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20 de maio de 2020

Questionário para o nosso público!


Olá, o projeto Sporum está passando por um processo de reformulação para melhorar nossa atuação como divulgadores científicos. Para isso, gostaríamos de conhecer melhor nosso público e a sua opinião sobre nós, agradecemos imensamente se puder responder a esse questionário anônimo!

13 de maio de 2020

Dor e consciência, existe alguma conexão entre elas?


                              
                                                                                                                       Fonte: Engin Akyurt

Por: Cristiano Sikorski e Fabio Kimura


Todas as pessoas - ditas “normais” ao menos - já sentiram dor uma vez na vida. Na infância o terror era ir ao dentista, pois se sabia que ia doer. Já pensou se pudéssemos parar de sentir essa sensação desagradável? Muitos poderiam pensar que seria uma maravilha. Mas, na verdade, ela existe para indicar que algo está errado no nosso corpo e que necessitamos tomar alguma providência. Imagine o seguinte: você está com cárie, mas não sente dor. Em um sistema normal a dor funcionaria como um alerta, mas, neste caso, você não está sentindo nada. O que poderia acontecer? Provavelmente não iria nem perceber que tem cárie, ocasionando a perda do dente e uma grande infecção, o que não seria nada agradável. 

Mas nem todos os seres vivos sentem dor, pois é uma resposta que depende de um sistema nervoso centralizado e nociceptores, que são células responsáveis por captar a informação da dor e enviar ao cérebro. Como isso funciona? O processo inicia com um estímulo aversivo (como colocar a mão na panela quente) que ativa receptores para dor, o qual envia um sinal para a medula espinhal, percorrendo o trajeto até chegar no cérebro. Chegando lá, os sinais de dor são processados em partes distintas do encéfalo e é aí que ocorre a percepção da sensação dolorosa (Figura 1). Trazendo um exemplo prático, o mecanismo seria semelhante ao de quando tocamos uma campainha. Ao apertar o botão (sinal de dor) ocorre a transmissão desse sinal (imagine que o caminho é a medula espinhal) até chegar onde o barulho da campainha soa (encéfalo). Para que o dono da casa escute a campainha é necessário que o sinal chegue até o fim. Cortando a linha de transmissão, o trajeto é afetado e, portanto, não se escuta som algum. Ou seja, se a linha de transmissão for cortada, a pessoa pode ficar tocando a campainha o dia inteiro que o dono da casa nem vai saber que ele está ali. E o mesmo é válido para o mecanismo da dor, se o sinal não chega no encéfalo, a sensação não é processada, como acontece quando estamos anestesiados. É claro, todo esse processo acontece de maneira super rápida. Suponhamos que você, sem querer, encoste a mão em uma panela quente, a resposta é imediata, sem ao menos dar tempo de pensar “nossa, que quente!”. 

Esquema do mecanismo da dor: os receptores para dores são estimulados por uma reação dolorosa e transmitidos através da medula espinhal (que é a porção alongada do SNC (sistema nervoso central) até o cérebro, onde ocorre a percepção da dor  | Modificado de American Nurse Today
Mas agora que já falamos do funcionamento da dor e da sua importância, o que a dor tem a ver com a consciência?

Para responder essa pergunta devemos compreender que “Sentir a dor, e saber disso”, ou seja, ter senciência (aqui no texto utilizaremos como sinônimo de consciência, mas já existem fontes apontando as diferenças entre elas, mesmo sendo tênue), é diferente de apenas responder a um estímulo ou reagir a uma ação, como uma máquina que realiza suas funções. 

Segundo o site Ética Animal, o conceito de senciência está relacionado a capacidade de “ser consciente”, isto é, ser capaz de transformar o estímulo, por exemplo a dor, em experiência. Em outras palavras, é a capacidade de ser afetado positivamente ou negativamente. Um ponto importante é que precisa ter algum nível de emoção sobre essa experiência. Mas o que quer dizer ser afetado de maneira positiva ou negativa? Para exemplificar imagine o seguinte: você está na semana de provas e no dia da prova o professor deixa de aplicar a avaliação, dizendo que todo mundo tirou nota 10 e, ainda por cima, traz um bolo de cenoura para os alunos. Para a grande maioria das pessoas essa seria uma experiência positiva. Outro exemplo, não envolvendo humanos, seria um cachorro abanar o rabo quando o dono chega em casa, demonstrando um sentimento de felicidade. 

