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Vacina contra o Ebola: perspectivas para populações africanas

 

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Créditos da Imagem: UNMEER (CC BY 2.0)

Há mais de 40 anos o vírus Ebola tem assolado populações africanas, e nos últimos 20 anos pesquisas têm tentado produzir uma vacina capaz de erradicar este vírus. O Ebola é um vírus do gênero Filovirus, descoberto em 1976, em uma região próxima ao rio Ebola.

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Chimpanzé. Crédito da imagem: Wikipedia, Thomas Lersch (Licença: CCBY 2.5). 

Os hospedeiros naturais deste vírus são os morcegos frugívoros, ou seja, aqueles que se alimentam de frutos com a capacidade de dispersar as sementes, portanto podemos classificar esta doença como uma zoonose. No entanto, este vírus já foi isolado de grandes primatas, como gorilas e chimpanzés, e também de animais herbívoros, como os antílopes. 

 

 

A transmissão deste vírus para os humanos pode ocorrer através dos animais infectados, devido ao contato com sangue e fluidos corporais, como a saliva, suor, urina e fezes. Uma vez que a transmissão ocorre nos humanos através de animais, as pessoas podem contrair este vírus entre si pelo contato direto, uso de seringas e até depois da morte do hospedeiro. Estudos também mostram que o vírus persiste no sêmen de homens que tenham sobrevivido, se fazendo ainda mais necessário o uso da camisinha feminina e masculina. As diferentes formas de transmissão e a persistência do vírus no organismo dificultam o seu tratamento. 

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O vírus Ebola. Créditos da Imagem: CDC.gov; Public Health Image Library

Uma vez contraído, o período de incubação tem uma duração de 2 a 21 dias e após este período ocorrem sintomas no paciente como: febre, dor de cabeça, fraqueza muscular, dor de garganta e articulações, calafrios, diarreia com sangue, erupção cutânea, olhos vermelhos. Por fim, no estágio final da doença ocorre hemorragia interna, sangramento nos olhos, ouvidos, nariz e reto, danos cerebrais e perda de consciência. 

Em relação a pesquisas sobre vacinas, estudos mostram que de 12 possíveis vacinas, quatro foram capazes de iniciar a fase II de testes clínicos e, somente uma, completou a fase III (para saber mais sobre ensaios clínicos, clique aqui). No dia 21 de maio de 2018 começaram a aplicar uma campanha de vacinação experimental contra o vírus na República Democrática do Congo, no entanto no dia 1º de agosto daquele ano foi declarada uma epidemia de Ebola no mesmo país que, até então, não foi controlada.

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Epidemiologista realizando um teste rápido para diagnóstico de Ebola. Créditos da Imagem: CDC.gov; Public Health Image Library; John Saindon

De acordo com a associação dos Médicos sem Fronteiras, em 8 meses foram relatados mais de mil casos com um desdobramento de mil novos casos em dois meses (abril e junho de 2019). 

A questão que fica é: será que a vacina é tão eficaz quanto se pensava?

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Créditos da imagem: NIAID (CC BY 2.0)

Os estudos e os testes clínicos comprovaram que a vacina contra o Ebola, denominada rVSV-EBOV, é eficaz e segura para os humanos e tem sido utilizada para o controle da epidemia de Ebola tanto na República Democrática do Congo como em Uganda. O tempo de resposta imune desta vacina ainda é uma incógnita pelo motivo de somente existir 90 amostragens com o período de dois anos, marcado como o início da vacinação em humanos. No entanto, é sabido que nestes dois anos as 90 pessoas que receberam a vacina ainda estão imunes ao vírus. Além disso, a vacina rVSV-EBOV tem funcionado bem como estratégia emergencial de controle da doença. 

Então porque será que as epidemias continuam ocorrendo?

Campanhas de vacinação são necessárias para a proteção imunológica das populações. Quanto maior o número de vacinações, maior proteção para aquelas que ainda não se vacinaram, criando ‘regiões de imunidade’ em locais onde há casos de Ebola. No entanto, questões políticas e regionais têm uma influência direta na imunização das pessoas. No caso da República do Congo, existem cerca de 20 grupos insurgentes que geram violência na área, desencorajando pessoas a serem encaminhadas aos Centros de Tratamento de Ebola, interrompendo campanhas de vacinação e promoção da saúde comunitária e enterros seguros. Além disso, há a relutância das comunidades da região de se vacinarem. Até quando as populações africanas continuarão a mercê desta doença mesmo com a possibilidade de sua erradicação? Ações como as da Organização Mundial de Saúde e do Médicos sem Fronteiras são imprescindíveis para o controle da doença.

Referências:

– Drauzio Varella: https://drauziovarella.uol.com.br/doencas-e-sintomas/ebola/

– Cohen J. Ebola outbreak continues despite powerful vaccine: WHO declines again to call it a global health emergency. Science. 2019, 364: 223. http://science.sciencemag.org/content/364/6437/223.

– Marzi A, Mire CE. Current Ebola Virus Vaccine Progress. Biodrugs. 2019. https://doi.org/10.1007/s40259-018-0329-7

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Vamos falar sobre fogo?

Se você passou o olho em qualquer site de notícias ou rede social nas últimas semanas, certamente você se deparou com algo sobre a grande queimada que continua acontecendo na floresta amazônica. Apesar das diversas “opiniões” sobre quem colocou fogo, quem deve apagar o fogo, etc, uma coisa é unânime: o fogo na floresta não é bom. O que acontece durante e depois do fogo que pode afetar nossas vidas?

 

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Figura 1: Incêndio que acomete a região amazônica. Fonte: Fernando Frazão/ABr

Durante:

Para quem vive perto da floresta os efeitos imediatos são mais pronunciados. De acordo com um estudo publicado em 2002 por pesquisadores da Universidade de São Paulo, os efeitos diretos na saúde da população incluem infecções do sistema respiratório superior, asma, conjuntivite, bronquite, irritação dos olhos e garganta, tosse, falta de ar, nariz entupido, vermelhidão e alergia na pele, e desordens cardiovasculares.

Durante a queima da floresta há também uma grande liberação de gases responsáveis pelo efeito estufa, já que todo o bioma serve como um reservatório retirando da atmosfera esses gases tóxicos. A liberação desses gases tem efeitos no meio ambiente em longo prazo, mas também afeta indivíduos a curto prazo. Estudos nos EUA indicam que uma das grandes causas de envenenamento por monóxido de carbono é devido aos incêndios florestais que acontecem na região (Varon et al., 1999).

