Introdução à Biologia/História da Biologia/Século XIX: surgem as disciplinas biológicas

Até ao século XIX, o âmbito do que hoje entendemos como biologia dividia-se entre a medicina, que lidava com as questões da fisiologia, e a história natural, que se debruçava com a biodiversidade e interações entre as diferentes formas de vida. Por volta de 1900, estes domínios tinham já dado lugar a disciplinas científicas especializadas como a citologia, bacteriologia, morfologia, embriologia, geografia e geologia.

Ao longo das suas viagens, Alexander von Humboldt catalogou a distribuição de espécies de plantas em vários habitats, em conjunto com condicionantes físicas como a pressão e temperatura.

História natural e filosofia natural

O grande número de expedições levadas a cabo por naturalistas na primeira metade do século XIX trouxe consigo novas informações sobre a diversidade e distribuição das espécies. Nesta área, destaca-se o trabalho de Alexander von Humboldt, que analisou a relação entre organismos e o seu habitat (ou seja, no domínio da história natural) recorrendo à abordagem quantitativa da filosofia natural (ou seja, física e química). A obra de Humboldt lançou as bases para o estabelecimento da biogeografia e serviu como inspiração a gerações de investigadores.

Geologia e paleontologia

A emergência da geologia aproximou também a história natural e a filosofia natural. A adoção da carta estratigráfica permitiu estabelecer relações entre a distribuição espacial dos organismos com a sua distribuição cronológica, precursor fundamental dos conceitos relativos à evolução. Durante a última década do século XVIII e princípio do século XIX, investigadores como Georges Cuvier contribuíram com avanços significativos na anatomia comparada, que possibilitaram as reconstruções paleontológicas dos organismos aos quais pertenciam os fósseis até então descobertos. Por meio destas reconstruções, Cuvier convenceu a comunidade científica da ocorrência do fenômeno da extinção, durante a história da Terra, o qual era negado por naturalistas que acreditavam que os fósseis de organismos desconhecidos, seriam os restos mortais de organismos que ainda poderiam ser encontrados vivos nalguma parte da Terra. Os avanços da anatomia comparada de Georges Cuvier consequentemente possibilitaram que os organismos extintos, somente encontrados em sua forma fóssil, passassem a ser classificados taxonomicamente em conjunto com os organismos atuais, o que foi fundamental para a compreensão e a descrição da história da vida na Terra . Os fósseis descobertos e descritos por Gideon Mantell, William Buckland, Mary Anning e Richard Owen, entre outros, ajudou a determinar que teria existido uma "idade dos répteis" anterior aos próprios animais pré-históricos. Estas revelações suscitaram o interesse e a imaginação da sociedade, contribuindo imenso para a percepção pública da história da vida na Terra. A maior parte destes geólogos identificava-se com a teoria do catastrofismo, no entanto a obra seminal de Charles Lyell Princípios da Geologia, publicada em 1830, veio popularizar o uniformitarismo de James Hutton, uma teoria que explicava o passado e presente geológicos em termos semelhantes.

Evolução e biogeografia

O primeiro esboço da árvore da evolução de Charles Darwin, retirado do seu caderno First Notebook on Transmutation of Species, de 1837.

A mais significativa teoria evolucionista anterior a Darwin foi a de Jean-Baptiste Lamarck, fundamentada na herança de caracteres adquiridos, mecanismo hereditário plenamente aceite até ao século XX, e que descrevia uma cadeia evolutiva desde os micróbios mais simples até aos humanos. O naturalista britânico Charles Darwin, tendo como base a abordagem biogeográfica de Humboldt, o uniformitarismo geológico de Lyell, os textos sobre o crescimento populacional de Thomas Malthus, e a sua própria perícia no campo da morfologia, foi o autor de uma nova teoria da evolução por meio de seleção natural, que viria a ser aceite pela maior parte dos cientistas até aos dias de hoje, e que causou um impacto profundo nas ciências naturais. As mesmas premissas levaram a que Alfred Russel Wallace chegasse à mesma conclusão.

