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Vida em Vênus? O que representa a descoberta de fosfina no planeta vizinho?

Algumas hipóteses científicas apontam que há bilhões de anos, Vênus tinha clima e atmosfera semelhantes aos encontrados hoje na Terra, e é muito possível que tenha abrigado vida. Mas de lá pra cá, muita coisa aconteceu no nosso Sistema Solar e o planeta se tornou inóspito. Gases de efeito estufa subiram a temperatura média da superfície para mais de 400ºC destruindo qualquer forma de vida que lá pudessem ser encontradas. Desde a formulação dessas hipóteses, cientistas continuaram a investigar a superfície e a atmosfera de Vênus, porém, o planeta deixou de ser o foco na procura de vida extraterrestre. Porém, este cenário está prestes a mudar.

Representação artística de como Vênus foi no passado. Imagem: NASA.

Há pouco menos de um mês, cientistas da Sociedade Astronômica Real do Reino Unido anunciaram a descoberta de moléculas de fosfina na atmosfera de Vênus. O estudo, publicado na revista científica Nature, logo virou manchete no mundo todo pois essa molécula poderia indicar um sinal de vida no planeta vizinho. Embora o estudo seja muito importante e revolucionário, é impossível afirmar com precisão se existe ou não vida em Vênus. Então, no texto de hoje vamos falar um pouco sobre essa descoberta e entender porque ela pode ou não significar a presença de vida em Vênus.

Representação artística da fosfina na atmosfera de Vênus. Imagem: ESO / M. Kornmesser / L. Calçada & NASA / JPL / Caltech.

O que é a fosfina?

Representação artística da molécula de fosfina composta por um átomo de fósforo e três átomos de hidrogênio. Imagem: ESO / M. Kornmesser / L. Calçada & NASA / JPL / Caltech.

A fosfina (PH3) é uma molécula composta por um átomo de fósforo e três átomos de hidrogênio. É um gás altamente tóxico, incolor e com cheiro de alho ou peixe podre. Ela também é extremamente inflamável e explosiva, podendo apresentar ignição espontânea em contato com o ar. Quando inalada (maior via de contaminação para a fosfina), a ela afeta principalmente os sistemas cardiovascular e respiratório, causando desde a irritação da mucosa do nariz até alterações cardíacas graves e edema pulmonar.

E qual a relação da fosfina com a vida?

No planeta Terra, a fosfina é frequentemente associada à vida porque é encontrada em bactérias anaeróbias (que vivem em ambientes onde não há oxigênio) como no intestino de humanos e outros animais, no fundo de alguns lagos, e em esgotos e pântanos.

A fosfina também pode ser produzida a partir da atividade geológica, como o vulcanismo. Outra fonte dessa molécula é a produção industrial. O gás é amplamente utilizado no controle de pragas e na indústria eletrônica. A fumigação (um tipo de controle de pragas através do tratamento químico realizado com compostos químicos ou formulações pesticidas) com fosfina é uma técnica comum usada para combater pragas em sementes e grãos armazenados. Outro uso comum dessa molécula é na fabricação de semicondutores.

Como a fosfina foi identificada?

Em uma coletiva de imprensa transmitida pela internet, a astrobióloga da Universidade de Cardiff, no Reino Unido, Jane Greaves, principal autora do estudo, contou que começou este projeto de pesquisa em 2016. Ela queria investigar bioassinaturas (traços de vida, definidos por substâncias na atmosfera, lagos ou oceanos) de fosfina na atmosfera de Vênus, em nuvens que ficam 50km acima da superfície. A autora comentou que embora sejam muito ácidas, essas nuvens altas possuem temperaturas mais amenas, cerca de 20ºC, e poderiam constituir em um possível abrigo para vida extraterrestre.
Para confirmar sua hipótese, Greaves obteve primeiro indício da presença de fosfina na atmosfera em Vênus em 2018 com o telescópio James Clerk Maxwell, localizado a mais de 4 mil metros de altura sobre um vulcão no Havaí. Esse telescópio é um radiotelescópio, instrumento capaz de captar as ondas emitidas por compostos químicos em outras atmosferas à medida que giram ao redor de um planeta. O tamanho da onda captada permite identificar os compostos observados. Em 2018, porém, a detecção da fosfina não foi conclusiva.

Telescópio James Clerk Maxwell no Havaí. Imagem: William Montgomerie.

Empolgada, porém cautelosa, Greaves quis checar a descoberta e entrou em contato com a colega Clara Sousa-Silva, pesquisadora do Instituto Tecnológico de Massachusetts, nos EUA, cuja carreira é focada na caracterização da fosfina. Dessa vez, os testes foram realizados em um radiotelescópio muito mais potente, o ALMA, localizado no deserto do Atacama, no Chile. O sinal obtido foi muito mais claro e o telescópio mostrou que de fato o padrão observado pelo James Clerk Maxwell em 2018 indicava a presença da molécula vindo das nuvens de Vênus.

Antenas do telescópio ALMA no deserto do Atacama, no Chile. Imagem: ESO.

Os pesquisadores não pararam por aí. Para interpretar os dados coletados, eles utilizaram um modelo da atmosfera venusiana, desenvolvido por Hideo Sagawa, da Universidade Kyoto Sangyo. A partir desse modelo, eles puderam concluir que a fosfina está presente na atmosfera de Vênus de maneira pouco concentrada. Porém, embora a concentração seja baixa, ela ainda é muito maior do que a produzida pela vida na Terra.

