Representação visual de estruturas biológicas em materiais de ensino

Introdução

O desenvolvimento de projetos inovadores no campo da tecnologia educacional, especialmente o design de materiais educativos informatizados, impõe constantes desafios no que diz respeito às estruturas, formas e linguagens de representação do conhecimento científico.
A seleção entre as diferentes alternativas de meios, possibilitada pela multimídia, tais como fotografia, desenho, animação e vídeo, assim como a definição do tratamento gráfico a ser dado às ilustrações como, por exemplo, o tipo de traço, o uso de cores, a intensidade no contraste da foto e o dimensionamento, constituem elementos fundamentais para auxiliar o aluno na visualização e na compreensão de conceitos e estruturas. O conjunto de decisões pedagógicas, conceituais, estéticas e técnicas sobre a representação e o tratamento da informação constitui o campo da ilustração científica. De acordo com Peck (1973), o valor da ilustração científica está em possibilitar ao leitor uma compreensão fácil do texto escrito. Nas ciências naturais, a ilustração traz clareza e elimina a necessidade de muito texto, já que permite o reconhecimento imediato de características físicas de um organismo através da cor, forma etc.
O desenvolvimento de sistemas multimídia para o ensino é realizado por equipes interdisciplinares, que envolvem tecnólogos educacionais, especialistas de conteúdo, programadores visuais e informatas. O processo de definição sobre o tratamento das informações visuais é determinado por uma série de fatores, tais como as características do grupo ao qual o material se destina, os recursos disponíveis, o enfoque pedagógico do material e, especialmente, pelo conhecimento e suas formas de representação e estudo no âmbito da pesquisa científica sobre determinado fenômeno.
Ao longo da história, as formas de representação do conhecimento biológico parecem ter variado tanto em função do desenvolvimento da pesquisa científica como das próprias técnicas de representação visual. Compreender esta dinâmica e construir um conhecimento que auxilie a tomada de decisões sobre as linguagens visuais e formas de representação de estruturas biológicas são fatores determinantes para estimular e facilitar o processo de aprendizagem de alunos de graduação das áreas das ciências biomédicas e da saúde. É neste sentido que se desenvolve a linha de trabalho na qual se insere a pesquisa cujos resultados este artigo divulga.

Objetivos da pesquisa

A escolha do tema deste trabalho foi motivada pela necessidade de definir parâmetros de apresentação e tratamento da informação científica contida num sistema hipermídia orientado para o ensino da imunologia na graduação. Nesse processo, evidenciou-se a peculiaridade do estudo da microbiologia, no que diz respeito às dificuldades de se criar referenciais entre o universo celular e o cotidiano concreto do aluno. Recorrer à representação visual do fenômeno científico torna-se um procedimento fundamental para estabelecer familiaridade entre o objeto de estudo e o aluno.
Optou-se, então, por uma pesquisa sobre a trajetória da ilustração científica da célula, identificando sua relação com a evolução pictórica de outras estruturas biológicas e o seu papel no auxílio à pesquisa e ao ensino. De acordo com esta delimitação inicial, definiram-se os principais objetivos do nosso estudo: resgatar a história das artes e da divulgação científica nas ciências biomédicas; resgatar a trajetória da pesquisa celular, identificando os desenvolvimentos tecnológicos que influenciaram o conhecimento e sua representação; e analisar a evolução pictórica e as técnicas de representação da célula em materiais para o ensino e divulgação científica.

Metodologia da pesquisa

A natureza multidisciplinar desta temática determinou o recurso às bibliotecas especializadas em ciências da saúde e em artes visuais e gráficas. Foram consultados, ainda, profissionais do Centro de Ciências da Saúde/UFRJ, envolvidos em pesquisas nas áreas de microbiologia, biologia e morfologia, e da Escola de Belas-Artes/UFRJ. Recorreu-se, também, à Internet como fonte de informações.
Nem sempre foi possível observar a orientação cronológica inicialmente prevista como base metodológica por força da freqüente indisponibilidade do acervo bibliográfico para consulta ou reprodução. Assim sendo, o pressuposto da evolução do conhecimento científico sobre a célula e as conseqüentes alterações em suas formas de representação constituiu a principal orientação metodológica desta investigação. As figuras foram selecionadas levando-se em consideração os critérios de importância da representatividade e qualidade técnica de reprodução.