A publicação da teoria de Darwin em 1859 no livro A Origem das Espécies é hoje vista como o acontecimento determinante na história da biologia moderna. A reputação de Darwin como naturalista, o tom moderado do texto, e sobretudo a solidez e quantidade das provas apresentadas, permitiram à obra alcançar um grande sucesso, quando comparada com teorias evolucionistas anteriores, como o anônimo Vestiges of the Natural History of Creation. A maior parte dos cientistas estaria convicta dos princípios da evolução e da origem comum por volta do fim do século XIX. No entanto, a explicação da seleção natural como o principal mecanismo de evolução só seria plenamente aceite em meados do século XX, uma vez que a teoria de variação aleatória mostrava ser incompatível com a maior parte das teorias sobre hereditariedade da época.

Wallace, retomando trabalhos anteriores de Augustin Pyrame de Candolle, Humboldt e Darwin, contribuiu de forma significativa para a zoogeografia. Em função do seu interesse pela hipótese da transmutação, prestou particular atenção à distribuição geográfica de espécies próximas durante expedições à América do Sul e ao Arquipélago malaio. Durante a sua estadia nesta última região, identificou ao longo das Ilhas Molucas o que viria a ser a Linha de Wallace, e que divide a fauna do arquipélago entre a zona Asiática e a zona da Nova Guiné. A sua questão fundamental, o porquê da fauna em climas semelhantes ser tão diferente, apenas poderia ser respondida considerando a sua origem. Em 1876 escreveu The Geographical Distribution of Animals, que seria a obra de referência na área por mais de meio século, e uma sequela em 1880 intitulada Island Life, centrada na biogeografia das ilhas. Complementou também o sistema de seis zonas, inicialmente desenvolvido por Philip Sclater para descrever a distribuição geográfica de aves, alargando-o a todas as espécies de animais. O seu método de tabulação de dados em grupos de animais por zonas geográficas fez sobressair as várias descontinuidades e a sua percepção da evolução permitiu-lhe sugerir várias explicações racionais até então inéditas.

O estudo científico da hereditariedade desenvolveu-se depois da publicação da Origem das Espécies e sobretudo através do trabalho de Francis Galton no campo da biometria. A origem da genética é frequentemente atribuída à obra de 1866 de Gregor Mendel, ao qual são creditadas as leis da hereditariedade. No entanto, o seu trabalho só seria reconhecido como relevante 35 anos após a sua publicação. Durante esse período, foram debatidas uma série de teorias sobre a hereditariedade baseadas na pangênese, ortogênese ou ainda em outros mecanismos.

Fisiologia

Ao longo do século XIX, o âmbito da fisiologia humana foi alargado, a partir de um campo orientado fundamentalmente para a medicina, em direção a uma investigação em larga escala dos processos físicos e químicos da vida, incluindo plantas, animais e até microorganismos para além do ser humano. A metáfora organismos como máquinas tornou-se dominante na cultura científica.

As inovações na vidraria de laboratório e os métodos experimentais introduzidos por Louis Pasteur e outros biólogos foram um passo decisivo no novo campo da bacteriologia durante o final do século XIX.

Teoria celular, embriologia, e teoria microbiana

Os progressos na microscopia exerceram também um impacto profundo no raciocínio lógico no campo da biologia. No início do século XIX, uma série de biólogos fizeram notar a importância crucial das células. Em 1838 e 1839, Schleiden e Schwann promoveram as noções da célula como a unidade básica do organismo e de que cada célula individual contém todas as características essenciais à vida, embora se tenham inicialmente oposto à ideia de que todas as células nascem a partir da divisão de outras células. Contudo, graças ao posterior trabalho de Robert Remak e Rudolf Virchow, na década de 1860, estas três premissas eram já consensuais entre a comunidade científica e estariam na origem do que viria a ser a teoria celular.