Além dos efeitos diretos na saúde, ainda há efeitos sociais e econômicos que afetam toda a população que mora na região como a drástica redução da visibilidade, fechamento de aeroportos e escolas, aumento de acidentes de tráfego, destruição da biota pelo fogo, diminuição da produtividade e restrição das atividades de lazer e de trabalho.

Devido a proporção dos incêndios que estão acontecendo na Amazônia foi possível constatar de maneira clara que estes efeitos imediatos podem acometer não só quem vive próximo a floresta, mas também quem está a muitos quilômetros de distância. Foi o que vimos acontecer quando o dia escureceu em São Paulo.

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Figura 2: São Paulo no dia 19/08/2019 por volta das 16h. Fonte: Correio Brasiliense.

De acordo com meteorologistas, a escuridão se deu por conta do excesso de poluição urbana que foi agravado pelas fumaças trazidas do norte do Brasil e Bolívia por conta da queima da floresta nessas regiões. Pesquisadores da USP também detectaram substâncias na água da chuva de São Paulo que são originadas somente quando há queima de biomassa, ou seja, um incêndio florestal.

Apesar dos efeitos durante as queimadas afetarem uma quantidade significativa de indivíduos, os efeitos mais pronunciados e graves ainda estão por vir.

Depois:

Aqui é importante ressaltar que não importa onde você vive, se perto ou longe da floresta, você será afetado. Incêndios da proporção dos que estão ocorrendo na Amazônia (e pelos mesmos motivos) não são uma exclusividade do Brasil. Infelizmente acontecem em diversas regiões do globo e todos nós temos que dividir a conta.

Para começar, temos que considerar o atual estado climático e como isso afeta a floresta. Um grupo de cientistas de universidades americanas publicou esse ano um artigo revelando um efeito muito preocupante. Por causa das mudanças atmosféricas e de temperatura já causadas pela mudança climática em curso, está ficando cada vez mais difícil para as florestas se recuperarem após queimadas. Ao contrário de alguns biomas como o cerrado, no qual a vegetação possui adaptações para sobreviver e se recuperar após queimadas, a vegetação das florestas não possui proteção contra fogo simplesmente porque o fogo nessas áreas não é um evento natural. Por causa disso, a disponibilidade de sementes viáveis após a ocorrência de um incêndio é muito baixa, diminuindo a possibilidade de recuperação da vegetação. Além disso, mesmo que algumas sementes consigam resistir, o crescimento da vegetação é afetado por condições atmosféricas e climáticas que estão sendo alteradas por conta da crise climática. O resultado disso, de acordo com esse estudo, é uma probabilidade cada vez maior de áreas de florestas que foram incendiadas não consigam retornar ao seu estágio inicial.

Outro estudo realizado por cientistas australianos também traz más notícias: O tempo de regeneração do solo após queimadas é muito maior do que se esperava. Inicialmente se imaginava que o solo poderia se recuperar após um evento de queimada em aproximadamente 10 ou 15 anos. Os cientistas ficaram surpresos ao constatar que esse tempo pode ser de até 80 anos. Por conta da temperatura a que o solo é submetido, a perda de nutrientes é muito severa e a recuperação se torna lenta.

Ambas as consequências de incêndios acabam gerando um ciclo vicioso perverso: uma área é incendiada, libera gases do efeito estufa durante a queima, aumenta os efeitos de mudanças climáticas, não se reconstitui e deixa de absorver gases que aumentam os efeitos de mudanças climáticas, tornando o clima ainda mais severo.

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Figura 3: Efeitos do desmatamento na região amazônica na continuidade da floresta. Fonte: O Globo.

Não se esqueça de somar a esse cálculo as consequências que estamos acostumadas a ouvir: derretimento das geleiras, aumento de poluição e gases do efeito estufa, aumento da temperatura global, aumento do nível dos oceanos, acidificação dos oceanos e por ai vai…Tudo isso é consequência do desflorestamento, entre outros tantos motivos. Esse artigo aqui do blog explica diversos motivos pelos quais devemos manter as florestas intactas e quais as consequências se não preservarmos.

E qual é a solução?

Não existe uma solução, existem várias. Existe o que os governantes podem fazer, existe o que podemos fazer como indivíduos e comunidades. O que não pode existir é pensar que não podemos fazer nada. Uma pequena mudança de atitude já é uma mudança. Ler esse texto e se informar já são atitudes que geram mudança. Eu pensei em uma porção de conselhos que eu poderia dar, mas esses conselhos valem para mim, para a minha realidade. O que eu acho que seria mais interessante é cada um procurar o que pode ser feito de uma maneira prática de acordo com a sua realidade. As sugestões existem e, como eu disse, o que não vale é não fazer nada.

 

Referências:

Ribeiro H & Assunção, JV. (2002). Efeitos das queimadas na saúde humana. Estudos Avançados, 16(44), 125-148.

Bowd EL, Banks SC, Strong CL, Lindenmayer DB. (2019). Long-term impacts of wildfire and logging on forest soils. Nature Geoscience, 12: 113–118.

Australian National University. (2019). Forest soils need many decades to recover from fires and logging. ScienceDaily. Retrieved September 2, 2019.

Kimberley T. Davis, Solomon Z. Dobrowski, Philip E. Higuera, Zachary A. Holden, Thomas T. Veblen, Monica T. Rother, Sean A. Parks, Anna Sala, Marco P. Maneta. Wildfires and climate change push low-elevation forests across a critical climate threshold for tree regeneration. Proceedings of the National Academy of Sciences, 116 (13) 6193-6198.

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Você é o que você come ou diga-me com quem andas e lhe direi quem você é? A evolução humana e a importância da dieta e da sociedade

O tamanho do nosso cérebro está associado a nossa complexidade cognitiva. E por isso, tem sido alvo de curiosidade por parte do público em geral e de pesquisadores.