Desenvolvimento da pesquisa celular

Na Antiguidade clássica, uma das questões que mobilizava a maioria dos filósofos era o estudo da natureza. Através unicamente da reflexão, eles formulavam suas filosofias, ou buscavam respostas para suas questões, entre elas, principalmente, a da origem do mundo e dos seres vivos. Dessa maneira, chegou-se à produção de várias teorias a respeito da constituição dos seres vivos e da origem das doenças. Destacam-se, entre esses filósofos, Demócrito, que empregou o termo átomo para designar os elementos indivisíveis dos quais acreditava serem feitos todos os seres vivos; Lucrécio, que, no poema De Rerum Natura, reconheceu intuitivamente a natureza atomística da matéria e postulou a existência de sementes de moléstia como os agentes invisíveis e transmissíveis das infecções; e Aristóteles, que também desenvolveu seu projeto filosófico deduzindo a existência de poucos elementos como formadores dos seres vivos, embora se referisse a elementos macroscópicos. A filosofia aristotélica, mais tarde, foi incorporada pela doutrina da Igreja Católica, passando a vigorar durante toda a Idade Média como fundamento absoluto da explicação para a formação e o funcionamento do universo.
No entanto, a Revolução Científica do século XVII destruiu completamente o imobilismo do pensamento dominante na era medieval, separando definitivamente fé e ciência. O homem começou a não aceitar mais as verdades absolutas que lhe eram impostas. A razão, a observação e, principalmente, a experimentação afirmaram-se como os valores definitivos para o estudo da natureza, dando origem à filosofia e aos métodos empíricos de investigação (Gaarder, 1996).
Essa nova forma de pensar a ciência, aliada ao desenvolvimento tecnológico que aprimorou os instrumentos de investigação, entre eles o microscópio e as próprias lentes de aumento, permitiram a descoberta do mundo microscópico.
As células foram observadas pela primeira vez por Robert Hooke. Empregando um microscópio composto por duas lentes de aumento,Hooke observou o corte transversal de um pedaço de cortiça (casca de árvore).Ao descrever a experiência em seu livro A micrografia (1655), o cientista empregou pela primeira vez o termo célula (do latim cella, espaço vazio) para designar os espaços vazios observados na constituição do vegetal. Apesar da continuidade dos estudos microscópicos, as observações restringiam-se aos vegetais, onde eram observadas somente as cavidades constituídas pela parede celulósica, por serem relativamente maiores, uma vez que o poder de resolução do microscópio ainda era baixo e a lente apresentava certo grau de deformação.
Paralelamente, o holandês Antonie van Leeuwenhoek, utilizando um microscópio simples, de uma só lente de alta resolução, identificou e isolou os glóbulos sangüíneos e descobriu a existência dos microrganismos.Para certos autores, a publicação de seu trabalho em 1677 nas Phylosophical Transactions of the Royal Society of London marca o nascimento da microbiologia.
Apesar da revolução que tais descobertas representaram, esse conhecimento ficou aparentemente estagnado por mais de um século até que, em 1838-1839, o zoólogo Theodor Schwann e o botânico Mathias Schleiden concluíram que a célula é a forma estrutural básica de todos os seres vivos, estabelecendo definitivamente a teoria celular moderna (Davis, 1973).
Dessa forma, pode-se concluir que a origem do descobrimento da célula está intimamente ligada ao surgimento de instrumentos tecnológicos, devendo-se a progressão desses conhecimentos ao aperfeiçoamento dessa tecnologia e das próprias técnicas de investigação.
O aperfeiçoamento do microscópio óptico, aliado à descoberta de novas técnicas de microtomia e coloração, permitiram o estudo morfológico detalhado das células. Porém, foi o advento do microscópio eletrônico, no século XX, que trouxe enorme impulso a esse conhecimento, levando a uma revisão dos conceitos morfológicos até então adotados.
Apesar do constante avanço e dos modernos adventos, é importante ressaltar que o surgimento de um novo instrumento ou de uma nova técnica de observação não significava necessariamente o descarte da tecnologia anterior. Cada processo permitiu a análise de um aspecto específico da célula, e foi a soma desses conhecimentos adquiridos que permitiu, ao final, estabelecer um conceito global de célula cada vez mais completo e preciso (Junqueira e Carneiro, 1991).