A equipe ainda foi além e decidiu modelar como a fosfina produzida por meio de atividades geológicas, como o vulcanismo, poderia se acumular nas nuvens do planeta. Em todos os cenários obtidos, a quantidade da molécula equivaleria a apenas uma pequena porcentagem do total observado pelo ALMA.

Na tentativa de entender como a fosfina poderia ter ido parar nas nuvens de Vênus, a pesquisadora Clara Souza-Silva fez um apelo à comunidade científica “Agora, astrônomos pensarão em todas as maneiras para justificar a produção não biológica da fosfina. Por favor, façam isso, porque estamos no fim de nossas possibilidades de mostrar processos abióticos que podem produzi-la”.

Os autores do estudo publicado na revista Nature em setembro foram cautelosos e insistiram que não podem afirmar com certeza que atmosfera de Vênus abriga vida, e pediram que outras equipes investiguem a descoberta para que encontrem novas explicações, ou acabem confirmando a hipótese. Uma forma rápida de confirmar a presença de vida no planeta seria enviando sondas à Vênus, coletando material e retornando-o para Terra, porém isso é algo que ainda não está no calendário das agências espaciais, ao menos por enquanto.

Representação artística de Vênus com moléculas de fosfina em sua atmosfera. Imagem: Danielle Futselaar.

Outros estudos estão sendo feitos e apontam que não há fosfina em Vênus. Isso é verdade?

A ciência tem alguns mecanismos muito interessantes que buscam constantemente aprimorar os conhecimentos científicos produzidos. Um deles é a existência de uma comunidade científica. Isso acontece porque vários grupos pesquisam coisas similares separadamente. Então um grupo pode sempre contestar os resultados de outro grupo, realizar mais observações e experimentações e chegar a uma conclusão diferente. Essa constante investigação de temas similares por diferentes grupos faz que, com o tempo, os conhecimentos científicos sejam aperfeiçoados, a fim de melhor representarem a realidade. Essas mudanças no conhecimento científico podem ser feita ao longo de séculos, ou em questão de semanas. Tudo depende do conhecimento que está em debate. 

Com a descoberta da fosfina em Vênus a situação não foi diferente. Após da divulgação do estudo de Greaves em setembro deste ano, pelo menos 4 outros estudos já foram divulgados afirmando a não existência da molécula na atmosfera venusiana. Um deles utilizou dados antigos sobre a atmosfera do planeta e não encontrou fosfina. Dois se basearam nos mesmos dados obtidos por Greaves e colaboradores e também não encontraram a molécula. Um último estudo publicado há algumas semanas indica falhas na coleta e análise de dados pelo grupo de Greaves.

Então existe ou não fosfina em Vênus? As evidências apresentadas por esses estudos são bastante convincentes, porém é preciso um pouco de cautela na hora de bater o martelo e afirmar se existe ou não fosfina na atmosfera de Vênus. O desejável agora, é que mais grupos se envolvam na busca pela molécula e publiquem seus resultados para confirmar ou não a presença do gás no planeta vizinho. E quando isso acontecer, voltaremos aqui e debateremos o tema.

Se o estudo inicial estiver correto, a descoberta de fosfina significa vida em Vênus ou não?

A resposta mais simples é: não! A descoberta da fosfina não significa necessariamente que exista vida em Vênus. Alguns dos cientistas que participaram deste estudo publicaram um trabalho anterior, no qual afirmavam que a presença de fosfina em um planeta rochoso como Vênus só poderia ser atribuída à presença de vida no planeta. No estudo mais recente, porém, os autores avisam com cautela que essa detecção de fosfina “não é uma prova sólida de vida, só de química anômala que não podemos explicar”.

O que isso significa? A explicação mais plausível é que possam existir outros processos geológicos em Vênus que expliquem a existência da fosfina e que os cientistas até o presente momento não consideraram.

De qualquer forma, essa descoberta é revolucionária e merece ser investigada mais a fundo. Próximas pesquisas podem envolver estudos mais aprofundados de processos abióticos que possam geral fosfina e também possíveis missões de retorno de amostras. E, se algum dia a hipótese de vida for confirmada, uma nova série de perguntas tentando entender de onde e como essa vida teria se originado certamente serão necessárias.

Fontes:

https://www.nature.com/articles/s41550-020-1174-4

https://ras.ac.uk/news-and-press/news/hints-life-venus

https://astronomy.com/news/2020/09/astronomers-spy-phosphine-on-venus-a-potential-sign-of-life

https://www.abc.net.au/news/2020-09-15/is-there-life-on-venus-what-the-discovery-of-phosphine-means/12664504

http://astrobiology.com/2020/09/phosphine-detected-in-the-atmosphere-of-venus—an-indicator-of-possible-life.html

https://brasil.elpais.com/ciencia/2020-09-14/cientistas-encontram-possiveis-indicios-de-vida-em-venus.html

https://www.em.com.br/app/noticia/ciencia/2020/09/15/interna_ciencia,1185546/o-que-representa-a-descoberta-de-fosfina-em-venus.shtml

https://www.bbc.com/portuguese/geral-54159996

https://canaltech.com.br/espaco/vida-em-venus-pesquisadores-encontram-bioassinatura-na-atmosfera-do-planeta-171494/

https://canaltech.com.br/espaco/vulcoes-em-venus-podem-explicar-origem-da-fosfina-cientistas-acreditam-que-sim-172488/

http://www.bameq.portalcoficssma.com.br/Pdf/CFCProdutos/485

https://www.bbc.com/portuguese/geral-54185816

https://canaltech.com.br/espaco/astronomos-refutam-descoberta-de-fosfina-em-venus-sem-evidencias-estatisticas-173934/

https://arxiv.org/abs/2010.07817

https://arxiv.org/abs/2010.09761

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Quando um estudo é confiável? Os casos do ozônio e da hidroxicloroquina