 

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Adaptado da Nature Ecology & Evolution. Crânios da esquerda para direita: lemur, vervet, orogotango, babuíno, chimpanzé e humano

 

 

Katherine Milton que estuda macacos bugios no Panamá há mais de 36 anos e atualmente é pesquisadora na Universidade de Berkeley, já em 1987 escreveu um capítulo no livro “Food and evolution” (sem tradução para o português) em que olhando para os trabalhos disponíveis na época, associou dieta em diversos primatas não humanos com tamanho de intestino e de cérebro; ela queria entender como a dieta estava relacionada com a evolução do cérebro humano. Seu trabalho, contudo contava com muito poucos dados de dieta, simplesmente porque havia na época poucas pesquisas de campo. *E ainda há, mas isso é história para outro texto.

Anos depois, em 1988, Dunbar da Universidade de Oxford, no Reino Unido, argumentou que cérebros evoluíram para ajudar os primatas a gerenciar grandes redes sociais. Seria o desafio de reconhecer e memorizar todos os indivíduos do seu grupo, identificar comportamentos que lhe sejam favoráveis – como receber carinho, de comportamentos que lhe prejudique – como não compartilhar alimento, que teria selecionado os indivíduos com maiores capacidades cognitivas – que é associado a um grande volume de massa cerebral. Essa seria a “hipótese do cérebro social”. E desde então, Dunbar vem conquistando mais e mais adeptos.

 

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Macaco-prego comendo raíz. Foto por Mari Fogaça

 

Até que um estudo liderado por uma pesquisadora, doutoranda – aquela que está desenvolvendo uma tese que passará por avaliação de pares e sendo aprovada confere o título de doutor – pela Universidade de Nova York: Alex DeCasien trouxe a discussão sobre o que foi mais importante como pressão evolutiva para o desenvolvimento de um grande cérebro: dieta versus socialidade de volta para o centro das atenções. Alex tinha como objetivo descobrir se os primatas monogâmicos – que estabelecem relações sexuais apenas com um indivíduo, tinham cérebros maiores ou menores do que as espécies mais promíscuas. Ela coletou dados de mais de 140 espécies de primatas não humanos que vivem em todo o mundo, e calculou quais dessas características tinham maior probabilidade de estar associadas a cérebros maiores. Para sua surpresa, nem a monogamia nem a promiscuidade previram algo sobre o tamanho do cérebro de um primata. O único fator que parecia predizer quais espécies tinham cérebros maiores era se suas dietas eram compostas principalmente por folhas ou frutas! 

O estudo publicado na Nature Ecology & Evolution, compilou dados existentes sobre o 1) tamanho do cérebro 2) tamanho corpo, 3) grau de socialidade e 4) a classificação da dieta (onívoros – comem de tudo um pouco, herbívoros – se alimentam de folhas, frugívoros – se alimentam de frutas e aqueles que comem folhas e frutas. 

Esses dados foram então cruzados para tentar achar relação entre tamanho relativo do cérebro (tamanho do cérebro em relação ao tamanho corporal) com tipo de dieta e com grau de socialização; testando assim as hipóteses que o que teria levado ao aumento do cérebro em primatas (e, portanto, dos nossos cérebros também) seria a dieta ou os desafios da convivência em sociedade.

Ela e seus colaboradores concluem que os cérebros grandes dos primatas podem ser devido à dieta dos animais, e não ao seu comportamento social, desafiando uma teoria de Duban que vinha sendo a mais aceita.

Diferentemente do trabalho da Katherine, esse contém um grande tamanho da amostra e métodos estatísticos robustos. E vem conquistando apoiadores de peso como o Richard Wrangham, da Universidade de Harvard que disse à revista Science que “O artigo é extremamente valioso”. 

Mas nem tudo são flores, na ciência pesquisadores estão sempre a procurar algum ponto fraco nos trabalhos. Estes resultados não convenceram Dunbar, que argumenta que os resultados apenas relacionam que uma dieta rica em nutrientes, permite a evolução de cérebros maiores, mas não oferece dados para provar que por si só foi uma pressão evolutiva seletiva (também para a Science). 

Em adição, Katherine Milton (sim! ela novamente), sugere que as frutas fornecem

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Macaco-prego comento fruto. Foto por Mari Fogaça

energia para a formação de um cérebro, mas que a pressão seletiva por trás dessa relação são adaptações cognitivas para que os primatas procurem e achem frutas. Isso porque localizar frutas em florestas é mais desafiador do que folhas. Além disso, algumas frutas encontram-se encapsuladas como côco e os animais precisam, portanto lidar com o quebra cabeça para acessar.

 

E você, depois de ler opiniões tão divergentes, em qual resposta apostaria? Deixe seu comentário.

 

PARA SABER MAIS:

Livros:

Daniel Lieberman. A história do corpo humano.

Suzana Herculano-Houzel. A vantagem humana.

Artigos científicos:

Alex R. DeCasien, Scott A. Williams, e James P. Higham. Primate brain size is predicted by diet but not sociality. Nature Ecology & Evolution

Katherine Milton. Distribution Patterns of Tropical Plant Foods as an Evolutionary Stimulus to Primate Mental Development. American Anthropologist 

Katherine Milton. Primates Diets and gut Morphology: Implications for Human Evolution. In: Marvin Harris e Eric Ross. Food and Evolution Toward a Theory of Human Foods Habits

Leslie C. Aiello, e Peter Wheeler. The Expensive-Tissue Hypothesis: The Brain and the Digestive System in Human and Primate Evolution. Current Anthropology

Robin Dunbar. The social brain. The evolution anthropology

 

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Cérebro crítico: novas evidências para uma teoria sobre transições de fase entre estados cerebrais.

Várias vezes usamos expressões como “minha cabeça está fervendo” ou “meu cérebro derreteu” numa analogia despretensiosa entre as super conhecidas transições de fase do estado líquido para o gasoso ou do sólido para o  líquido. Mas existe, de fato, uma hipótese relacionando os estados do nosso cérebro e as transições de fase em sistemas físicos. E a pergunta da moda é “Que transição seria essa?”

 

 

Quando você abre uma caneca de café quentinho (daquelas que têm uma tampinha para o café não esfriar), inevitavelmente algumas moléculas do vapor de café se difundem no ar e atingem seu nariz. Isso garante que você poderá sentir o aroma desta iguaria (que facilita o avanço da ciência há muitos séculos).  E isso só acontece porque alguns neurônios receptores no seu nariz são capazes de identificar estas moléculas e transmitir essa informação através de sinais elétricos para diferentes regiões do seu cérebro. Ou seja, um processo que começa em uma escala molecular vai ser transmitido para regiões cada vez maiores do seu sistema nervoso de maneira a gerar uma reação cognitiva na escala comportamental. Por exemplo, desencadeando um sorriso ou uma careta se o cheiro for agradável ou não.