Além disso, já se sabe que animais podem também sentir empatia (se sentir no lugar do outro) e ficarem deprimidos. Embora a ideia de haver consciência nos animais pareça controversa, a Declaração de Cambridge (texto elaborado por um grupo internacional de especialistas) aponta o seguinte: “A ausência de um neocórtex não parece impedir que um organismo experimente estados afetivos. Evidências convergentes indicam que animais não humanos têm os substratos neuroanatômicos, neuroquímicos e neurofisiológicos dos estados de consciência juntamente com a capacidade de exibir comportamentos intencionais. Consequentemente, o peso das evidências indica que os humanos não são os únicos a possuir os substratos neurológicos que geram a consciência. Animais não humanos, incluindo todos os mamíferos e  aves, e muitas outras criaturas, incluindo os polvos, também possuem esses substratos neurológicos.” Resumindo, o sistema nervoso de outros seres possui mecanismos suficientes para que sejam considerados seres conscientes.

A Declaração anterior afirma que “muitas outras criaturas” também podem ser consideradas seres sencientes, mas provavelmente algumas pessoas já escutaram a frase “peixes não sentem dores”. Será que isso é realmente verdade? Segundo o livro “Do Fish Feel Pain?”(Peixes sentem dor?), os peixes sentem dores e existe a possibilidade de serem seres sencientes! Neste mesmo livro é citado um experimento (p. 46-74) em que foram aplicadas em um grupo de peixes (trutas) injeções contendo toxina de abelha ou vinagre e, em outro grupo apenas injeções de água salina. As trutas que receberam injeções de água salina demoraram menos tempo para diminuir a frequência respiratória e sentir fome (que em humanos também ocorre o aumento da frequência respiratória e perda de apetite) em relação aos que receberam toxina ou vinagre. Em ambos os casos, ocorreu o aumento da frequência respiratória, mostrando que os peixes apresentavam nociceptores e que os mesmos estavam respondendo aos estímulos dolorosos. Como a toxina de abelha e vinagre causam mais desconforto do que a injeção de água salina, era esperado que o tempo de relaxamento das trutas fossem diferentes. Isto é, caso a duração dos sinais de estresse fossem semelhantes, as trutas estariam apenas respondendo a um estímulo doloroso, não respondendo de fato a dor. Além disso, viram que a morfina bloqueia esse efeito. A utilização da morfina e a maneira como os peixes responderam foi um passo importante para determinar a percepção e a capacidade de experienciar a dor. Quanto à senciência (ou consciência), experimentos (p. 75-113) revelaram que as trutas apresentavam uma percepção em relação ao ambiente, capacidade de formar imagens mentais e terem noção de suas próprias ações (autoconsciência). Apesar dos resultados desse experimento e de inúmeros outros estudos nessa linha, ainda há controvérsias entre os cientistas.

Deixando de lado agora os vertebrados, será que a consciência existe também nos animais invertebrados? Os invertebrados (bem como muitos vertebrados) não se expressam da mesma maneira que nós, seres humanos, porém isso não necessariamente quer dizer que eles não sejam também sencientes. 

Nestes dois estudos, observou-se os caranguejos-eremitas, conhecidos por utilizarem conchas vazias de moluscos como abrigo, aplicando choques elétricos quando adentravam na concha fez com que os mesmos tomassem decisões diferentes quanto à escolha de abrigos, indicando uma possível relação de dor e consciência nestes crustáceos. Os testes foram realizados em várias etapas onde os caranguejos escolheram suas conchas e os choques elétricos foram liberados de forma aleatória em algumas conchas. Numa nova oportunidade em que as conchas estavam à disposição, observou-se que os caranguejos que anteriormente levaram os choques dessa vez evitavam aqueles mesmos abrigos apesar de serem suas conchas preferidas antes do choque, observando-se uma preferência maior para o abrigo onde não houve choque elétrico. Isso demonstra que não foi apenas uma reação ao estímulo, a decisão de atribuir aos crustáceos uma consciência foi devido a como o choque elétrico influenciou na escolha, sendo o choque um estímulo que levou a uma emoção negativa que foi lembrada pelos caranguejos.

Assim, aparentemente faz sentido dizer que a dor e consciência possuem uma ligação forte entre si. Dizer que não são apenas seres humanos que são seres sencientes abre um novo campo de visão para futuras pesquisas e talvez de visão de mundo. No entanto, ainda existem muitos mistérios em relação à consciência. O sistema nervoso está presente em artrópodes, mas isso significa dizer que todos eles são seres sencientes? Respostas para perguntas desse tipo ainda são difíceis de serem encontradas, visto que dor e consciência são tomadas a partir do ponto de vista do ser humano, sendo necessário padronizar comportamentos para analisar o efeito da sensação dolorosa em outros seres vivos. Além disso, os animais em geral, “escondem” as dores por ser um sinal que pode trazer desvantagem para o mesmo, sendo uma característica inata para a sobrevivência e evitar mostrar vulnerabilidade para os predadores. Isso mostra o quão difícil é a pesquisa relacionando a dor e consciência em animais, tomando como parâmetro, o ser humano.