O humanismo renascentista foi um movimento cultural que teve como palavra de ordem o resgate e o estudo da Antiguidade clássica, voltando-se para o paganismo em busca de uma nova mentalidade que rompesse com os valores medievais. Deste resgate de valores proveio a renovação da imagem do homem que, com suas capacidades físicas e espirituais, tornou-se a preocupação fundamental da época, estabelecendo-se no centro deste novo universo como agente da natureza. O teocentrismo deu lugar ao antropocentrismo, inaugurando-se uma nova visão de mundo e uma relação mais livre entre razão e religião, e abrindo-se caminho para o Renascimento do século XV.
Movimento cultural que se estendeu até o século XVI, o Renascimento representou plasticamente a nova visão de homem e se difundiu em todos os aspectos das artes e da ciência, traduzindo uma admiração irrestrita por suas capacidades e sua genialidade (Mercadante, 1990).
Depois de mil anos de pudor e vergonha, as representações do corpo humano voltaram a ser comuns nas artes. A Igreja passou a permitir a dissecação pelos artistas de cadáveres para o estudo da anatomia e da estrutura muscular. A prática de dissecar cadáveres, evidenciando uma nova postura da Igreja e da ciência, veio corrigir uma série de erros até então vigentes em relação à anatomia humana, como se pode observar através de ilustrações da época.
O estudo de cadáveres atraiu cientistas e artistas. Michelangelo utilizou-os para alcançar o realismo de suas obras, e Leonardo da Vinci afirmou que a verdade anatômica na arte só poderia ser alcançada na mesa de dissecação. A anatomia passou a ser vista e classificada pelos artistas como a aguda percepção do homem biológico. Tamanho interesse fez com que artistas e cientistas se confundissem. O maior exemplo disso foi Leonardo da Vinci que, em seu diário, dedicou 190 páginas somente à anatomia e, em seus estudos, identificou os movimentos de sístole e diástole do coração.
Por outro lado, os cientistas começaram a requisitar os artistas para a representação dos estudos que realizavam, inaugurando o princípio de uma drástica revisão dos conceitos de anatomia e ilustração. O marco fundamental dessa inovação, que unia arte e ciência, foi a elaboração do livro De Humani Corporis Fabrica, escrito por André Vesálio em 1543.
Vesálio entregou as pranchas referentes às ilustrações para que fossem elaboradas pelo artista Jan Stephen van Calcar, renomado pintor da época, pertencente ao grupo de artistas do ateliê de Ticiano. Essa união atingiu seu apogeu na tradição da pintura do século XVIII, tendo como maior representante de Gautier dAgothy (Figs. 8 e 9). A escultura também despontou como uma importante técnica de representação, principalmente no campo da anatomia, através do desenvolvimento de modelos de órgãos em cera que permitiram uma percepção mais acurada do volume e das particularidades de cada peça. Na metade do século XVIII, a Coleção do Palácio Torrigiani, em Florença, apresentava 24 figuras completas e aproximadamente 2.800 modelos de membros e órgãos (Portmann, 1973).
O desenvolvimento da representação visual da célula percorreu um caminho diferente da representação anatômica e permaneceu à parte da euforia que uniu artistas e cientistas. A análise do processo de conhecimento científico sobre a célula, sua difusão e representação visual, levaram à definição de dois momentos distintos, apresentados a seguir.

A célula e a representação científica

Primeiro momento: o cientista é o ilustrador (séculos XVII, XVIII e XIX)

Apesar de a descoberta da célula ter ocorrido no século XVII e de, no século XIX, estarem já definidas as bases da teoria celular, esse novo ramo da ciência não participou da entusiasmada reunião de artistas e pesquisadores. Toda a produção científica nesse campo era realizada e ilustrada pelos próprios estudiosos, e, fosse pela dificuldade das observações ou pelo experimentalismo da nova ciência, os artistas mantiveram-se afastados.
As ilustrações que se produziam nesse primeiro momento eram simples, independentemente da quantidade de informações, feitas a traço, sem apresentar sofisticação pictórica. Eram dirigidas para o meio acadêmico e para outros estudiosos do ramo.