A teoria celular fez com que os investigadores encarassem os organismos individuais como conjugações interdependentes de células individuais. Os cientistas que atuavam no novo campo da citologia, dotados de microscópios com um cada vez maior poder de ampliação e novos métodos de coloração, cedo concluíram que mesmo as próprias células eram muito mais complexas do que os compartimentos homogêneos e contentores de líquido descritos pelos primeiros microscopistas. Robert Brown tinha já descrito o núcleo celular em 1831 e, por volta do fim do século, os citologistas tinham já identificado vários dos componentes essenciais das células: cromossomas, centrossomas, cloroplastos e outras estruturas observadas com recurso à coloração. Entre 1874 e 1884 Walther Flemming descreveu as várias etapas da mitose, demonstrando que não se tratavam de artefatos devido à coloração, mas que ocorriam em células vivas, e demonstrando também que o número de cromossomas duplica imediatamente antes da célula se dividir e de ser produzida uma célula nova. Grande parte destas pesquisas sobre reprodução celular foram sistematizadas por August Weismann na sua teoria da hereditariedade: identificou o núcleo, sobretudo os cromossomas, como o material genético, propôs a diferenciação entre célula somática e célula germinativa, e adotou a teoria da pangênese de Hugo de Vries. O Weismannismo foi uma corrente extremamente influente, sobretudo no novo campo da embriologia experimental.

Em meados da década de 1850, a teoria miasmática tinha já sido amplamente suplantada pela teoria microbiana, levando a um acréscimo de interesse nos microorganismos e na sua interação com outras formas de vida. Durante a década de 1880, a bacteriologia tornava-se já uma disciplina coesa, sobretudo devido ao trabalho de Robert Koch, que apresentou métodos para a criação de culturas puras contendo nutrientes específicos em placas de Petri. A ideia enraizada de que os organismos vivos podiam ter facilmente origem em matéria inorgânica, ou geração espontânea, foi desmistificada numa série de experiências levadas a cabo por Louis Pasteur. Ao mesmo tempo, continuaram os debates que opunham o mecanicismo ao vitalismo, uma questão permanente desde a época de Aristóteles.

A ascensão da química orgânica e da fisiologia experimental

Um dos principais problemas apresentados pela química era a difícil diferenciação entre substâncias orgânicas e inorgânicas, sobretudo no contexto de alterações orgânicas como a fermentação ou a putrefação. Desde Aristóteles que estes processos tinham sido considerados como essencialmente biológicos. No entanto, Friedrich Wöhler, Justus Liebig e outros pioneiros do campo da química orgânica, demonstraram a partir do trabalho de Lavoisier que o mundo orgânico podia em grande parte ser analisado recorrendo a métodos da química e da física. Em 1828 Wöhler demonstrou que a ureia, uma substância orgânica, podia ser obtida a partir de processos químicos que não envolviam vida, o que desafiou a teoria vigente do vitalismo. Foram também descobertos extratos celulares capazes de agir sobre alterações químicas, tal como demonstrado pela diastase em 1833. Por volta do fim do século, o conceito de enzima encontrava-se já plenamente aceite, embora as equações de cinética química só tenham sido aplicadas às reações enzimáticas no início do século seguinte.

Alguns fisiologistas como Claude Bernard investigaram as funções químicas e físicas dos organismos vivos, recorrendo a métodos experimentais como a vivissecção e lançando as fundações da biomecânica e da endocrinologia, disciplina em rápida ascensão depois da descoberta do primeiro hormônio em 1902. As suas descobertas foram igualmente fundamentais para a investigação da nutrição e digestão. A importância e diversidade dos métodos experimentais de fisiologia, tanto na medicina como na biologia, desenvolveu-se durante a segunda metade do século XIX. O domínio e manipulação dos processos da vida tornaram-se uma preocupação fundamental e o experimentalismo foi colocado no centro da formação em biologia.