Com o mundo inteiro passando por uma pandemia que está desafiando a ciência (e os nervos), está sendo possível acompanhar o desenvolvimento de medicamentos e possíveis tratamentos para COVID-19 (Para mais informações sobre alguns tratamentos, você pode ler esses posts aqui no blog: 1, 2, 3, 4) . Como nem todo mundo está acostumado com o andar da ciência, a chuva de notícias mostrando que uma hora tal medicamento é promissor, e na semana seguinte já não é mais, causa muita confusão na cabeça da população que só quer sair da p%%¨&%$&*$¨ do isolamento. Falta de paciência misturada com falta de conhecimento científico e gente mal intencionada acaba gerando um caos.

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Figura 1: O ânimo durante o isolamento social. Fonte: Justin Sullivan / Getty Images North America / AFP

O caso mais recente foi o que aconteceu na cidade de Itajaí (SC), onde o prefeito, que é médico, queria indicar para a população uma terapia com ozônio baseado em alguns estudos e relatos de melhoras de pacientes com COVID-19. O caso mais grave foi o da hidroxicloroquina que foi recomendada não só pelo presidente do Brasil, mas também pelo presidente norte americano, e que não tem eficácia comprovada. A confusão em ambos os casos se deu porque os defensores dessas terapias baseiam a sua opinião em estudos publicados que afirmavam que os tratamentos funcionavam. A questão toda aqui é que nem todo estudo pode ser considerado válido a nível populacional. Existem diferentes tipos de estudos para comprovar a eficácia e segurança de um medicamento e alguns são mais confiáveis que outros. Nesse texto eu vou tentar explicar um pouco quais as características de um estudo que conferem mais ou menos credibilidade.

Nesse texto aqui do blog, a autora apresenta algumas metodologias de pesquisa, conceitos e detalha quais são as classificações dos estudos. Dependendo do que se quer estudar, o desenho do estudo, a quantidade de pacientes incluídos e o tempo de observação vão ser diferentes. Como regra geral, quanto mais pacientes e variáveis avaliadas por um período maior de tempo, melhor o estudo.

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Figura 2: Diferença entre o método científico, no qual o pesquisador observa o fenômeno, formula hipóteses a faz testes que podem ou não confirmar a hipótese inicial, de outros métodos que “produzem” medicamentos, tratamentos ou teorias sem comprovação. Fonte: https://conhecimentocientifico.r7.com/metodo-cientifico/ acesso em 18 de agosto de 2020.

No caso da ozonioterapia, por exemplo, o prefeito de Itajaí citou estudos feitos na Itália e Espanha que comprovaram a eficácia desse tratamento. Um ponto importante é que em nenhuma reportagem ou entrevista ele citou que estudos são esses, então eu fui procurar o que tem publicado. Na maioria dos casos, os artigos trazem informações teóricas de outros estudos e extrapolam os resultados para chegar à conclusão que ozônio seria um possível tratamento para COVID-19. Um desses estudos, publicado na revista Antioxidantes, mostra dados de uma série de outros estudos nos quais o ozônio atuou como protetor celular em diversas condições de estresse. É um tipo de estudo de revisão, que agrupa informações sobre um determinado assunto, permite comparar essas informações de diferentes fontes e avaliar a consistência dos dados. O problema aqui é que ele não mostrou nenhum dado específico de ozônio no tratamento de COVID-19. Nem mesmo em experimentos em laboratório. Nesse caso não é um estudo que podemos nos basear para iniciar tratamento de pacientes. Num outro estudo, pesquisadores utilizam a mesma técnica, mas agora focando mais em uma característica específica. O artigo fala de problemas de microcirculação pulmonar que é característico em diversas outras doenças e faz um gancho dizendo que ozônio, em teoria, aumentaria a oxigenação, concluindo que se COVID-19 causar um problema de falta de circulação sanguínea, e consequentemente falta de oxigênio no pulmão, isso já seria evidência suficiente para usar ozônio para tratamento de COVID-19. A conclusão do artigo é ainda mais chocante:

“The use of the ozone-dilution technique in physiological solution and its infusion could also be evaluated and, in the future, the possibility of using ozone therapy with endonasal  insufflation as a substitute for the vaccine could be evaluated.”

Em tradução livre: “O uso da técnica de diluição de ozônio em solução fisiológica e sua infusão poderia ser avaliada e, no futuro, a possibilidade de uso da ozonioterapia por insuflação endonasal como um substituto da vacina poderia ser avaliado”.