Segundo momento: divulgação do conhecimento científico (século XX)

Com a evolução da pesquisa, a biologia celular consolidou-se como um campo especializado. O nível de complexidade deste conhecimento, no que diz respeito à identificação de seus elementos e à sua visualização, passou a exigir uma preocupação maior com a representação visual da célula. Um tratamento diferenciado e especializado das ilustrações tornou-se necessário para auxiliar a divulgação desses conhecimentos, tanto para a pesquisa como para o ensino em diferentes níveis.
Fator determinante dessa nova preocupação foi a inserção da biologia celular no ensino, do nível básico ao terceiro grau. Esse fato revelou-se fundamental para a ilustração científica, que passou a ter como finalidade criar um referencial entre o universo celular e o cotidiano do aluno, o qual, sem nenhum contato com o assunto, além da dificuldade de visualizar, tem dificuldade em identificar os componentes da célula, mesmo quando esta é vista através do microscópio.
A didática e a divulgação científica impulsionaram, então, uma nova abordagem, agora multidisciplinar, reunindo cientistas e artistas/ilustradores na elaboração de ilustrações e de outras formas artísticas de representação do conhecimento científico.
Embora a técnica de impressão seja um processo inventado no século XV e que chegou às mais sofisticadas técnicas no século XX, seus novos recursos pouca influência exerceram sobre o processo de ilustração da célula. Isto porque a maior dificuldade de representação não se encontrava na qualidade da reprodução dos desenhos, mas antes na dificuldade de ensinar e explicar a célula representando-a no papel, onde o limite da bidimensionalidade não favorece a visualização de aspectos estruturais e fisiológicos. Por isso, a representação da tridimensionalidade das células e de seus componentes tornou-se um novo recurso ilustrativo, que também acabou levando à utilização de outras formas artísticas, como a escultura .
Segundo Hamilton (1973), o processo de elaboração de ilustrações para divulgação científica deve ser orientado por três principais fatores: conteúdo da informação que se deseja transmitir (o que), público ao qual a informação se destina (para quem), tratamento da informação e meio de comunicação a ser utilizado (como). A informação é definida pelo cientista, professor ou especialista de conteúdo, que tem pressupostos baseados não apenas no seu próprio conhecimento sobre o assunto, mas também sobre o tipo de informação adequado ao seu grupo-alvo. Além disso, os enfoques atribuídos à aprendizagem e ao papel da visualização no processo pedagógico são elementos fundamentais que influenciarão a ênfase dada à ilustração no contexto do material educativo e a orientação em relação ao conteúdo.
Ao receber essas informações do cientista, começa o trabalho do designer gráfico e/ou do ilustrador (muitas vezes o mesmo profissional) que, analisando as características do público-alvo, delineia a forma de apresentação das ilustrações.
Nessa etapa, de acordo com as abordagens do conteúdo e do processo de aprendizagem, será preciso definir como os conceitos científicos serão representados e tratados: de forma simplificada, esquematizada ou animada, por exemplo. Também serão formuladas as metáforas visuais adequadas ao universo que se deseja atingir e quais as melhores técnicas para sua representação. Todo este processo, é claro, é pautado pelas potencialidades e limitações técnicas do meio de comunicação através do qual a ilustração científica será veiculada.
As inovações nas técnicas de pesquisa facultaram o aperfeiçoamento de novas formas de representação da célula, como a micrografia, ou fotografia de elementos microscópicos. Embora a primeira fotomicrografia da célula tenha sido realizada em 1866, por J. J. Woodward, sua utilização efetiva deu-se realmente no século XX. Aliada ao microscópio eletrônico, a fotomicrografia atinge grande potencial como forma de representação.
Além disso, indiretamente, essa nova técnica favoreceu um grande avanço da ilustração, ao possibilitar a fixação permanente de uma determinada observação para estudos posteriores. Dessa forma, a ilustração desvinculou-se dos laboratórios e ganhou maior liberdade para ser executada ou aperfeiçoada em outros locais, fosse pelos próprios cientistas ou por um ilustrador. Do ponto de vista de um material didático ou de divulgação científica, a fotografia pode decerto apreender de forma mais objetiva aquilo que "o olho supostamente vê". No entanto, a câmara não é capaz de selecionar e enfatizar os elementos mais significativos ou clarificar relações complexas (Peck, 1973).
Mais tarde, uma câmara de filmagem adaptada à ocular de um microscópio tornou possível a observação de microrganismos (protozoários) em movimento: por exemplo, a emissão de pseudópodos por amebas e fenômenos de fagocitose.
A animação também tornou-se um grande recurso de representação e ensino, especialmente no caso da célula, permitindo uma simulação mais adequada para a compreensão de sua estrutura, organização e movimentação. Esse recurso, no entanto, incorporou-se de forma restrita ao ensino, em decorrência das necessidades técnicas para a sua execução, como salas de vídeo ou projetores, nem sempre disponíveis na rotina do aluno. Mas essa integração vem ocorrendo efetivamente na última década, graças ao advento do computador e a sua crescente popularização.
Além de funcionar como uma ferramenta para a realização das ilustrações e animações mais sofisticadas, o computador vem demonstrando grande potencial para a difusão das informações. aliado às novas propostas de ensino, significou um meio adequado para a inserção de simulações do universo celular no cotidiano dos alunos. Atualmente, os programas multimídia voltados para o ensino têm-se mostrado um dos melhores veículos para a representação, em especial, da biologia celular.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Baker, Jeffrey J. W. e Allen, Garland E. 1975 Estudos da biologia. Trad. Elfried E. Kirchner. São Paulo, Edgard Blücher, vol. 1.
Bellanti, Joseph A. 1978 Immunology II. Filadélfia, W. B. Saunders.