Uma questão ainda em aberto no meio científico é como relacionar a atividade cerebral que ocorre em diferentes escalas de tempo e espaço e o nosso comportamento. Em outras palavras como a atividade aparentemente desordenada de tantos neurônios respondendo a estímulos externos pode se tornar organizada para dar origem a padrões tão complexos de comportamento. E é aqui que as ideias de transições de fase [1] e criticalidade podem nos ajudar.

No caso particular do nosso exemplo com o café, poderíamos pensar numa transição de fase entre dois estados específicos: um com muita atividade desencadeada pelos neurônios receptores e outro sem atividade. Imagine que os neurônios do nariz estivessem fracamente conectados entre si, ou que a capacidade de resposta deles a um estímulo fosse muito pequena. Neste caso, você só sentiria o cheiro de café se praticamente encostasse o líquido no nariz. Dizemos que nesta fase seria necessário um estímulo muito grande para que a atividade dos neurônios fosse mantida por tempo suficiente para que percebêssemos o aroma. Caracterizamos este estado como absorvedor, uma vez que para estímulos pequenos os neurônios rapidamente iriam parar de disparar ou ficariam em silêncio e a informação não se propragaria.

Por outro lado, se os neurônios do nariz estivessem fortemente conectados ou em um regime super sensível, bastaria alguém esquecer um copinho de café em cima da mesa (ver Figura 1) a muitos metros de distância que seus sensores já seriam capazes de perceber o cheiro. Além disso, se a atividade elétrica não diminuísse facilmente, você poderia passar o dia todo com a sensação de que ainda estava sentindo o tal cheirinho de café. Dizemos que esse estado é ativo, pois qualquer estímulo, por menor que seja gera uma resposta alta e duradoura.

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Figura 1: Imagem do copinho de café mais famoso do ano. (Se você não acompanhou as fofocas de Game of Thrones pode ler mais sobre esse cafezinho aqui.)

Pensando sobre esses dois extremos, parece razoável imaginar que o ideal é que nossos neurônios operem em um estado intermediário entre o silencioso e o ativo. Portanto, é fácil imaginar que exista um ponto ótimo no meio do caminho entre ser absorvente e ser super reativo e que talvez o nosso cérebro poderia estar próximo a este ponto. Essa analogia foi bastante utilizada nos últimos anos para exemplificar uma possível transição de fase no cérebro e uma preferência por estados próximos ao ponto crítico onde essa transição ocorreria.

Mas de onde veio essa ideia?

Nos anos 80 o físico Per Bak propôs que, através de interações locais, diversos sistemas complexos poderiam se auto organizar em torno de um ponto crítico. Esta criticalidade estaria, em geral, relacionada a uma transição de fase entre um estado bagunçado e outro mais organizado. Esse fenômeno ficou conhecido como criticalidade auto organizada e tem como uma das principais características a presença de distribuições do tipo lei de potência [2] em que eventos pequenos (ou de curta duração) têm uma probabilidade maior de ocorrer do que eventos grandes (ou de longa duração). Per Bak também propôs que o cérebro funcionaria de acordo com esses mesmos princípios. Segundo esta teoria, que ficou conhecida como criticalidade cerebral ou hipótese do cérebro crítico, a atividade neuronal obedeceria às mesmas leis matemáticas que o deslizamento dos grãos de areia empilhados na base de uma ampulheta. Ou seja, que a ocorrência de certos eventos, chamados avalanches, com diferentes tamanhos permitiriam manter a estabilidade global do sistema. No caso da areia as avalanches são deslizamentos de uma certa quantidade de grãos. Enquanto que no caso do cérebro essas avalanches seriam disparos elétricos de alguns neurônios.

Em 2003 Beggs e Plenz [3] publicaram a primeira evidência experimental para sustentar a hipótese do cérebro crítico. Eles mostraram que a atividade elétrica espontânea dos neurônios em fatias de cérebro de ratos, de fato, exibe uma lei de potência. Isto é, a probabilidade P(s) de observar uma avalanche com s disparos neuronais é proporcional a s elevado a um certo expoente (nesse caso: P(s)~s^(-1,5)).

Desde então muitos outros estudos mostraram evidências a favor desta hipótese, mas também contra ela. Um dos pontos fracos da teoria foi levantado em um estudo recente, que mostrou que a assinatura de lei de potência também pode ser encontrada em sistemas que estão longe de um ponto crítico [4]. Outro ponto contra é que a ideia da transição de fase no nosso exemplo do café entre um estado silencioso e outro ativo não leva em conta que o estado silencioso não é encontrado em um cérebro vivo. Ela também deixa de fora um estado cortical bastante conhecido dos experimentos em neurociência que diz respeito às oscilações cerebrais (alguns deles já descritos anteriormente aqui, aqui e aqui).

Certo, mas e daí?

E daí que, em maio deste ano, um grupo de físicos brasileiros (trabalhando em universidades públicas) publicou em uma das revistas internacionais mais importantes da física o que pode ser considerada a evidência mais forte em favor da hipótese do cérebro crítico [5]. Fortalecendo, portanto, a ideia de que o cérebro, de fato, opera em um ponto intermediário entre dois estados cerebrais diferentes. Além disso, os resultados deste trabalho sugerem que a transição de fase não ocorre entre um estado absorvente e outro ativo como no exemplo inicial do cafezinho, mas sim entre duas fases ativas: sincronizada e dessincronizada.

O grupo estudou a atividade elétrica do córtex visual primário em ratos anestesiados e utilizou uma medida da variabilidade desta atividade ao longo do tempo [6] para quantificar os diferentes estados corticais (ver exemplo de três estados diferentes na Figura 2(a)). Os estados encontrados para o tipo específico de anestesia utilizada variam desde uma atividade muito sincronizada (parecida com a que ocorre em alguns estágios do sono) até uma atividade aparentemente aleatória (parecida com estados acordados). O grupo mostrou que os tamanhos e durações das avalanches neuronais obedecem às distribuições de leis de potência verificadas in vitro no estudo de 2003 (ver Figura 2(b)). E que alguns dos resultados também são encontrados em dados de domínio público de experimentos realizados com outros animais (macaco, tartaruga e rato).