Não só o artigo não traz dados clínicos e experimentais específicos de COVID-19, como ainda sugere que a terapia pode ser usada ao invés de uma vacina. Outro detalhe importante, o artigo não é revisado por pares, o que significa que os autores o escreveram e publicaram sem ninguém ler e emitir uma opinião a respeito. Para vocês terem uma ideia, todos os textos publicados aqui no blog são revisados por pelo menos duas outras pessoas e discutidos antes de serem finalizados. Isso evita erros, vieses, e falha de comunicação por exemplo. Novamente, aquele é um artigo científico? Tecnicamente sim. Tem algum valor para o conhecimento e prática clínica? Não. E porque não? Porque não traz dados de pacientes com COVID-19, não faz comparação entre pacientes que usam ozônio e os que que não usam ozônio, e absolutamente nenhum dado que nos indique que os pacientes que usam ozônio não tiveram efeito adverso, nem mesmo dados de experimentos em laboratório. Você está disposto a usar algo que nunca foi testado antes e além de não ter comprovação de eficácia, não se sabe se é seguro?

Existem registros de pelo menos dois estudos clínicos sendo feitos na China para avaliar o uso da ozonioterapia no tratamento de COVID-19. Pelo menos um deles é randomizado, ou seja, os pacientes são escolhidos aleatoriamente, o que é uma vantagem porque representa melhor a população. Ainda assim, esse estudo em andamento conta com somente 152 participantes. Quando os resultados saírem, podemos ter uma ideia melhor de como o ozônio afeta os pacientes com COVID-19.

A questão da hidroxicloroquina segue a mesma linha de raciocínio. É verdade que alguns estudos publicados mostraram resultados diretamente em pacientes tratados em hospitais, o que já é uma vantagem em relação à ozonioterapia, mas as notícias boas acabam por aí. Um dos estudos que trouxe a hidroxicloroquina para as notícias foi conduzido na França avaliando 20 pacientes infectados com COVID-19. O problema deste estudo é que 20 pacientes não representam a população. Ele é válido no sentido de despertar uma possibilidade de tratamento que precisa ser mais investigada e ponto. Não se pode dizer que porque 20 pessoas tiveram uma melhora por conta de um tratamento, aquele tratamento pode ser feito em todo mundo. Muito menos comprar estoques e estoques de um medicamento e indicar que a população se automedique porque 20 pessoas tiveram uma melhora. Quem são essas 20 pessoas? elas tinham algum problema pré-existente? eram homens? mulheres? quais eram suas idades? Um detalhe importante desse artigo é que do grupo de pacientes que iniciaram tratamento com a hidroxicloroquina, 6 morreram antes de terminar o tratamento. Nenhum paciente do grupo controle morreu. Os autores não levaram em consideração essas mortes durante a análise dos resultados, então quando eles concluem que 100% dos pacientes tratados com hidroxicloroquina e azitromicina testaram negativo para o vírus depois do tratamento, eles estão considerando somente os pacientes que terminaram o tratamento vivos. Não te parece errado não considerar e não avaliar o porquê outros pacientes morreram durante o tratamento? Já temos outros estudos maiores e com resultados confiantes mostrando que a hidroxicloroquina não oferece nenhuma vantagem no tratamento de COVID-19.

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Figura 3: Ás vezes muita informação e dados divergentes podem fazer a gente ficar confuso. Fonte: Arquivo pessoal.

Eu entendo que nem todo mundo lê e entende um artigo científico. Fica confuso e difícil avaliar em quem confiar quando muitos jargões são usados e a comunicação não é eficaz. Na situação atual, tudo que queremos é uma cura, deixar de ter medo, rever amigos e familiares e voltar a nossa rotina, mas não existe milagre. Desconfie de tudo que for muito bom pra ser verdade. Desconfie da pílula mágica ou super alimento que cura desde unha encravada até câncer. Procure diversas fontes antes de chegar a uma conclusão. Veja o que grandes organizações, como OMS, Conselhos de Medicina, institutos de pesquisa ou universidades estão falando a respeito. Nessas organizações o consenso não é baseado em uma ou outra opinião, são milhares de pesquisadores, médicos, e profissionais de saúde conversando e avaliando todos os pontos de vista. A evolução da ciência não depende da nossa opinião e não acontece do dia para a noite. É resultado de testes, experimentos, cálculos, interpretação e principalmente trabalho árduo de cientistas. Tudo o que queremos é ter uma cura, uma vacina, uma notícia positiva e estamos nos esforçando para isso, mas queremos ter certeza de que tudo o que fazemos vai ser seguro e certeiro. Como diz minha mãe, não queremos que a emenda saia pior que o soneto.

 

Referências:

Martínez-Sánchez G, Schwartz A, Di Donna V. Potential Cytoprotective Activity of Ozone Therapy in SARS-CoV-2/COVID-19. 2020. Antioxidants, 9: 389. DOI: 10.3390/antiox9050389.

Ranaldi GT, Villani ER, Franza L, Motola G. 2020. Devils and Angels: Ozonetherapy for microcirculation in covid-19. DOI: https://doi.org/10.31226/osf.io/c2jvt.

Gautret P, Lagier, Parola JCP, Hoang VT, Meddeb L, Mailhe M, Doudier B, Courjon J, Giordanengo V, Vieira VE, Dupont HT, Honoré S, Colson P, Chabrière E et al. 2020. Hydroxychloroquine and azithromycin as a treatment of COVID-19: results of an open-label non-randomized clinical trial. International Journal of Antimicrobial Agents, 56 (1): 105949. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijantimicag.2020.105949.