O que podemos concluir com isso tudo? Apesar do esforço realizado em tais experimentos, nem todos os fatos a respeito foram esclarecidos e, embora tenha pesquisas afirmando que peixes e vários invertebrados são seres sencientes, essa área ainda continuará sendo alvo de discussão no meio científico por bastante tempo. Serão necessários mais estudos e quem sabe podemos esperar por resultados promissores de modo que um dia todos os animais possam ser melhor compreendidos e que os seres humanos tenham uma atuação levando em conta um maior respaldo ético com animais não humanos. Mais informações sobre o assunto envolvendo dor, consciência e como o conhecimento sobre essa área apresenta informações importantes para se considerar ao refletir o desenvolvimento e entendimento de nossas ações sobre animais não humanos são encontrados aqui no blog Sporum, no texto “A dor é importante: como e por que nós, animais, sentimos dor?”. Boa leitura!


7 de maio de 2020

A dor é importante: como e por que nós, animais, sentimos dor?

Fonte: Emmanuel Lafont
Sentir dor é algo muito comum em nossas vidas, desde nossa infância vamos descobrindo e sendo ensinados sobre situações e perigos que podem ocasionar dor. Muitas pessoas desenvolvem uma aversão muito grande a tirar sangue ou tomar uma vacina por medo de agulhas, muitas vezes, associado a situações traumáticas relacionadas à dor… Mas porque sentimos dor, visto que é uma sensação tão desconfortável e limitante em diversas situações?  Se a dor é algo que causa uma sensação tão ruim para quem a sente e mesmo quando observamos alguém a sentindo, porque ela é algo tão presente (conservado em vários grupos) nos seres vivos?

Para responder tudo isso, podemos iniciar investigando como a sensação de dor ocorre nos animais. A dor é percebida pelos organismos por duas diferentes vias: a via física e a via consciente da dor. Na via física as células nervosas superficiais presentes na pele percebem algum estímulo prejudicial e levam essa informação até a medula espinhal, na qual neurônios motores (aqueles que se conectam aos músculos) são ativados para que nos afastemos da possível ameaça imediatamente. Essa via se chama nocicepção, a via física do reconhecimento da dor. Um exemplo dessa via física é quando encostamos em uma panela muito quente e instintivamente afastamos nosso corpo dela, muitas vezes antes mesmo de realmente sentir que estava quente. Mesmo animais com sistema nervoso muito simples experienciam esse tipo de percepção e resposta. Este vídeo exemplifica essa via de experienciar a dor.

A via de percepção consciente da dor acontece quando esse estímulo de dor passa pela medula espinhal e chega até o cérebro, no qual muitos neurônios, em diferentes regiões, criam a sensação da dor. Em humanos, essa experiência consciente é muito complexa, associada com vários sentimentos, como medo, estresse e pânico. Essas situações criam uma experiência subjetiva da dor. Um exemplo dessa via de percepção da dor é o caso de desenvolvermos medo tremendo de alguma situação, como, por exemplo, de tomar uma vacina, pois associamos a sensação de medo e dor com uma situação específica, o ato de se vacinar. Também podemos ser condicionados a sentir medo e pavor de situações que não causam as mesmas reações em outras pessoas, pois a subjetividade de cada indivíduo na construção de sentimentos de aversão quando expostos a diversas situações estressantes é muito complexa. Essa parte do processo é mais difícil de identificar em outros animais, pois não conseguimos nos comunicar verbalmente com eles. Nossas deduções sobre o que eles sentem partem muito de nossa observação de seus comportamentos, correlacionando com os nossos.  

Tudo bem, essas são as vias pelas quais sentimos dor, mas não seria muito mais simples não sentirmos toda essa dor e não termos que desenvolver experiências traumáticas? Bom, sentimos dor quando estamos expostos a situações nas quais podemos nos machucar e causar dano ao nosso corpo. Neste sentido, a dor é responsável por nos “avisar” o que é perigoso e danoso para nosso organismo, ela faz com que evitemos aquela situação perigosa novamente, pois aprendemos que aquilo pode nos causar essa sensação desconfortável de dor. Por isso ela é mantida nos mais diversos grupos de animais ao longo da evolução! Sentir dor em uma queimadura é um aviso para que não façamos isso novamente, visto que uma queimadura é potencialmente muito danosa para nossa pele. Em outros animais, sentir dor também possui essa importância de manutenção da sobrevivência, porém não compreendemos com tanta profundidade como se dá a experiência da dor neles, afinal são organismos diferentes do nosso.

Observando animais mais próximos evolutivamente de nós, como outros mamíferos, podemos notar manifestações que nos dão indícios de dor com clareza. Por exemplo, podemos identificar a dor em um cachorro emitindo sons lamuriosos, arqueando as costas, modificando seu comportamento que indicam que ele está sentindo dor, por ele manifestar essa sensação de maneira parecida com a nossa. Mas e como identificamos que um animal mais distante evolutivamente de nós, como uma ostra, por exemplo, está sentindo dor?