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Figura 2. Modificada da Referência [5]: Visão geral dos resultados experimentais fortalecendo a hipótese do cérebro crítico. (a) Atividade do córtex visual do rato anestesiado em três diferentes estados corticais com coeficiente de variação e nível de sincronização crescendo da esquerda para direita. (b) Distribuição do tamanho das avalanches P(S) obedecendo uma lei de potência para o estado de sincronização intermediária (vermelho). (c) Relação de escala mais rígida para os coeficientes críticos que só é obtida quando a curva azul e preta se interceptam. Indicando que a transição de fase ocorre em estados de sincronização nem muito alta nem muito baixa.

 Os pesquisadores mostraram ainda que os dados obedecem a uma condição matemática mais rigorosa do que somente a existência de uma lei de potência, e que reforça a hipótese de criticalidade. Em particular, essa condição mais especial de criticalidade não é satisfeita para qualquer valor de atividade, mas somente em estados corticais que estão entre regimes de alta e baixa sincronização (caracterizado por valores intermediários do coeficiente de variação, como mostrado na Figura 2(c)). Isto significa que a transição de fase pode ocorrer entre um estado com atividade muito aleatória e outro com atividade muito sincronizada.

Finalmente, o grupo analisou um modelo teórico de neurônios excitatórios e inibitórios chamado CROS (sigla do inglês para oscilações críticas, critical oscillations) que pode representar uma transição para um estado com oscilações corticais. Eles mostraram que as relações entre os expoentes críticos obtidos a partir deste modelo são mais parecidas com as obtidas utilizando os dados experimentais analisados do que o modelo bem conhecido de transição entre estados ativos e inativos (como no exemplo do café).

Todas estas novas evidências fortalecem a hipótese de que o cérebro pode estar operando próximo a uma transição de fase entre dois estados bem definidos; e abre novas perspectivas na busca de um modelo teórico, baseado em mecânica estatística, que explique a diversidade dos expoentes críticos obtidos com diferentes dados experimentais. Esperamos que a determinação de tal modelo contribua para um melhor entendimento do cérebro como um todo; e da relação entre as escalas neuronais microscópicas e as escalas macroscópicas do comportamento.

E, claro, esperamos que pesquisas como essa sirvam de exemplo para a sociedade sobre a qualidade e a importância do trabalho que é realizado nas Universidades Federais do nosso país.

Referências e comentários:

[1] As transições de fase mais conhecidas estão relacionadas com os estados sólido, líquido e gasoso da matéria. Em particular estamos bastante acostumados com transições chamadas de primeira ordem onde coexistem gelo e água líquida, ou água líquida e vapor que podem ser induzidas por fornecimento de calor e ocorrem a uma temperatura constante e que depende da pressão. Existem porém transições ditas de segunda ordem que possuem características diferentes das de primeira ordem. Por exemplo, no ponto crítico do diagrama pressão versus temperatura da água temos uma transição de segunda ordem em que o fluido está tão quente e comprimido que não é possível diferenciar as fases líquida e gasosa.

[2] Matematicamente a probabilidade P de ocorrer um evento de tamanho s é dada por: P(s)~(s)^k  e este gráfico pode ser representado por uma reta em escala log-log. Diferentemente da distribuição normal (Gaussiana) este tipo de distribuição não apresenta um tamanho característico.

[3] Beggs, John M., e Dietmar Plenz. “Neuronal avalanches in neocortical circuits.” Journal of neuroscience 23.35 (2003): 11167-11177.

[4] Touboul, Jonathan, and Alain Destexhe. “Power-law statistics and universal scaling in the absence of criticality.” Physical Review E 95.1 (2017): 012413.

[5] Fontenele, Antonio J., et al. “Criticality between cortical states.” Physical review letters 122.20 (2019): 208101.

[6] O coeficiente de variação CV de uma série temporal é definido como a razão entre o desvio padrão da atividade e sua média.

Outros textos sobre criticalidade cerebral:

https://www.quantamagazine.org/toward-a-theory-of-self-organized-criticality-in-the-brain-20140403/

https://www.quantamagazine.org/do-brains-operate-at-a-tipping-point-new-clues-and-complications-20190610/

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O laboratório e o dia-a-dia – Parte II: O que um cientista faz com aquilo que ainda não conseguiu explicar?

Na parte 1 do artigo, conversamos um pouco sobre variáveis dependentes e independentes, falseabilidade e sobre alguns dos objetos de estudo da ciência, e sobre como evitar uso de explicações não consistentes ou não verificáveis dentro do aparato teórico que já temos, evitando extrapolações de afirmações sobre as causas dos fenômenos que estamos estudando. 

Em resumo, queremos evitar misturar afirmações que são verificáveis na prática com conceitos abertos e subjetivos que não temos como verificar, já que esta mistura pode tanto atribuir uma falsa credibilidade científica a pensamentos que estão fora do escopo da ciência (como a existência do sobrenatural) quanto limitar a investigação de um fenômeno complexo através do uso de hipóteses que buscam unicamente cobrir buracos que a teoria ainda não explicou, o que chamamos de hipóteses ad hoc.

Não é só fora do léxico científico que acontecem falhas lógicas para explicar fenômenos. É muito comum, especialmente em manchetes de revistas não especializadas que falam sobre a área de saúde, que se divulguem pesquisas que relacionam, por exemplo, determinados hábitos a doenças. Muitas destas relações possuem de fato fundamentação e uma teoria coerente que as suporta, mas muitas vezes o fenômeno ainda não foi completamente desvendado, ou mesmo está sendo estudado através da observação de padrões que não necessariamente possuem relevância estatística ou relação de causa-consequência, como já foi ilustrado neste artigo.

Muitas vezes também, a chamada da revista que menciona a pesquisa faz um recorte muito reduzido do que a pesquisa realizou de fato, ou menciona números de casos de determinada doença sem mencionar a proporção na população. Daí a importância de não se ater aos títulos e de procurar outras fontes antes de, por exemplo, começar aquela nova dieta que vai te ajudar a evitar rugas, emagrecer e prevenir o câncer.

Alguns fenômenos são bastante complexos e envolvem situações impossíveis de serem reproduzidas em laboratório, até porque nem todas as variáveis são conhecidas. Alguns envolvem uma complexidade que é controlável mas cujas relações estabelecidas não são necessariamente diretas.