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O que é vida? Como a física pode contribuir para essa questão?

O que é a vida? Poucas questões são tão intrigantes e simples de serem formuladas como esta. Ainda que do ponto de vista prático possa parecer fácil:

Um cachorro é vida? Sim.

Uma cadeira é vida? Não.

Do ponto de vista das definições formais não há uma resposta simples. A própria linguagem utilizada por pesquisadores em diferentes áreas para caracterizar a vida pode ser  bastante diferente. Em biologia costumamos falar de homeostase, células, metabolismo, resposta a estímulos, reprodução, evolução. Em física falamos em sistema fora do equilíbrio, entropia, calor, dissipação, autorreplicação, auto-organização.

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Sky and Water I (Céu e Água I). Xilogravura do artista holandês M. C. Escher, impressa pela primeira vez em junho de 1938.

Em 1944, um dos físicos mais famosos do século passado, Erwin Schrödinger, publicou um livro fantástico sobre o que é vida do ponto de vista da física [1]. Nele Schrödinger usou a ideia de entropia negativa, e desde então, costuma-se pensar em vida como uma diminuição da desordem local (entropia negativa) aumentando a desordem global (entropia positiva). Neste contexto, o atual sonho de muita gente na física é uma generalização da mecânica estatística desenvolvida por Boltzmann (que utiliza conceitos microscópicos, para explicar propriedades macroscópicas como pressão e volume de gases) que fosse capaz de utilizar este conceito. Esta generalização descreveria sistemas que estão fora do equilíbrio termodinâmico, dentre eles células, cérebros e a própria vida.

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Livro do Schrödinger [1]

Recentemente um jovem professor do MIT,  Jeremy England, desenvolveu uma formulação matemática baseada num teorema bem estabelecido da mecânica estatística fora do equilíbrio (teorema da flutuação de Crooks) para explicar o aumento da organização local em certos sistemas. England mostrou que um grupo de átomos dirigido por uma fonte externa de energia (como o sol ou combustível químico) imersa em um banho térmico (como o oceano ou a atmosfera), vai gradualmente se estruturar de maneira a dissipar cada vez mais energia. Este aumento gradual na organização local vem sendo chamado de adaptação dirigida por dissipação, e não seria uma mera coincidência, mas a trajetória fisicamente mais provável para um sistema vivo.

Sua teoria tem bases matemáticas firmes, mas as interpretações do quanto seus modelos podem ser comparados com a vida real ainda são especulativas. Em todo caso, suas ideias são suficientemente interessantes e inovadoras para prender nossa atenção. England sugere que, além de entropia negativa, para que os organismos vivos sejam complexos como são é necessário que os estados de maior organização sejam razoavelmente estáveis.

Assim poderíamos falar em adaptação num sentido mais amplo do que o de Darwin.  Não só em termos de algo ser mais adaptado do que seus ancestrais para sobreviver, mas ser mais adaptado do que as configurações anteriores que assumiu. E para isso poderíamos pensar, por exemplo, nas configurações espaciais de átomos formando moléculas e proteínas. Uma definição de adaptação seguindo essa linha poderia ser que uma entidade bem adaptada absorve energia do meio ao redor de maneira mais eficiente do que outras (ou do que ela mesma no passado).

Um professor da Universidade de Oxford, Ard Louis, sugeriu  que se England estiver correto talvez passemos a dizer algo como: a razão pela qual um organismo possui características X e não Y pode não ser porque X é mais apto que Y, mas sim porque as restrições físicas do sistema permitiram que X evoluísse mais que Y.

Forma e funcionalidade.

A relação entre forma e funcionalidade é a ideia de que certas estruturas biológicas são exatamente como são porque sua forma está relacionada com sua utilidade ou funcionalidade. Guiados por essa ideia, muitos cientistas procuram entender a funcionalidade (ou a vantagem evolutiva) de certas estruturas que aparecem mais do que outras (ou mais do que deveríamos esperar apenas ao acaso).

Por exemplo, certas proteínas podem ser encontradas em mais de uma configuração espacial (mas não em todas as configurações possíveis) e cada configuração tem uma função diferente. Outro exemplo, tanto no cérebro de primatas como em um animal simples como um verme (C. Elegans), a probabilidade de achar grupos de três neurônios conectados de uma maneira específica é maior do que a probabilidade de encontrar a mesma configuração se as conexões entre os neurônios ocorressem ao acaso. Ou ainda, se pegarmos todos os átomos de uma bactéria, separarmos numa caixa e a sacudirmos, a probabilidade de ao acaso eles se reorganizarem na configuração de algo que se pareça com uma bactéria é mínima.

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Figura 3.
A) Uma rede quadrada de tamanho 15×15 com 25 partículas distinguíveis (cada uma tem uma cor diferente e poderia representar uma mólecula orgânica) que podem estar em um dos dois estados: borda preenchida ou tracejada. B) Dois exemplos de configurações mais complexas desejadas (que poderiam representar duas configurações possíveis de uma mesma proteína). C) Em cada passo de tempo uma partícula aleatória é sorteada e pode se mover em uma das quatros direções. Se a energia da nova configuração for menor que a da primeira o movimento ocorre com probabilidade 1; se for maior, existe uma probabilidade menor que 1 da partícula se mover. Em seguida uma nova partícula é sorteada e seu estado pode ser alterado pela mesma regra de probabilidade. Adaptada da referência [2].