Temos mais dificuldade de entender os comportamentos de invertebrados pelo fato de estes serem mais diferentes de humanos, o que dificulta nosso reconhecimento sobre quando ou como sentem dor. Apesar disso, estudos feitos com cefalópodes (polvos, lulas e náutilos), demonstram que animais invertebrados também possuem sistema nervoso complexo e sentem dor. Lulas possuem nociceptores (proteínas que percebem um estímulo de dor) que exibem sensibilização a longo prazo e também apresentam aprendizagem associativa rápida e memória de longo prazo estável. Isso foi entendido através da observação de que lulas aprenderam a inibir seu comportamento predatório, através de determinados estímulos e elas mantiveram a memória desse estímulo que as fez diminuir a predação por menos 12 dias, demonstrando aprendizagem associativa e de longo prazo estável. A administração de doses baixas de opioides (compostos que atuam no sistema nervoso para atenuar e aliviar a dor, podendo ser naturais ou sintéticos) como endorfina, produz efeitos 'analgésicos', ou seja, diminuem as vias de transmissão nervosa, reduzindo a percepção de dor, em caracóis terrestres da espécie Cepaea nemoralis. O famoso opioide morfina, muito utilizado por humanos, tem um efeito semelhante no caracol. Essas substâncias aumentam o tempo necessário para que os caracóis respondam a estímulos negativos, que seriam imediatamente percebidos como de dor e teriam uma resposta imediata pelos neurônios motores.

Cepaea nemoralis, caracol que demonstrou efeitos analgésicos na presença de compostos opioides. | Fonte: http://www.bihrmann.com


Como conseguimos reconhecer melhor essas vias de sensibilidade da dor em vertebrados, sentimos mais empatia por eles e a legislação de muitos países os ampara para que tenham proteção contra situações que os causem dor desnecessária. A legislação brasileira referente ao uso ético de animais em ensino e pesquisa, chamada Lei Arouca, inclui animais vertebrados, atribuindo a estes a consideração ética no seu uso por humanos. Porém, animais como polvos, abelhas e caranguejos, que são invertebrados, não possuem regulamentação por lei para seu uso ou estão sujeitos a qualquer comitê de ética. Será que esses animais não sentem dor ou não possuem consciência o suficiente para serem incluídos na legislação e possuírem alguma proteção?

A Declaração de Cambridge sobre Consciência, assinada no Reino Unido em 2012 por vários especialistas em neurociência, afirma que as bases do sistema nervoso que conferem condições como sentir emoções não estão restritos apenas à região cortical do cérebro, que é a mais desenvolvida em animais humanos. Nossos cérebros e os de outros animais funcionam como verdadeiras redes de neurônios, formando circuitos cerebrais envolvidos em processos fisiológicos como tomada de decisões, sono e atenção. Estas características de funções do sistema nervoso parecem ter surgido muito cedo na evolução, na radiação de muitos invertebrados, como insetos. Parafraseando a declaração: “Evidências convergentes indicam que animais não humanos têm os substratos neuroanatômicos, neuroquímicos e neurofisiológicos dos estados de consciência juntamente com a capacidade de exibir comportamentos intencionais. Consequentemente, o peso das evidências indica que os humanos não são os únicos a possuir os substratos neurológicos que geram a consciência. Animais não humanos, incluindo todos os mamíferos e aves, e muitas outras criaturas, incluindo os polvos, também possuem esses substratos neurológicos.”

O famoso escritor e biólogo evolucionista Richard Dawkins afirma em um vídeo que, analisando as funções biológicas da dor e reconhecendo esta como uma característica tão instintiva e primitiva em seres vivos, não há motivos para acreditarmos que animais não humanos não a sentem. Inclusive, ele sugere que animais não humanos podem sentir níveis de dor ainda mais intensos que humanos. Uma vez que o papel biológico da dor é alertar sobre situações perigosas que causam dano e podem até levar à morte, animais que não possuem a racionalidade e inteligência que humanos possuem para identificar, aprender e evitar essas situações perigosas mais prontamente, possivelmente necessitam (e por isso foram selecionados evolutivamente nesse quesito) sentir uma dor mais intensa para aprender esse processo. 

Muitos estudos sobre esse assunto ainda estão sendo desenvolvidos e muitas são as perguntas que reivindicam respostas, a fim de entender os incríveis mecanismos biológicos por trás de organismos tão fascinantes que compõem a vida na Terra e também para evitar causar dor de maneira desnecessária em qualquer um deles. Em breve, outro texto do Sporum trará mais discussão sobre essa temática, envolvendo dor e consciência. A reflexão sobre o impacto de nossas decisões e ações faz parte de princípios éticos pelos quais somos guiados ao longo de nossa vida. Nos informar sobre os sujeitos envolvidos nas consequências de nossas práticas é o ideal para estarmos cientes do peso de nossas escolhas. Convidamos todos à reflexão.



29 de abril de 2020

Somos fruto da entropia? Uma nova forma de olhar para a origem da vida.



