Assista a uma única célula tornando-se um organismo completo em seis minutos de timelapse

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Nativo do centro e do sul da Europa, o anfíbio tritão alpino reproduz-se em águas rasas, onde suas larvas nascem, eclodem e alimentam-se de plâncton, antes de brotar suas pernas e mover-se para a terra. Este timelapse do diretor Jan van IJken acompanha acompanha o desenvolvimento de um zigoto unicelular na larva de um tritão alpino. Capturando detalhes impressionantes em escalas microscópicas, Becoming é um notável olhar para o processo de divisão e diferenciação celular, de onde todos os animais – de novatos para humanos – vêm. Para mais vídeos de biologia inspiradora de van IJken, assista The Art of Flying.

A primeira foto de um Buraco Negro está quase pronta, e deve se parecer com isso:

Por Jean-Pierre Luminet.

Por Michelle Starr
Publicado no Science Alert

O ano de 2019 chegou. Com ele, nos foi prometido um momento inédito na história da astronomia. Durante anos, o interferômetro Event Horizon Telescope trabalhou para nos trazer a primeiríssima fotografia de um horizonte de eventos de um buraco negro.

Na verdade, mesmo que sejam populares no imaginário do público, nunca realmente vimos um buraco negro. E o motivo é ironicamente simples: buracos negros são literalmente invisíveis. A força atrativa de sua gravidade é tão grande que, a partir de certo ponto, nada escapa. Isso inclui a radiação eletromagnética  – tal como raios-X, infravermelho, luz visível e ondas de rádio – que nos permitiriam observar o objeto diretamente.

Esse ponto a partir do qual nada escapa é chamado de horizonte de eventos, e além de ser um lugar horrível onde você nunca desejaria estar, também é nossa única esperança de realmente visualizar um buraco negro.

Enquanto somos incapazes de ver o buraco negro propriamente dito, há uma chance do horizonte de eventos ser fotografado; e estamos tentadoramente próximos de ver esse resultado graças ao Event Horizon Telescope (EHT), que pode fazer um pronunciamento a qualquer hora.

Porém, muito antes do EHT, houve um astrofísico de nome Jean-Pierre Luminet. Ainda em 1978 ele já tinha nos dado o que poderia ser interpretada como a primeira foto do horizonte de eventos de um buraco negro.

Não é, obviamente, uma foto de verdade. Luminet, cuja especialidade era matemática, usou suas habilidades para fazer a primeira simulação computadorizada de um buraco negro visto por um observador, usando um computador IBM 7040 de 1960 que ainda funcionava com cartões perfurados. “Naquela época ainda era um assunto muito exótico, e muitos astrônomos não acreditavam em sua existência,” Luminet disse ao ScienceAlert.

“Eu queria explorar a física bizarra dos buracos negros e propor mecanismos específicos que nos ajudariam a conseguir sinais indiretos de sua possível existência. Além do mais, para dar continuidade à ironia, com um nome como ‘Luminet’, eu gostei muito da possibilidade de uma estrela não-luminosa dando origem à um fenômeno observável no horizonte de eventos.” Luminet ilustrou meticulosamente à mão com caneta e tinta India em negativo de papel os dados do computador, como uma impressora humana.

A imagem difusa – vista abaixo – mostra como seria um disco chato de material caindo dentro de um buraco negro se pudéssemos chegar bem perto para ver. Porém, o disco não parece chato ou plano porque a gravidade intensa do buraco negro dobra a luz ao seu redor.

“De fato, o campo gravitacional curva os raios de luz próximos ao buraco negro de tal modo que a parte posterior do disco é ‘revelada’,” Luminet explicou em um artigo publicado no arXiv em 2018.

“A dobra dos raios de luz gera uma imagem secundária que nos permite ver o outro lado do disco de acreção (disco de materiais em órbita) ‘acima’ do buraco negro, que na realidade estão no lado contrário do buraco negro em relação ao observador.”

Luminet foi o primeiro, mas não o único, a ser cativado pelo mistério de como um buraco negro se pareceria. Outros tentaram visualizar esses objetos desde então, expressando seus esforços até nas telonas.

Buraco negro ‘Gargantua’ do filme Interestelar. (Paramount Pictures)

O filme de 2014 do diretor Christopher Nolan Interestelar foi elogiado por sua representação “cientificamente coerente” de um buraco negro, fortemente baseada no trabalho conduzido por Luminet décadas antes, e concebida com direito à consulta com o físico teórico da Caltech Kip Thorne.

Por fim, o filme optou por uma versão simplificada do buraco negro a fim de ser menos confuso e mais bonito nas telas. Foi certamente impressionante; porém, de acordo com ambos Luminet e Thorne, não é como um buraco negro realmente se pareceria.