Portanto, um dos ingredientes mais simples para a existência de vida deveria ser uma maior probabilidade de encontrar certas configurações específicas do que outras. Ou seja, a entropia local diminui e as configurações são estáveis o suficiente para continuarem existindo na natureza. Recentemente mais um trabalho do grupo do England foi publicado levando em conta essas ideias [2]. A pesquisadora Gili Bisker é a primeira autora do artigo que simula um modelo simples de partículas interagentes em uma rede quadrada. As partículas podem se mover no espaço e mudar seu estado interno. Assim como diversas proteínas, as partículas podem formar diversas estruturas diferentes utilizando os mesmos componentes básicos (veja Figura 3).

Bisker e England mostraram que a existência de um forçamento local (que favorece certos estados internos das partículas dependendo do estado das suas vizinhas – veja Figura 4) diminui o tempo necessário para atingir certas configurações “desejadas” e aumenta a estabilidade dessas configurações uma vez formadas. Eles mostraram ainda que a distribuição de probabilidade de atingir cada configuração é diferente daquela esperada pela distribuição de Boltzmann. Sem esse forçamento local, a probabilidade de que as configurações desejadas ocorra é baixa. E o aumento do forçamento aumenta a eficiência da auto-organização estrutural.

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Figura 4. O forçamento local foi incluído como um termo extra aumentando ou  diminuindo a energia do estado final apenas para a mudança de estado interno e não para o movimento.  Com isso a probabilidade de em um passo de tempo o sistema mudar entre uma das quatro configurações acima, que inicialmente era igual, com o forçamento ficou mais fácil ir de D para A, do que de A para D. Essa pequena mudança, bastante razoável do ponto de vista biológico, da partícula ser influenciada pelos vizinhos, torna muito mais provável a formação (e aumenta a estabilidade) das configurações desejadas (mostradas na Figura 1B). Adaptada da Referência [2].

O modelo computacional ainda é bem mais simples que sistemas biológicos reais, e o grupo pretende usar as simulações para ajudar a propor experimentos onde possam testar suas ideias. Mas, por enquanto, esse resultado nos deixa com a sensação de que a matéria inanimada, na presença de um forçamento simples, pode assumir características de auto-estruturação que “parecem vida”. Mais que isso, nos deixa com a impressão de estarmos (um pouco) mais perto de uma teoria da física capaz de explicar os eventos que ocorrem (no tempo e no espaço) dentro de uma célula, como propôs Schrodinger já na primeira página do seu livro em 1944 [1].

Referências:

[1] Erwin Schrödinger. What Is Life? the physical aspect of the living cell and mind. Cambridge University Press, Cambridge, 1944.

[2] Gili Bisker e Jeremy L. England. Nonequilibrium associative retrieval of multiple stored self-assembly targets. Proceedings of the National Academy of Sciences 115.45 (2018): E10531-E10538.

[3] Natalie Wolchover. A New Physics Theory of Life. Scientific American (2014).

[4] Natalie Wolchover. First Support for a Physics Theory of Life. Quanta Magazine (2017).

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Uma nova maneira de divulgar descobertas científicas

Você que é pesquisador, pós-doc, doutorando, mestrando ou até mesmo um aluno de Iniciação Científica, provavelmente, já se deparou com as dificuldades inerentes à publicação de um artigo científico. Pra quem não é da área acadêmica, eu explicarei as etapas necessárias para que um artigo seja aceito para publicação em um bom periódico.

Primeiramente, é necessário o desenvolvimento de um projeto que deve ser avaliado quanto a sua justificativa, objetivo e métodos para obtenção de resultados confiáveis e consistentes. Após o desenvolvimento de todo o seu projeto e análise dos seus resultados, nada mais o impede de começar a escrever o seu artigo científico.

A maioria dos artigos da área de ciências biológicas e saúde é dotada de cinco seções: Resumo, Introdução, Material e Métodos, Resultados e, por fim, Discussão. Essa estrutura é a mais comum, porém alguns artigos das áreas de ciências humanas e sociais podem adotar estilos de redação diferentes. Se você quiser o passo-a-passo de como um artigo científico deve ser escrito, acesse o texto: Como escrever um artigo científico do site Pós-graduando.

Em geral, artigos científicos são curtos e não ultrapassam 10 páginas. Por isso, a capacidade de síntese é algo importante, apesar de difícil, na hora de escrever. Depois de conseguir fazer toda a sua pesquisa caber em poucas páginas escritas em inglês formal¹ você estará pronto para submeter seu artigo, juntamente com todas as suas figuras, gráficos e tabelas, em um periódico científico de preferência com alto fator de impacto².

Uma vez submetido, o artigo passará por uma análise de revisão rigorosa que conta, geralmente, com 2 revisores e 1 editor. Eles vão ler seu trabalho, avaliá-lo e decidir se será aceito, negado ou se precisará passar por correções e uma nova análise para poder ser publicado. A maioria dos periódicos são “peer-reviewed”, ou seja, revisado por pares, isso significa que os pesquisadores que revisarão seu manuscrito são, preferencialmente, da mesma área de pesquisa que você.