Por: Lucas Garbo
Representação artística da sopa primordial | Obra do modernista espanhol Antoni Gaudí.

Em 24 de novembro de 1859, o naturalista inglês Charles Darwin publicou a primeira impressão de seu inovador manuscrito “A Origem das Espécies”. A partir desse momento, as ideias de Darwin começaram a ser amplamente discutidas e posteriormente, no século XX, foram aceitas como consenso entre os cientistas a respeito da evolução da vida na Terra. O livro contém ideias sobre a evolução da vida a partir de um ancestral comum, assim como tentava elucidar sobre os mecanismos de especiação. Ele podia conter a receita para se originar uma nova espécie a partir de outra, mas não respondia uma das questões mais importantes da humanidade: O quê é a vida e como ela surgiu? Se todos os organismos se originam a partir de outro, como surgiu o primeiro? É o que discutiremos nesse texto.

Para começarmos, precisamos comentar um pouco sobre como a evolução darwiniana funciona. A teoria diz que em uma determinada população de organismos, cada indivíduo possui um grupo de características específico.  Imaginemos uma população de lesmas que dependem da produção de muco para lidar com a falta de água. No bosque onde moram, uma forte seca está transformando gradativamente o ambiente em um deserto. Devido à isso, as lesmas que conseguem produzir mais muco em relação às outras acabam tendo uma maior probabilidade de sobreviver e se reproduzir, transmitindo assim a capacidade de gerar muco mais eficientemente para suas filhas. Portanto, as lesmas que produzem mais muco foram selecionadas pelo ambiente em que estavam, enquanto as outras morreram e não conseguiram passar suas informações adiante. Este processo é o que denominamos de seleção natural, podendo assim ter início a especiação, onde ao longo do tempo, uma nova espécie de lesma, mais eficiente na produção de muco, se origina.

Após as ideias de Darwin terem sido aceitas pela comunidade científica, teve início uma verdadeira corrida entre os estudiosos para decifrar qual teria sido o primeiro organismo vivo e como ele surgiu. O primeiro cientista a introduzir ideias pertinentes a esse tema foi o russo Aleksandr Oparin. Ele propôs, em 1936, que a vida provinha de aglomerações de aminoácidos e moléculas primitivas em algum local do planeta Terra, provavelmente uma água quentinha e com acesso à algum agente redutor, o qual seria capaz de servir como catalisador (que pode acelerar reações químicas), como raios terrestres ou ventos solares. Isso tudo, teria acontecido teoricamente há mais ou menos 4 bilhões de anos atrás, pois já temos evidências científicas de que a vida surgiu de fato 3,8 bilhões de anos atrás. A partir daí a evolução já começaria a atuar.

Em outras palavras, tomemos a ideia da “sopa primordial”. Essa “sopa” seria nada mais nada menos do que um local confinado (talvez um buraco em alguma pedra oceânica) onde havia alguns precursores de moléculas orgânicas dissolvidas na água marinha. Essas moléculas, que teoricamente estavam em um ambiente redutor (propriedade química que estimula a doação de elétrons dos átomos nas reações químicas) como a Terra em sua formação, estariam constantemente mudando para algo mais estável através de reações químicas espontâneas. É importante frisar que, de acordo com a teoria, isso ocorreria por milhões de anos. Ao longo do tempo, essas moléculas ficariam cada vez mais estáveis, até por fim darem origem à uma espécie de RNA primitivo.

RNA? Mas o que é isso? Uma nova espécie de vírus? Bom, não exatamente. O RNA é um tipo molécula que todos os seres vivos possuem. Irmão do famoso “DNA”, o RNA é ligeiramente diferente, possuindo um átomo de oxigênio à mais em sua estrutura. Muitos especialistas concedem ao RNA o título de “primeira molécula da vida” por três razões: ele é capaz de se auto replicar, possui atividade catalítica (como catalisador) e todas as formas de vida, incluindo os polêmicos vírus, possuem esse tipo de molécula em suas respectivas células.

Voltamos então por um momento para a nossa sopa. Imagine que agora possuímos alguns RNAs diferentes nela. Estes, como já foi dito, conseguem se replicar (ou seja, conseguem preservar a sua forma e estrutura para seus “filhos”) e servem como catalisadoras (podia ajudar moléculas próximas à realizar reações químicas). É importante salientar que cada um desses RNA possui uma composição de nucleotídeos diferente, que gera uma forma diferente para cada um. Essa forma pode determinar se um RNA específico é um bom catalisador ou não. Na nossa sopa, caso tivesse uma forma “boa”, um determinado RNA poderia produzir coisas que fariam com que fosse mais estável e eficiente em relação a outros, aumentando a probabilidade de se replicar. Quase como a seleção natural, porém com moléculas invés de espécies. Devido à isso, esse processo é denominado “seleção química”.