As imagens primárias e secundárias criadas pelo campo gravitacional estão no filme e são corretas. No entanto, diferentemente da ilustração de Luminet, o brilho do disco de acreção no filme é uniforme.

Simulação de um Buraco Negro em um artigo de Thorne que colegas da computação gráfica usaram como inspiração pro ‘Gargantua’. (James et al./Classical and Quantum Gravity)

É precisamente essa forte assimetria de luminosidade aparente,” escreveu Luminet, “que é a assinatura de um buraco negro, o único corpo celeste capaz de dar às regiões internas do disco de acreção uma velocidade de rotação próxima à da luz, induzindo um efeito Doppler intenso que torna a distribuição de luz desigual no disco.”

Luminet redigiu um artigo de 15 páginas sobre a ciência do filme e Thorne escreveu um livro sobre esse tópico.

Você deve ter notado que todas essas versões de buracos negros não se parecem em nada com outros tipos de fotos de buracos negros que você  talvez tenha visto, notadamente divulgadas pelo interferômetro LIGO em 2016, o mesmo que descobriu as ondas gravitacionais.

A concepção de buraco negro no vídeo é baseada no trabalho do astrofísico Alain Riazuelo membro do Centro Nacional Francês para Pesquisa Científica e da União Astronômica Internacional, que primeiro simulou um buraco negro de tal forma em 2016.

O motivo pelo qual esses buracos negros são diferentes é porque a concepção artística mostra um buraco negro quiescente (em baixa atividade) – ou seja, sem disco de acreção.

Retirando esse revestimento de gás e poeira, a gravidade do buraco negro deforma o espaço atrás de si; e se estivéssemos perto o suficiente para observar o buraco negro, começaríamos a nos mover capturados por sua gravidade e postos em órbita. Essa é a razão pela qual o buraco negro parece se mover através do fundo de estrelas.

No caso de dois buracos negros juntos, como visto no vídeo do LIGO, cada buraco negro tem uma pequena imagem secundária em forma de banana aparecendo atrás de si, causada pelas lentes gravitacionais do outro buraco negro. (A gravidade é elegante.)

O EHT passou os últimos anos se concentrando no Sagittarius A*, o buraco negro supermassivo no centro da nossa galáxia, a Via Láctea.

Não sabemos o que vamos encontrar; é possível que os dados nos forneçam apenas uns pixels borrados. (Se esse for o caso, mais telescópios se juntarão em colaboração, e cientistas tentarão de novo). Dado que o buraco negro tinha um disco de acreção durante as observações, antecipamos que o resultado se pareça muito com o trabalho de Luminet.

Além do mais, com sorte, a colaboração nos ajudará a entender mais sobre a polarização de radiação, a estrutura de um campo magnético e os jatos relativísticos de um buraco negro. Já nos rendeu pistas acerca da estrutura do espaço ao redor de um buraco negro.

Mas qual a parte mais emocionante sobre o trabalho do EHT? Nessa parte concordamos totalmente com Luminet: “A foto do disco de acreção!“, disse ele.

E nós não perdemos por esperar.

Como Marte perdeu sua água?

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Em Marte, conseguimos encontrar padrões de relevo que muito se associam a caminhos onde correm rios e, em um lugar como esse, a sonda Curiosity da NASA fotografou essas pedras redondinhas, que nem aquelas que a encontramos em leitos de rios!! Isso evidencia que Marte já foi como a Terra! Veja:

Figura 1: Uma porção do Paraná Valles. Mosaico THEMIS IR em mosaico MDIM 2.1. A largura da imagem é de 78 km (Howard et al. 2005).
Figura 2: Pedrinhas arredondadas encontradas onde supostamente correu um rio marciano. Curiosity, NASA. Extraído de Williams et al. (2013).

Se tinha água líquida na superfície e não tem mais, pra onde ela foi? Tem que ter ido a algum lugar. E por que não sobrou água líquida na superfície? Bem, primeiramente temos que lembrar como água existe líquida seja lá onde for, pra isso precisamos olhar o diagrama de fase da água. A água é líquida quando estão nas condições de temperatura e pressão que compreendem a área vermelha na figura:

Figura 3: Diagrama de fase da água. Em vermelho: área na qual a água é líquida. Adaptado de birdvilleschool.net

Ou seja, na época que a água existia líquida existia na superfície, tais condições de temperatura e pressão eram satisfeitas. Atualmente, tais condições só conseguem ser satisfeitas no subsolo marciano onde, por exemplo, as pressões são maiores, já que é uma resultante da soma da pressão atmosférica com a exercida pela camada de terra acima. Tanto que já foi detectada usando o radar da sonda Mars Express.