Digamos que após algumas correções e rigorosa análise, o seu artigo tenha sido aceito em um periódico. Você pensa: “nossa que ótima notícia, agora todos os pesquisadores do mundo inteiro que tenham interesse pelo meu campo de trabalho poderão acessar meu texto e ler minhas contribuições para a área.” Na verdade, não é bem assim que as coisas funcionam…

Os bons periódicos com acesso aberto (Open Access) ao público, geralmente cobram na faixa de U$1,000 para publicar um artigo. Existem revistas que não cobram para publicação, porém o acesso ao seu artigo fica restrito a assinantes daquela revista, como universidades e institutos de pesquisa. Para os não assinantes, existe uma taxa de cerca de U$40  para permitir acesso ao texto.

Por conta dessas dificuldades, surgiram algumas iniciativas, como o sci-hub. O sci-hub é um site fundado em 2011 pela neurocientista Alexandra Elbakyan, no qual são encontrados cerca de 62 milhões de artigos científicos das mais variadas áreas e revistas. Apesar de ser uma nobre iniciativa, que visa derrubar as barreiras da ciência, o sci-hub é ilegal, já foi retirado do ar diversas vezes e enfrenta graves acusações de roubo de direitos autorais.

Scihub

Fonte: Sci-hub. Tradução livre: ..para remover todas as barreiras no caminho da ciência.

Mais um importante projeto criado pela instituição Cold Spring Harbor Laboratory sediada em Nova Iorque, é o BioRxiv (lê-se bio-archive), um site autointitulado de “the preprint server for biology” (em tradução livre: “servidor para artigos pré-publicados de biologia”) que opera como uma revista científica para artigos que ainda não foram formalmente revisados e publicados. O BioRxiv foi lançado no final de 2013 e já conta com cerca de 10 mil manuscritos disponíveis para serem acessados por qualquer pessoa.

A plataforma funciona da seguinte maneira: pesquisadores podem submeter  rascunhos de seus artigos assim que estiverem prontos para serem compartilhados, com semanas, ou meses antes de serem formalmente publicados em uma revista científica.

preprints

Fonte: Nature. doi: 10.1038/503180a. Tradução livre: Os “preprints” ganham vida.

O objetivo do BioRxiv é acelerar o compartilhamento de resultados científicos importantes que ficariam “escondidos” até serem aceitos para publicação em algum periódico. O mais legal desta plataforma é que outros cientistas podem deixar comentários e te ajudar no processo de evolução do seu manuscrito. Uma vez que um artigo é adicionado no BioRxiv ele não pode ser removido, pois o site permite sua citação por outros autores. Depois de ser aceito para publicação, o site atualiza automaticamente a versão “preprint” com um link para a versão publicada.

Em abril deste ano foi divulgado que o servidor recebeu uma grande contribuição de Chan Zuckerberg Initiative (CZI) para a expansão do site e adição de mais ferramentas. “O acesso expandido a esses manuscritos pode acelerar o ritmo de descobertas e, como consequência, nosso entendimento de saúde e doenças”, afirmou o neurocientista Cori Bargmann, presidente do Departamento de Ciências da CZI.

Iniciativas como o BioRxiv já são altamente disseminadas em outras áreas do conhecimento, como no  campo da física, matemática e ciências sociais com o site Rxiv (archive) que aceita “preprints” dessas áreas há 25 anos, mas para os pesquisadores do campo da biologia e de saúde isso tudo é uma grande novidade.

O servidor certamente contribuirá para todas as áreas da biologia,  principalmente para a saúde. Uma das contribuições mais evidentes é reportar rapidamente surtos de doenças infecciosas, como no começo do ano de 2013, quando cientistas submeteram ao Rxiv um relatório a respeito de surtos de gripe aviária (H7N9) que ocorriam na China.

O sistema atual de publicação de artigos científicos é caro, restringe o acesso à ciência aos meios especializados e torna o desenvolvimento científico mais lento, artigos podem levar até um ano para serem publicados.  Diante desse cenário, a comunidade científica deve considerar que uma ação como o BioRxiv pode realmente representar um avanço no jeito de fazer e divulgar ciência.

¹Nem todos os artigos científicos são, obrigatoriamente, escritos em inglês, porém os textos em inglês podem ser lidos por qualquer pessoa ao redor do mundo.

²Fator de impacto: é uma medida que calcula o número médio de citações de artigos científicos publicados em determinado periódico.

 

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RNA de interferência, uma nova maneira de proteger plantações contra patógenos

     A história da humanidade foi modificada amplamente a partir do momento que percebemos que somos capazes de manipular, até certo ponto, a natureza. O cruzamento de plantas e de animais para a obtenção de características específicas foi aprimorado ao longo do tempo, aumentando a resistência a doenças, a produtividade e a longevidade.

     Com os avanços em biologia molecular e engenharia genética, aprendemos a inserir e alterar genes responsáveis por características de interesse comercial bem como introduzir genes de resistência a pragas e pesticidas. Além disso, foi possível a obtenção em larga escala de medicamentos e vacinas, como a insulina, os antibióticos e a vacina contra hepatite B. Entretanto, a manipulação genética e seus produtos, os organismos geneticamente modificados (OGM), não são bem vistos por uma boa parcela da população, que prefere optar pelo consumo de produtos de origem orgânica. Mas uma nova metodologia para o silenciamento de genes em plantas, sem alteração do DNA, pode revolucionar o controle de pragas e doenças.