Eventualmente, um determinado RNA, já bem estável, seria envolto por uma bolha de gordura, que separaria ele do ambiente externo, gerando assim a primeira célula. Denominamos essa célula de “LUCA” (Last Universal Common Ancestor, ou Último Ancestral Comum Universal). Posteriormente, esse RNA seria substituído pelo DNA, pois é mais estável e eficiente para passar as informações às células-filhas. Essa “historinha” da sopa primordial, teoricamente, explica como a primeira forma de vida veio a existir.

Diferenças entre a molécula de DNA (dupla fita) e RNA (fita única) | Autor desconhecido

Muitos dos que defendem a teoria do “design inteligente” poderiam dizer que alguma forma divina criou essa “base” para a vida para que, um dia, os humanos (ou algum outro tipo de organismo racional) pudessem vir a existir. Porém, muitos dos cientistas alegam que a vida existe como subproduto natural das leis físico-químicas do universo, sendo assim resultado de forças aleatórias e sem propósito do universo. Nessa linha de pensamento, um biofísico vem trazendo algumas contribuições muito interessantes para a área: Jeremy England.

Jeremy nasceu em Boston no ano de 1982 e se formou em bioquímica pela universidade de Oxford. Em 2009 finalizou seu doutorado em Stanford e desde 2011 é membro do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (o famoso MIT). Ele vem contribuindo na área da origem da vida com uma ideia simples, mas ao mesmo tempo muito complexa: adaptação evolutiva por meio da dissipação de energia. Mas antes de entrarmos nesse universo estranho, temos antes que aprender um conceito físico importantíssimo: a entropia.

A entropia é um dos processos físicos mais interessantes. De acordo com o Dicionário de Português Online, entropia significa “Medida que, num sistema termodinâmico, determina o grau de desordem, pela ação de uma temperatura, representada por "S"”. Confuso, não é mesmo? Em outros termos, entropia é, basicamente, uma medida que diz quão “desorganizado” está um sistema (por exemplo, podemos dizer, se as outras condições forem idênticas, as moléculas de um prédio possuem uma menor entropia em comparação com as moléculas do ar, que estão muito mais agitadas). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, a entropia sempre está aumentando em qualquer local do universo (que tende então a desorganização). Vamos tomar o exemplo de um cubo de gelo: a princípio, o cubo de gelo é um aglomerado de moléculas extremamente juntas. Se deixarmos esse cubo fora do freezer, por exemplo, ele derreterá formando água e, se deixarmos tempo suficiente, se tornará vapor. É importante dizer que, no estado gasoso, a entropia (desorganização) das moléculas de água é muito maior em relação ao cubo (estado sólido). Portanto, nossa pequena experiência de descongelar gelo mostra que, assim como todas as coisas no universo, os sistemas tendem à ficar mais desorganizados. Para ser mais preciso, o conceito de entropia diz respeito ao número de estados (ou conformações) possíveis de um sistema. Voltando ao exemplo do gelo, é fácil imaginar que quando congelado, um cubo só pode assumir uma forma possível, mas se estiver em forma líquida,  a água pode assumir diversas formas possíveis, poderíamos até mesmo usá-la para fazer um gelo de outro formato, outra conformação. No entanto, considerar entropia como grau de desordem de um dado sistema é suficiente quando não temos a intenção de fazer cálculos ou modelos físico-químicos rebuscados.

Imagem extremamente simples sobre entropia: Repare que as moléculas do sólido estão muito mais organizadas em comparação com o gás | Autor desconhecido

Voltemos então para as nossas ideias de origem da vida então. Afinal, o que entropia tem a ver com bactérias ancestrais em uma sopa ou mesmo baleias nadando graciosamente por um vasto oceano? A princípio, a segunda lei da termodinâmica vai contra a ideia de como a vida funciona. Se as coisas estão constantemente entrando em desordem, como explicamos células organizadas e organismos complexos como o nosso? Durante muito tempo isso foi um argumento criacionista, dizendo que a vida não poderia surgir sem uma “ajuda divina”, pois a entropia acabaria rapidamente com qualquer tipo de organização que pudesse aparecer. É aí que trazemos novamente o nome de Jeremy England. A ideia do biofísico é que, a vida surgiu em consequência da segunda lei da termodinâmica. Seu pensamento principal diz que as leis físicas, em determinadas situações, tendem a criar estruturas organizadas, sejam estas vivas ou não, pois seriam melhores para dissipar energia. Nesta palestra Jeremy utiliza um exemplo totalmente inanimado para trazer essa ideia: partículas de prata, após serem submetidas por diferentes cores do espectro luminoso, tendem a se aglomerar de formas diferentes de acordo com a cor que recebiam (pois cada cor difere entre si quanto à energia emitida). Isso mostra que as partículas se juntam de determinada maneira para conseguir dissipar a energia absorvida de maneira mais eficiente. Partindo então deste exemplo “inanimado”, podemos usar essa ideia para os “animados”, como a vida. Não melhorou em nada essa explicação, certo? Vamos então um exemplo que conhecemos: imagine um lindo espécime de araucária, essa árvore, como todas as plantas do mundo, absorve energia luminosa do sol e a utiliza para produzir seu próprio alimento, liberando energia em forma de calor para o ambiente durante essa produção e durante seu crescimento (importante dizer que calor é uma forma de energia menos concentrada, portanto menos organizada, em relação à luz). Isso mostra que uma planta é a maquinaria perfeita para dissipação de energia! Ainda está um pouco confuso? Imagine então um urso. A maioria das espécies de urso, como por exemplo o urso-cinzento, se alimenta árduamente o verão inteiro para conseguir sobreviver os meses frios do congelante inverno ártico. Ao longo desta estação, o urso dorme e, a fim de manter a temperatura corporal, o organismo realiza diversas reações químicas em que, em todas elas, calor é dissipado para o ambiente e consequentemente para  o universo. O que fez o urso, afinal? Ele usou uma forma de matéria densamente organizada (como por exemplo a carne de um peixe) e a transformou parcialmente em em calor, em aumento de ENTROPIA! (Caso tenhas ficado realmente interessado com essas ideias, podes ler essa redação escrita pelo próprio Jeremy para complementar).