Mas como poderiam variar a temperatura e pressão atmosférica deste passado rico de Marte até a atualidade? São muitos fatores, e existem muitos processos que influenciam na perda de atmosfera, por exemplo, que causa a queda da pressão atmosférica. Mas quem seria o culpado disso tudo? Certamente, O Sol. Mais especificamente, a radiação solar que aquece os gases da atmosfera de Marte e o Vento Solar, que é o fluxo de partículas carregadas (exemplo: prótons) que saem do Sol em todas as direções incluindo a direção de Marte.

Gif: Interação de um fóton solar com uma partícula da atmosfera marciana, causando uma ionização.

Quer entender esses processos e como eles aos poucos podem causar essa desidratação de Marte? Assista o vídeo curto e divertido feito pelos AstroTubers! Um canal de divulgação científica feito diretamente por astrônomos, físicos e estudantes de astronomia e física de todo o Brasil!

Ah, mas e quanto a Terra? Ela também vai sofrer esse processo? Para explicar isso, fiz esta thread em forma de Moment no twitter! Só clicar no texto em azul e descobrir!

Referências:

  1. Jeans, J. H. 1925, The Dynamical Theory of Gases, Cambridge University Press, London
  2. Öpik, E. J. 1963, Geophys. J. R. Astron. Soc., 7, 490
  3. Jakosky, B.~M., Slipski, M., Benna, M., et al. 2017, Science, 355, 1408
  4. Jakosky, B.~M., Pepin, R.~O., Johnson, R.~E., & Fox, J.~L. 1994, Icarus, 111, 271
  5. Orosei, R., Lauro, S.~E., Pettinelli, E., et al. 2018, Science, 361, 490
  6. Parker, E. N. 1958, ApJ, 128, 664
  7. Tian, F., Chassefière, E., Leblanc, F., & Brain, D. 2013, Comparative Climatology of Terrestrial Planets, 567
  8. Williams, R.~M.~E., Grotzinger, J.~P., Dietrich, W.~E., et al. 2013, Science, 340, 1068
  9. Howard, A.~D., Moore, J.~M. & Irwin, R.~P. 2005, Journal of Geophysical Research (Planets), 110, E12S14
  10. Owen, J.~E. 2018, arXiv:1807.07609

Para eventuais erros, sugestões ou críticas favor entrar em contato pelo e-mail astrophysicsboy@gmail.com

Como os cientistas estão criando vida sintética a partir do zero

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Durante a última década, a facilidade de sequenciamento e criação de DNA melhorou tanto que as possibilidades da engenharia genética se expandiram muito.

Os pesquisadores agora podem ir além dos pequenos ajustes que foram feitos no passado – como adicionar ou desativar um único gene. Em vez disso, alguns cientistas estão agora se concentrando na criação e na reengenharia de organismos artificiais.

Bem-vindo ao estranho novo mundo da biologia sintética, no qual os seres vivos são uma ferramenta a ser manipulada para fins práticos. É um mundo em que, algum dia, organismos projetados do zero poderiam converter resíduos em combustível ou entrar no corpo das pessoas para matar o câncer.

Alguns cientistas vêem a biologia sintética como a melhor aposta para enfrentar alguns dos maiores problemas do mundo – como a crescente demanda por alimentos e energia. Mas a perspectiva de possíveis contratempos, para não mencionar as preocupações de começar a mexer com a vida, certamente também está presente.

Mas afinal, o que é biologia sintética? O termo geralmente se refere à engenharia de novas ferramentas biológicas para fins práticos. Se isso parece muito com a prática existente da  engenharia genética é porque na verdade a engenharia genética é a principal ferramenta da biologia sintética.

Se você for um desses geneticistas de empresas como Monsanto e afins e você está geneticamente criando alimentos como milho e soja para aguentarem uma overdose de agrotóxico, adicionando ou modificando um único gene, isso não é biologia sintética. Mas se você está adicionando um conjunto completo de genes ou criando um código genético inteiramente novo que não existe em nenhum lugar na natureza, então você está definitivamente entrando em território de biologia sintética.

Os biólogos sintéticos usam uma variedade de abordagens, algumas das quais podem se sobrepor:

1. Removendo as “ineficiências” das células.  Alguns pesquisadores estão tentando remover as ineficiências das células, que são um subproduto da natureza aleatória da evolução. Por exemplo, se você está criando bactérias para produzir biocombustíveis, você quer que o processo seja o mais eficiente possível. Os pesquisadores também usam esse tipo de abordagem para encontrar os limites da vida – o quão simples ou diferente pode ser algo e ainda estar vivo.

2. Combinando sequências genéticas de maneiras extremas. É feita combinando vários genes de diferentes organismos para criar novas características. Por exemplo, há algas que tem a capacidade de digerir petróleo, enquanto há outras que apresentam uma incrível capacidade de divisão por mitose. Uma combinação entre essas algas poderia crias um organismo muito eficiente no combate a poluição.