Suponha que eu queira, por exemplo, estudar a relação entre o tamanho de uma sala onde uma festa está acontecendo e a probabilidade de alguém quebrar um copo de cerveja. Talvez a chance de algum premiado espatifar um copo esteja relacionada com outros fatores, como a faixa etária dos convidados, a proporção entre homens e mulheres e até mesmo os tipos de cerveja que estão sendo servidas. Mas se queremos descobrir se pode existir um modelo que relacione apenas a probabilidade com a área livre da sala, ignorando todas as demais variáveis (conhecidas e desconhecidas), estamos analisando a probabilidade como variável dependente e a área livre da sala como única variável independente.

Qual a relação entre o tamanho da sala e a chance de alguém quebrar um dos copos? Crédito: Daniel Valverde/pixabay.

Pode ser que, após estudar muitas festas e muitas salas, eu chegue a um padrão que pareça relacionar de forma consistente as duas variáveis. Tudo deve passar por testes estatísticos criteriosos e, mesmo que a relação passe por todos estes testes, dificilmente teremos uma explicação de fato para as causas da relação entre quebra de copos e o tamanho da sala. Além disso, pode haver ligação entre vários fatores que foram ignorados (por exemplo, o tamanho da sala pode interferir a quantidade de pessoas que serão convidadas para a festa, que vai interferir no número de copos que serão quebrados, ou ainda pode ser que os dados que foram disponibilizados não tenham levado em conta a faixa etária e o poder aquisitivo dos anfitriões, ou mesmo se foram utilizados copos de plástico no lugar de copos de vidro). 

Para que se desenvolva de fato um estudo, tese ou teoria sobre como o tamanho da sala influencia na quantidade de copos quebrados, não basta achar correlações entre números.  O papel do cientista aqui é apresentar um olhar crítico sobre a relação encontrada e, se for o caso, propor abordagens do problema que tenham embasamento teórico a partir do trabalho já realizado por outros cientistas, levando em consideração todas as variáveis conhecidas e propondo, quando for o caso, a influência de variáveis que não foram levadas em conta, que poderão ser então verificados por outros cientistas.

Enquanto não houver nenhum resultado baseado em evidências e verificável por outros cientistas, ainda não se está fazendo ciência. Ou seja, se eu encontrar uma relação mágica entre os tamanhos das salas e o número de copos quebrados na festa, esta relação só passa a ser cientifica se ela puder ser posta à prova por outras pessoas em condições rigorosas e reprodutíveis. Isto não quer dizer que teorias científicas constituem a verdade absoluta, ou que elas proporcionem respostas sobre todas as causas dos fenômenos estudados, mas sim que aquele é o ponto máximo a que se pôde chegar, neste momento, a conclusões com o máximo de rigor possível utilizando-se o pensamento racional.

Trata-se de um trabalho cumulativo, lento, colaborativo e que exige tempo e muita verificação e senso crítico para se consolidar e gerar aplicações para a sociedade e para outras áreas da ciência.

 

 

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Você considera sua microbiota parte de você?

“Você é o que você come” é uma frase normalmente utilizada quando nos referimos aos tipos de alimentos que ingerimos e que vão fazer parte do nosso corpo. Seja na forma de energia, a partir de carboidratos, ou para formação das proteínas, extremamente importantes para nosso corpo. Microrganismos também podem fazer parte da nossa dieta e são muito recomendados em uma dieta saudável! Estes microrganismos frequentemente já fazem parte do nosso corpo. Eles compõem a microbiota gastrointestinal e são responsáveis pelo processamento de muitos alimentos que consumimos e, assim, contribuem para absorção dos nutrientes que precisamos. Um exemplo clássico são os lactobacilos (vivos!) presentes nos leites fermentados e iogurtes.

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Lactobacilos. Wikimedia Commons, Creative Commons, 2018.

Lactobacilos são bactérias do gênero Lactobacillus, que fazem parte da nossa microbiota intestinal e nos protegem contra a ação de patógenos, além de criar um ambiente propício para que outros microrganismos benéficos se estabeleçam no nosso organismo.

Sem estes microrganismos, nosso corpo não consegue absorver a energia necessária para seu funcionamento e desenvolve doenças metabólicas como obesidade, diabetes e doenças cardiovasculares (mais sobre a importância da microbiota e sua relação com o corpo aqui e aqui). Da mesma forma, se nosso fígado está desregulado, nós não conseguimos metabolizar e armazenar nutrientes que foram processados e absorvidos no estômago e no intestino, além de prejudicar outras diversas funções que esse órgão executa. Dessa forma, os microrganismos que formam nossa microbiota podem ser comparados aos vários órgãos que formam o nosso corpo, pois estes são essenciais para o seu funcionamento. Assim, será que podemos dizer que eles fazem parte de nós?

Uma das discussões quentes na filosofia da biologia hoje é o problema da delimitação do indivíduo biológico. De maneira geral, essa discussão tenta determinar o que pode ser considerado uma unidade coesa, funcional e bem delimitada no mundo biológico, como um organismo. O problema parece trivial, porque convivemos com vários indivíduos fáceis de identificar, como um cachorro, um pássaro ou um cacto. Você reconhece com facilidade os limites destes organismos. No entanto, alguns indivíduos podem ser menos simples de determinar. Um exemplo são os corais. Corais são formados por animais chamados cnidários, o mesmo filo das águas vivas e anêmonas do mar. Estes animais vivem em colônias e secretam um exoesqueleto de calcário que forma os lindos recifes de corais que conhecemos, um dos ecossistemas mais ricos do planeta.

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Recifes de corais. Fonte: Jan-Mallander/Pixabay, Domínio Público, 2014.

Os corais frequentemente se associam com outros animais, as chamadas zooxantelas, que são dinoflagelados endossimbiontes do gênero Symbiodinium, um grupo diverso de microalgas. Bem resumidamente, os corais se beneficiam dos produtos da fotossíntese fornecidos pelas zooxantelas além da conservação e reciclagem de nutrientes que contribuem para o aumento das taxas de calcificação do coral. As zooxantelas, por sua vez, ficam protegidas de predadores, tem fácil acesso a luz e ainda adquirem compostos essenciais para seu metabolismo fotossintético. Sem as zooxantelas, os corais enfraquecem e morrem, um fenômeno descrito como branqueamento de corais, um dos grandes problemas para a vida marinha hoje (leia sobre outros aqui).