     Proteger as plantas contra infecções virais é uma tarefa complicada, pois é necessário cultivar plantas resistentes aos vírus, caso existam, ou utilizar pesticidas que combatam os animais vetores dos vírus. Os vetores são animais capazes de transmitir a outro ser vivo vírus, bactérias e protozoários causadores de doenças. Atualmente, estima-se que entre 30 e 40% da produção agrícola seja perdida devido a pragas. Com as mudanças climáticas globais, a tendência é que cada vez mais plantações se tornem suscetíveis, uma vez que o aumento global das temperaturas facilita a dispersão de micro-organismos causadores de doenças. Dessa maneira, é cada vez mais evidente que a utilização de técnicas de manejo sustentáveis para plantações seja uma necessidade, com o intuito de reduzir a utilização de agrotóxicos e pesticidas, diminuir a contaminação ambiental, e baratear os custos de produção.

     Liderado pela doutora Neena Mitter, da Universidade de Queensland na Austrália, o grupo de pesquisa desenvolveu um spray contendo ácido ribonucleico (RNA) de dupla fita (dsRNA) capaz de proteger plantas de tabaco (Nicotiana tabacum) contra infecções virais. O RNA é o material genético, de fita simples, responsável pela produção de proteínas nas células e um dsRNA é uma molécula de RNA que está pareada com outra molécula complementar, também de RNA. O dsRNA é acoplado a nanopartículas de argila, esse complexo é então aspergido sobre as folhas das plantas a serem protegidas. Após a aplicação, ocorre a liberação do dsRNA e sua absorção pelas folhas conforme a partícula se degrada. A proteção é baseada no silenciamento de genes essenciais dos vírus estudados, ou seja, a técnica impede a expressão de genes sem os quais os vírus não são capazes de se replicar dentro das células. Com isso, a técnica chama bastante atenção porque se torna uma alternativa à modificação genética de organismos, que pode levar anos até se mostrar segura e eficiente.

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Mecanismo de aplicação, liberação e ação do spray desenvolvido pelos pesquisadores da Universidade de Queensland (Esquema retirado do artigo original).

     A técnica desenvolvida pelo grupo é baseada num sistema de defesa existente em organismos eucariotos (que possuem núcleo em suas células), chamado de RNA de interferência (RNAi). Esse mecanismo tem por função identificar e degradar qualquer sequência de nucleotídeos estranha à célula, como vírus e transposons, impedindo a tradução dessa sequência. No entanto, essa degradação só ocorre caso haja complementaridade entre a sequência do RNAi e do RNA estranho, conferindo uma especificidade em sua ação. Dessa maneira, não há risco de interferência no funcionamento celular normal. Outra vantagem é a possibilidade de um mesmo spray poder ser utilizado em diferentes variedades de plantas. Porém, é possível que os organismos alvo acabem desenvolvendo resistência ao alterar sua sequência de DNA em resposta à aplicação do spray. Uma das maneiras para burlar esse mecanismo seria a utilização de diferentes sequências numa mesma solução, aumentando o número de sequências alvo e diminuindo assim as chances de adaptação.

     Os resultados do trabalho mostram que as plantas ficam protegidas por pelo menos 20 dias após a aplicação de uma dose do spray e que mesmo as folhas novas, que não receberam o tratamento, estão protegidas contra a infecção viral. Pesquisadores da Universidade de Cornel em Nova Iorque, também desenvolveram um spray semelhante, mas o alvo foi o besouro-da-batata e o estudo desenvolvido mostrou que a plantação ficou protegida por mais de 28 dias.

     Por ora, a intenção é silenciar genes de pragas biológicas, mas num futuro não muito distante é possível que sprays semelhantes sejam desenvolvidos para alterar outras características das plantas, como composição nutricional, amadurecimento e coloração. E aí, já pensou mudar a cor das flores no seu jardim usando apenas um spray?

Para saber mais:

Artigo original: Clay nanospheres for topical delivery of RNAi for sustained protection against plant viruses. Neena Mitter, Elizabeth A. Worrall, Karl E. Robinson, Peng Li, Ritesh G. Jain, Christelle Taochy, Stephen J. Fletcher, Bernard J. Carroll, G. Q. (Max) Lu, Zhi Ping Xu. http://www.nature.com/articles/nplants2016207

Vídeo em inglês sobre o mecanismo de funcionamento do RNAi: http://www.nature.com/nrg/multimedia/rnai/animation/index.html

RNAi para terapia em humanos: http://www.scielo.br/pdf/rbr/v50n6/v50n6a08.pdf

Poster da Nature (em inglês) sobre RNAi: http://www.nature.com/nrg/posters/small-rna/small-rna.pdf

O mundo dos pequenos RNAs: http://www.plantcell.org/site/teachingtools/TTPB5LectureNotes_PortugueseVersion.pdf

Vetores de doenças: https://pt.wikipedia.org/wiki/Vetor_(epidemiologia)

Nucleotídeos: http://www.biocristalografia.df.ibilce.unesp.br/cursos/intro_bioquimica/aula7.pdf