3. Projetando novas “máquinas vivas”. Alguns pesquisadores estão tentando projetar máquinas vivas reprogramando o DNA em circuitos lógicos para fazê-los funcionar como computadores em miniatura. Por exemplo, os pesquisadores conseguiram células para fazer aritmética e mostrar suas respostas, iluminando-se em uma determinada cor.

O que poderíamos fazer com a biologia sintética?

Como qualquer nova tecnologia, é difícil dizer exatamente onde a biologia sintética terá seu maior impacto. Mas existem algumas grandes áreas de atuação, como a medicina, energia, alimentos e meio ambiente só pra citar alguns exemplos.

Na Medicina, a biologia sintética pode, um dia, permitir que os cientistas programem células para detectar e matar precisamente as células cancerígenas. Ou talvez programar células para se reunirem em órgãos extras para transplantes. Alguns cientistas já estão usando organismos parcialmente sintéticos para fabricar drogas que de outra forma seriam impraticáveis. Falei um pouco disso em um artigo que escrevi para Deviante sobre como a biotecnologia e a quarta revolução industrial podem transformar o mundo.

Na produção de alimentos, novas técnicas poderiam permitir que pesquisadores desenvolvessem levedura para produzir a cerveja ou o vinho perfeito. Ou criar comida no laboratório com mais eficiência do que cultivá-lo em terra.

Na energia e meio ambiente existe a possibilidade dos biólogos sintéticos possam programar células para produzir combustível utilizável. Já existem pesquisas em que se possa produzir combustível a partir de algas. Idealmente, organismos úteis comeriam coisas que não precisamos, como matéria vegetal não comestível. Ainda mais idealmente, eles comeriam o dióxido de carbono extra na atmosfera que está aquecendo o planeta. Ou lixo tóxico ou resíduos de derramamento de óleo.

Mas o que a biologia sintética fez até agora?

Ainda não estamos no ponto de células projetadas que matam o câncer ou transformam resíduos plásticos em combustível. Isso ainda está no universo das possibilidades. Mas os cientistas  fizeram algumas coisas interessantes:

artemisinina, que é um dos medicamentos mais eficazes no tratamento da malária. Mas por um longo tempo, teve que ser derivado da planta  artemisia annua – um processo lento e caro.

Também já foi criada uma bactéria artificial. Em 2010, pesquisadores do Instituto J. Craig Venter publicaram os resultados de como isso foi feito. Você pode ver os detalhes desse projeto clicando nesse link. Como eles fizeram isso? Eles  pegaram o código genômico de uma espécie bacteriana, modificaram boa parte desse código em laboratório e então o colocaram em uma espécie completamente diferente. Essa bactéria conseguiu sobreviver e se reproduzir por conta própria.

O genoma que eles criaram também incluiu alguns genes deletados e novas sequências que agiram como marcas d’água. E, ao todo, os cientistas criaram a primeira forma de vida que vive de material genético completamente sintético. Eles a  chamavam de primeira célula sintética. (No entanto, eles não disseram que criaram a própria vida a partir do zero. Se tivessem colocado o DNA em uma célula já morta, nada teria acontecido.)

Este trabalho não criou bactérias úteis para qualquer propósito específico, mas foi uma importante prova de princípio de que uma célula pode sobreviver com DNA produzido em laboratório.

Outro exemplo do que já foi feito é a criação de um fermento a partir do zero. Em 2014 cientistas da Johns Hopkins University, sintetizaram um cromossomo muito semelhante a de uma espécie de levedura. Esse cromossomo feito em laboratório foi introduzido em uma célula e partir daí começou a sintetizar o fermento. Você pode saber mais sobre esse feito acessando esse link.

Mas qual o risco de que essas células artificiais oferecem?

Toda tecnologia nova gera muita incerteza. Não dá pra dizer ainda que impactos poderiam ter. Mas pelo menos podemos especular.

Assim como acontece com os transgênicos, que criou um novo tipo de poluição (a poluição genética), essas novas criaturas poderiam se tornar um problema se escapassem para o meio ambiente. Poderiam ainda causar problemas semelhantes ao que espécies exóticas causam.

Geralmente existem regras para que se mate todos os organismos de laboratório antes do descarte, geralmente em um forno de alta temperatura e alta pressão chamado autoclave. (Até mesmo um rato de laboratório morto que não foi geneticamente modificado é autoclavado também).

Por fim, podemos nos questionam quem terá o acesso aos possíveis benefício que essa tecnologia trará. Eu me lembro que quando a tecnologia dos transgênicos surgiram, um dos principais argumentos é que se poderia acabar com a fome no mundo. Mas a gente sabe que as coisas não funcionaram bem assim.

Se quiser saber mais sobre Biologia Sintética é só clicar no link abaixo:
https://planetabiologia.com/o-que-e-biologia-sintetica-resumo/