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Zooxantelas do gênero Symbiodinium. Fonte: Wikimedia Commons, Creative Commons, 2015.

A partir dessa relação de dependência, alguns autores têm usado esse exemplo como chave para explicitar o problema da determinação do indivíduo na biologia. Mas beleza, como isso se aplica aos nossos microrganismos? Vocês lembram que falei que eles são essenciais para o nosso corpo assim como nós somos importantíssimos para eles? Então! O problema parece se aplicar a gente também!

Como resolução desse problema, alguns pesquisadores têm proposto que o sistema imune deve ser considerado juiz no que concerne às barreiras dos indivíduos (ex: Pradeu, 2010; 2016). Este sistema trabalha para defender o corpo contra organismos indesejados como patógenos, mas também incorpora organismos que são essenciais para nossa sobrevivência. Dessa forma, é aquele que julga quem é rejeitado e quem é incorporado. Além disso, o sistema imune é o único no nosso corpo realmente sistêmico, ou seja, aquele que pode influenciar todo o organismo. Assim, ele teria o poder de determinar os limites do indivíduo como uma unidade funcional que se mantém no tempo apesar de mudanças no ambiente.

De acordo com esta proposta, nós fazemos parte de um indivíduo que não inclui apenas nosso corpo, mas toda a microbiota essencial para a nossa sobrevivência (!!!). Somos então um mega ecossistema complexo que trabalha de maneira funcional e coesa com limites bem estabelecidos pelo nosso sistema imune. Uma vantagem dessa proposta é que ela não se aplica apenas a gente, todos os seres vivos possuem um sistema imune, cada um de forma diferente, mas que têm esta mesma função.

E apesar de parecer trivial a discussão sobre quem seria o indivíduo como unidade funcional, ela foi impulsionada principalmente pela pesquisa de transplantes de tecidos e órgãos. Acontece que, para comparar a compatibilidade e entender o sucesso ou falha de um transplante entre duas pessoas, não deveríamos apenas investigar o seu corpo ou seu material genético, mas entendê-lo como um indivíduo composto por vários organismos.

É isso, cuidem bem de vocês, cuidem bem do seu ecossistema

 

Referências:

Kikuchi, R. K. P., Leão, Z. M. A. N., Oliveira, M. D., Dutra, L. X., & Cruz, I. C. (2004). Branqueamento de corais nos recifes da Bahia associado aos efeitos do El Niño 2003. Cong. Planejamento e Gestão das Zonas Costeiras dos Países de Expressão Portuguesa, 2, 213.

Pradeu, T. (2010). What is An Organism? An Immunological Answer. History and Philosophy of the Life Sciences, 32(2/3), 247-267. http://www.jstor.org/stable/23335074

Pradeu, T. (2016). Organisms or biological individuals? Combining physiological and evolutionary individuality. Biology & Philosophy, 31(6), 797-817. https://doi.org/10.1007/s10539-016-9551-1

NIH Human Microbiome Project (Projeto Microbioma Humano): https://hmpdacc.org/

 

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Uma aranha que “amamenta” e a percepção dos avanços científicos pela população.

O texto de hoje é sobre uma descoberta científica e a importância da pesquisa básica. Esse tópico surgiu por conta de uma reportagem a respeito da dita descoberta que eu falo a seguir e os comentários de alguns leitores.

A descoberta

Um time de pesquisadores do Jardim Botânico de Xishuangbanna, Universidade de Hubey e Instituto de Zoologia Kunming, todos na China, descobriu que uma espécie de aranha saltadora, Toxeus magnus (Figura 1), “amamenta” seus filhotes e mostra um cuidado parental por mais tempo que o usual para esse tipo de animal. E sim, é isso mesmo que você pensou: essas duas características juntas são basicamente o que definem os mamíferos. Pensa na surpresa dos cientistas quando descobriram uma aranha com esses comportamentos.

Zhanqi Chen et al.

Figura 1: Aranha Toxeus magnus com os filhotes “mamando”. Zhenqi Chen et al.

A pesquisa não começou com a hipótese da amamentação. Na verdade a primeira coisa que o grupo notou foi que os filhotes dessa espécie de aranha passavam um tempo consideravelmente longo no ninho comparado com outras espécies de aranhas saltadoras. Isso fez os cientistas levantarem a hipótese de que os pais ofereciam cuidado parental e alimentação à prole, mas como? Os cientistas notaram que a aranha mãe não levava alimentos para dentro do ninho, então eles formularam três hipóteses de como a aranha estaria alimentando seus filhotes:

1-    Ela poderia estar alimentando os filhotes através de regurgitação;

2-    Os filhotes poderiam estar ingerindo ovos não fecundados, comportamento que já foi visto em outros invertebrados;

3-    Ou ainda poderia estar acontecendo alimentação fecal.

Depois de alguns testes e observações vieram mais surpresas: nenhuma dessas hipóteses estava correta!

Numa noite, em seu laboratório, um dos autores do estudo, Chen, notou que um filhote estava atrelado à mãe, como um mamífero que é amamentado. Esse deve ter sido aquele momento que o cientista disse: Eureka! (mentira, cientistas nem fazem isso, haha). Voltando a seriedade, segundo Chen, esse foi o momento que ele decidiu testar outra hipótese: a de que a aranha mãe estaria “amamentando” seus filhotes.

Eles fizeram uma porção de testes para avaliar o conteúdo do “leite” e descobriram que era composto de proteínas, carboidratos e açúcares. Uma observação é que a quantidade de proteína do “leite” de aranha é 4 vezes superior à quantidade de proteína do leite de vaca. Logo que as aranhas nascem (entre 2 e 36 em cada postura), elas ingerem gotículas de “leite” que a aranha mãe deixa em torno do ninho, mas logo que esse “leite” acaba, elas começam a sugar diretamente do canal do nascimento da mãe. Elas continuam se alimentando exclusivamente desse “leite” até atingirem a maturidade sexual e deixarem o ninho.