Breacht, Jean set. 1961 'The leaving of cell'. Scientific American, nº 205.

Davis, Bernard D. et alii 1973 Microbiologia: fisiologia bacteriana. Trad. Lúcio Penna de Carvalho Lima. São Paulo, Brasília, Edart INL/MEC.

Dias, Diarone P. e João, Luiz C. 1978 Biologia. São Paulo, Moderna/IBEP. Ciência: Escola moderna, vol. 3.

Gaarder, Jostein 1996 O mundo de Sofia: romance da história da filosofia. Trad. João Azenhar Jr. São Paulo, Companhia das Letras.

Hamilton, Edward A. 1973 'Scientific illustration for the general public'. Em Walter Herdeg (org.), The artist in the service of science. Zurique, The Graphic Press, pp. 58-77.

Junqueira, L. e Carneiro, J. 1991 Biologia celular e molecular. Rio de Janeiro, Guanabara Koogan.

Lago, Samuel R. e Ens, Waldemar O homem. São Paulo, IBEP. Ciências: Escola Moderna, vol. 3.

Lemire, Michel 1993 'Fortunes et infortunes de l'anatomie et des préparations anatomiques, naturelles et artificielles'. Em Jean Clair (org.), L'Âme au corps - arts et sciences. Paris, Gallimard.

Lodish, Harvey; Darnell, James e Baltimore, David 1986 Molecular cell biology. Nova York, Scientific American Books.

LTC/NUTES 1998 'Anticorpos monoclonais'. Software hipermídia sobre imunologia (em desenvolvimento). Rio de Janeiro, NUTES/UFRJ.

Mason, Stanley 1973 'Will Burtin'. Em Walter Herdeg (org.), The artist in the service of science. Zurique, The Graphic Press.

Mercadante, Antonio Alfredo 1990 História é vida: as sociedades modernas e contemporâneas. Porto Alegre, Mercado Aberto.

Peck, Paul 1973 'Scientific illustration in the twentieth-century'. Em Walter Herdeg (org.), The artist in the service of science. Zurique, The Graphic Press, pp. 38-57.

Pfeiffer, John 1968 A célula. Rio de Janeiro, José Olympio, Biblioteca Científica Life.

Portmann, Adolf 1973 'Pre-twentieth-century scientific art'. Em Walter Herdeg (org.), The artist in the service of science. Zurique, The Graphic Press, pp.10-37.17