Bom, mas essas são formas de vida já um tanto complexas. Como explicar então os primeiros organismos vivos? Como explicar o LUCA? Talvez se pensarmos em como era o planeta Terra 4 bilhões de anos atrás fica até mais fácil de idealizarmos. Imagine por um momento sendo uma molécula presente na sopa primordial. Você está constantemente sendo bombardeado por raios, ventos solares, radiação e outras fontes de energia externa. Todas essas forças são extremamente energéticas, ou seja, ainda possuem muita energia a ser dissipada. Talvez uma forma que as leis da física adquiriam para aumentar o grau de entropia bem seria conceber, de maneira aleatória e probabilística, verdadeiras máquinas que pudessem fazer esse trabalho de uma forma mais eficiente. A natureza poderia “criar pequenas bolsas de matéria” que fossem capazes de gerar desordem de uma maneira mais competente em relação às formas físicas usuais de dissipação de energia (como por exemplo uma descarga elétrica). Dessa forma, a vida seria uma consequência direta das leis naturais físicas. Não seria necessário nenhum “empurrãozinho” divino ou extraterrestre.

É importante salientar que as ideias de Jeremy não são absolutas, mas probabilísticas. Você deve estar provavelmente pensando “Vish maria, o tema já é bem complicado mesmo sem trazer estatística no meio disso tudo. Agora ferrou de vez!”. Calma, não é bem assim. Através de uma série de explicações, Jeremy tenta mostrar que a matéria não é algo que está constantemente querendo dissipar energia, mas sim que quando submetida à uma energia externa (como por exemplo radiação solar), ela tende a criar uma forma que seja melhor para dissipar aquele determinado tipo de energia. Mas então onde a probabilidade entra nesse meio?

Bom, quando pensamos em entropia, pensamos no “princípio da irreversibilidade dos acontecimentos”. Por exemplo, se um copo cai no chão e se espatifa em milhões de subprodutos (ocorrendo assim aumento da entropia), é impossível ele se reconstituir e volte à ser exatamente o que era anteriormente. Se por um momento aceitarmos as ideias de Jeremy e, olhamos as probabilidades, podemos ver que é provável que estruturas mais organizadas e eficientes na dissipação de energia sejam formadas espontaneamente. Como esse tipo de mudança na estrutura é irreversível,  um organismo submetido a esse processo não poderiam retornar ao que era antes. Ou seja, é por isso que as árvores não param de crescer: pois a vida é uma cadeia de reações irreversíveis.

Claro que tudo isso que foi discutido ainda é extremamente teórico e especulativo. Jeremy e seu grupo de estudos continuam atuando nessa área, basta esperarmos novas publicações à respeito para conseguirmos debater suas ideias com maior afinco (aqui está o site em que Jeremy e seu grupo utilizam para disseminar suas ideias). Caso o interesse seja ainda maior, Jeremy publicará um livro em 20 de setembro denominado “Every Life is On Fire”, ou “Toda a Vida Está Pegando Fogo”, em português.

Algumas pessoas podem pensar que essas ideias são um pouco tristes e frias. Ao longo de toda a história humana, sempre achamos que éramos a forma de vida mais importante e que tudo girava em torno do nosso umbigo. Através dos séculos, inventamos Deuses e Deusas para confortar a nossa própria solidão. Mas aqui fica uma reflexão: será que isso é realmente a ideia mais interessante? Na minha opinião, é muito mais encantador ser parte de algo muito maior que nós mesmos, do que sermos o centro do universo. Me sinto bem por ser um produto extremamente complexo e intrigante das leis físicas e bilhões de anos de evolução, ao invés de ficar mal por não ser a obra principal de uma forma divina. Neil deGrasse Tyson consegue resumir isso em apenas uma frase em um dos seus livros: Não vivemos simplesmente no universo. O universo vive em nós.