Chen e o grupo responsável pela pesquisa falam que essa é uma descoberta importante no ramo evolutivo, pois mostra que o cuidado parental evoluiu mesmo em organismos considerados menos complexos. Eles ressaltam que a evolução desse comportamento é um indicativo de situações extremas que pedem soluções extremas para a sobrevivência da prole, já que a mãe é bastante exigida (quem é mãe sabe do que eu estou falando). Além disso, a composição desse fluido, antes desconhecido da ciência, pode revelar algumas surpresas.

Ok, mas porque eu queria mostrar a importância da pesquisa básica nesse texto?

Bom, então vamos a segunda parte: Porque essa descoberta é importante?

Primeiramente eu tive a ideia de falar sobre isso após ler os comentários de uma reportagem sobre essa pesquisa publicada no Facebook. Alguns comentários falavam sobre a surpresa da pesquisa, mas outros diziam que pesquisadores estavam perdendo tempo pesquisando essas “coisas inúteis” ao invés de pesquisar a cura do câncer por exemplo. A foto abaixo é um exemplo do conteúdo dos comentários:

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Figura 2: Exemplo de comentário na publicação da reportagem sobre a descoberta do comportamento da aranha.

Como uma pessoa que passou a vida acadêmica toda fazendo pesquisa básica, esse tipo de comentário me afeta bastante. Quando as pessoas me perguntavam por que, ao invés de estudar evolução molecular de primatas, eu não ia estudar algo que fosse útil eu ficava sem saber o que responder e falava apenas que eu estudava evolução de primatas porque eu gostava. Hoje eu tenho uma visão maior da pesquisa básica e sua importância e penso que o fato de ter muitas pessoas que não entendem isso é consequência de uma falha nossa como cientistas e comunicadores. Cientistas precisam aprender a se comunicar com a comunidade leiga de maneira que todos entendam o porquê é necessário tanto pesquisa aplicada, quanto pesquisa básica. A pesquisa básica é a fundação de conhecimento para que a pesquisa aplicada possa existir. Por exemplo, Carl Sagan, em seu livro “O mundo assombrado pelos demônios”, no capítulo em que fala sobre as contribuições do matemático e físico James Clerk Maxwell, aproveita para explicar porque a ciência básica e a curiosidade do cientista são tão importantes:

Como a imagem do cientista louco à qual está intimamente associado, o estereótipo do cientista nerd está disseminado em nossa sociedade. O que há de errado com um pouco de zombaria bem-humorada à custa dos cientistas? Se, por qualquer razão, as pessoas não gostam do cientista estereotipado, é menos provável que dêem apoio à ciência. Por que subsidiar pequenos projetos absurdos e incompreensíveis propostos por malucos? Bem, sabemos a resposta para essa pergunta: a ciência recebe apoio financeiro porque gera benefícios espetaculares em todos os níveis da sociedade, como já afirmei neste livro. Por isso, aqueles que acham os nerds desagradáveis, mas ao mesmo tempo desejam os produtos da ciência, enfrentam uma espécie de dilema. Uma solução tentadora é dirigir as atividades dos cientistas. É só não lhes dar dinheiro para saírem a pesquisar por caminhos estranhos; em vez disso, é preciso dizer-lhes do que precisamos – esta invenção ou aquele processo. Não é o caso de subsidiar a curiosidade dos nerds, mas aquilo que trará benefícios à sociedade. Parece bastante simples. O problema é que dar ordens a alguém para criar uma invenção específica, ainda que o preço não constitua obstáculo, não garante que ela seja realizada. Pode haver uma base de conhecimento ainda ignorada, sem a qual ninguém conseguirá construir o invento que se tem em mente. E a história da ciência mostra que tampouco se pode procurar esses conhecimentos básicos de modo dirigido. Eles podem surgir das cogitações ociosas de um jovem solitário em algum lugar isolado. São ignorados ou rejeitados mesmo por outros cientistas, às vezes até que surja uma nova geração destes. Exigir grandes invenções práticas e, ao mesmo tempo, desencorajar a pesquisa movida pela curiosidade seria espetacularmente contraproducente.

Ele continua, durante o capítulo, dando exemplos práticos de como invenções incríveis não teriam saído do papel (e nem da cabeça de ninguém) caso não houvesse conhecimento prévio de base. Agora volte um pouco para o início do texto. Pode parecer que a pesquisa sobre o comportamento da aranha não acrescenta em nada na sua vida, mas e se daqui a pouco o “leite” produzido pela aranha carrega uma substância capaz de ser utilizada como um potente antibiótico? Ou ele pode ter alguma molécula capaz de inativar uma célula cancerígena. Ou ainda o cuidado parental que a aranha demonstra pode instigar a curiosidade de outros cientistas que também pesquisam insetos e vamos acabar por descobrir que esse é um comportamento mais comum do que se imagina, acabando com a noção de que somente animais mais complexos o demonstram. Eu poderia ficar aqui citando diversos “e se…?”, mas acho que você já entendeu o meu ponto: Não há avanços científicos sem pesquisa de base.

Mais um adendo

Quando eu estava no processo de escrita desse texto, me deparei com outro ótimo exemplo de pesquisa básica que gera conhecimento para uma futura pesquisa aplicada: Um grupo de pesquisadores do John Innes Centre, na Inglaterra, publicou um estudo no mês de dezembro, na revista Nature sobre como o catnip (Nepeta catariaaquela plantinha que deixa os gatos malucos) produz a substância psicoativa. Você vai se perguntar, eu sei, porque a Nature, essa revista de tamanho prestígio científico, publicou uma pesquisa sobre a substância que deixa os gatos drogados?

Bom, não foi à toa. Um dos conhecimentos extraídos desta pesquisa vai ser utilizado para entender melhor como outra molécula utilizada como quimioterápico (semelhante à substância psicoativa do catnip) é produzida pelas plantas. Talvez com esse conhecimento em mãos seja possível fabricar o quimioterápico sinteticamente, podendo diminuir seu custo.

Referências:

Zhanqi Chen, et al. Prolonged milk provisioning in a jumping spider. Science (2018), 362 (6418): 1052 – 1055.

A curiosa aranha que amamenta seus filhotes. BBC News Brasil (2018).

Carl Sagan. O mundo assombrado pelos demônios. Random house (1995).

Benjamin L. Lichman, et al. Uncoupled activation and cyclization in catmint reductive terpenoid biosynthesis. Nature Chemical Biology (2018), 15: 71 – 79.

How catnip makes the chemical that causes cats to go crazy. ScienceDaily. ScienceDaily, 11 December 2018.