( splicing ) alternativa, o chamado DNA lixo, sequências TARs, pseudogenes, regulação pós- transcricional, RNAi e RNAsi, entre outros. Explicaremos estes fenômenos biológicos e discutiremos em que sentido estas descobertas mostraram a diversidade estrutural do gene molecular, sobretudo em eucariontes, e levaram à dissolução da idéia dos genes como unidades de estrutura e/ou função. Daremos destaque aos principais projetos relacionados a tais achados; ou seja, o Projeto Genoma Humano (PGH) e a Enciclopédia de elementos do DNA (ENCODE, do inglês Encyclopedia of DNA elements ). Discutiremos também algumas reações à crise do conceito apresentando interessantes posições de teóricos que abordaram o tema da revisão conceitual do termo gene, em especial a definição proposta por Gerstein e colaboradores, e Scherrer e Jost. Argumentamos que são muitos os passos necessários para uma reformulação adequada do sistema conceitual do atual pensamento biológico pós- genômico. No estudo empírico do capitulo 3, vamos apresentamos os resultados obtidos em três questões do instrumento usado na pesquisa, que tratavam de desafios ao conceito de gene, enfocando a emenda alternativa, os genes superpostos e os pseudogenes. Estes fenômenos
interessante neste quadro de demanda por uma teoria da informação biológica, uma vez que a semiótica pode fornecer uma base teórica para a construção de uma teoria da informação biológica que dê conta de suas as dimensões semânticas e pragmáticas. Na investigação empírica deste capítulo são analisadas as respostas de quatro questões do instrumento, que se ocupam do significado do conceito de informação, da presença de informação em genes e em outras estruturas celulares e de seu papel no desenvolvimento. Em três destas questões investigamos o que o estudante considera informação e onde ela se localiza nos sistemas biológicos. Na quarta questão, analisamos a concordância dos estudantes com idéias simplistas a respeito da relação entre informação, genótipo e fenótipo. A organização dos capítulos desta dissertação esta na forma de artigos. Em sua versão final, cada capítulo deverá ser preparado para submissão a periódicos. Contudo, mantivemos o mesmo formato nos capítulos, ou seja, eles não seguem as normas das revistas para as quais serão submetidos. O intuito foi de manter o máximo de padronização possível neste formato, pois normas das respectivas revistas podem ser ajeitadas posteriormente. O formato de artigo necessariamente implicará algumas repetições de conteúdo entre os mesmos, na medida em que um artigo deve ter em si elementos suficientes para sua compreensão, tornando necessário introduzir argumentos presentes em outros capítulos da dissertação. Assim, cada capítulo possui sua própria lista de referencias, mas introduzimos também uma lista completa de referencias no final da dissertação. Por um lado, a organização da dissertação em formato de artigos tem o objetivo de facilitar e acelerar os processos envolvidos na publicação dos mesmos, etapa essencial da construção do conhecimento científico. Por outro lado, perdemos a qualidade de unidade ao nos afastar do modelo tradicional das dissertações e teses como um documento único, com argumentos desenvolvidos continuamente ao longo do texto. Optamos pela dissertação em formato de artigos por considerarmos que as vantagens deste modo de organizar o documento superam, em muito, suas limitações uma vez que os capítulos estão suficientemente conectados, ou seja, embora tenha havido repetições, não houve quebra nos argumentos.
RESUMO: O desenvolvimento histórico da genética foi conduzido pela dialética entre visões instrumentalistas e realistas. Neste capítulo trataremos do debate entre visões realistas e anti-realistas, o qual gira em torno da discussão do modo mais adequado de interpretar teorias científicas que se referem às entidades inobserváveis, como os genes. Com o avanço do conhecimento em Genética e a busca pela natureza dos genes, a atitude realista predominou. Iremos analisar as posições instrumentalistas dos reducionistas mendelianos, da Escola de Morgan entre outros. Compararemos as posições instrumentalista e realista de dois importantes geneticistas, Muller e Stadler, respectivamente e, a partir desta comparação, discutiremos a intervenção como critério para o realismo. Apresentaremos brevemente a posição anti-realista de um geneticista peculiar; Richard Goldschmidt. Em seguida, analisaremos o processo histórico de molecularização da Biologia e a predominância da visão realista a partir da década de 50. Por fim, argumentaremos que, atualmente, diante da complexidade estrutural dos genes, os cientistas frequentemente adotam atitudes classificadas como instrumentais, no sentido que genes são tratados como algo conveniente que os habilitam a fazerem previsões e relações sobre manifestações observáveis. Defendemos que a atitude instrumentalista pode ser adotada sem hesitação por parte do pesquisador.
INTRODUÇÃO O termo “gene”, desde o início do século XX, se refere a um dos conceitos mais importantes da Biologia, embora nunca tenha existido na Genética uma única definição deste termo universalmente aceita. Os diversos significados do conceito de gene são produtos de debates e experimentos que tiveram espaço em contextos históricos específicos. Por trás das diferentes proposições teóricas a respeito do gene, encontram-se opiniões divergentes a respeito da realidade das entidades às quais este termo supostamente se refere. No presente artigo, trataremos do debate entre visões realistas e anti-realistas, o qual gira em torno da discussão do modo mais adequado de interpretar teorias científicas que se referem às entidades inobserváveis, como os genes. Em seguida, apresentamos uma discussão acerca da realidade dos genes a partir de diversos episódios da história da Genética, nos quais as abordagens dos pesquisadores oscilam entre visões mais inclinadas para o realismo ou para o anti-realismo.
1. CONSIDERAÇÕES SOBRE O REALISMO E O ANTI-REALISMO
A idéia de que o mundo em que vivemos é um mundo feito por elétrons, elementos químicos, genes, entre outras coisas não soa, à primeira vista, uma idéia polêmica. E o mundo de muitos anos atrás? Era um mundo de elétrons, elementos químicos e genes? Sabemos que muitos genes e processos de expressão e regulação gênica vêm sendo apresentados pelos pesquisadores. A complexidade dos mecanismos de funcionamento gênico - bem como da