Referências adicionais

ALBERTS, Bruce et al. Biologia molecular da célula. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017.

MADIGAN, Michael T. et al. Microbiologia de Brock. 14. ed. Porto Alegre: ArtMed, 2016.

GALANTE, Douglas et al (Org.). Astrobiologia: Uma Ciência Emergente. São Paulo: Tikinet, 2016.

22 de abril de 2020

Tucano-toco, pra que um bico tão grande?


Por: Gabriela Vilvert Vansuita e Lucas Takinami Amaral Sato


                        Autor desconhecido                                 

Em dias muito quentes, nós, humanos, transpiramos, ficamos ofegantes e eventualmente procuramos uma sombra para descansar. Você já se perguntou por que isso acontece? Talvez você já tenha ouvido falar sobre o fato de que cachorros transpiram pela língua, ou sobre cobras e lagartos serem animais de “sangue frio”, e com certeza já viu algum animal, seja lagarto, gato ou ser humano descansando em sombras frescas em dias de sol intenso. Mas para quê? Claro que isso gera uma sensação de bem estar, como se você tivesse escapado de algum mal, como se aquela sombra debaixo da árvore tivesse acabado de salvar a sua vida. Vamos ver que esse bem estar pode ser propiciado por algo maior, mais complexo e extravagante (às vezes mais bicudo) do que uma sombra fresca.

Todas as situações acima descrevem diferentes estratégias que os animais possuem para regular a temperatura corporal. Essas estratégias podem ser anatômicas, fisiológicas e comportamentais, e são muito importantes para evitar o superaquecimento. Quando nós super aquecemos, as proteínas do nosso corpo são danificadas, prejudicando, dentre outras coisas, todo um sistema de comunicação celular que é essencial para a funcionalidade do corpo do indivíduo. Um bom exemplo de como a gente pode sentir isso é a febre. Logo, superaquecer por causa da temperatura do ambiente pode causar desconforto assim como a febre, afinal de contas o fundamento é o mesmo.

Assim, várias estratégias para dissipar calor corporal foram sendo desenvolvidas e aprimoradas ao longo da história da evolução. Animais possuem respostas comportamentais, como procurar sombra em um dia quente. Outra estratégia bem difundida é possuir uma estrutura que possa ser utilizada como trocador de calor. O trocador de calor consiste em um ciclo onde o sangue mais aquecido do corpo flui para uma estrutura fina e bem vascularizada onde perde o calor para o ambiente e então retorna para o corpo. Como exemplo dessas estruturas temos a orelha dos elefantes e as asas dos morcegos. Além disso, os mamíferos possuem glândulas sudoríparas que produzem suor, ajudando na regulação da temperatura corporal, já que a evaporação do suor leva com ele parte do calor embora. Mas e as aves? Visto que elas não possuem glândulas sudoríparas, como elas realizam essa difícil tarefa?

Imagem térmica de um elefante. à direita tem-se a correlação entre a temperatura e a cor da imagem | World of Warmth  

O tucano-toco (Ramphastos toco), por exemplo, possui uma estrutura um pouco exagerada: o seu bico, que pode chegar a até 22cm de comprimento, quase metade do tamanho do seu corpo. O papel sobre o bico dos tucanos já foi interpretado de diversas maneiras: como ornamento sexual para acasalamento, adaptação para alimentação e como sinal de defesa territorial. Até o famoso Darwin tentou explicar um bico tão grande. Mais recentemente, um grupo de cientistas, formado por dois brasileiros e um canadense, realizou um estudo publicado em 2010 na renomada revista Science. O estudo mostrava que o bico do tucano-toco é também um trocador de calor. Na verdade, o bico dessas aves representa de 30 a 50% da superfície do seu corpo, competindo pelo título de maior “janela térmica” do reino animal com as orelhas dos elefantes, em relação à troca de calor proporcional ao tamanho corporal.


Tucano-toco (Ramphastos toco) | Dorothy Wadlow

No estudo em questão, os cientistas expuseram vários tucanos adultos e juvenis a um gradiente de temperatura, que variou de 10ºC a 35ºC. Eles verificaram a variação da temperatura de várias regiões do animal (costas, olhos, bico próximo da face e na ponta) ao longo da mudança de temperatura do ambiente. Foi visto que os adultos conseguem regular a troca de calor melhor que os juvenis. Isso porque os adultos já possuem toda a formação de vascularização do bico bem desenvolvida, os bicos são porosos como esponjas. Entre os espaços corre uma rede complexa de vasos sanguíneos que vai aumentar ou diminuir o fluxo de sangue para cada região do bico de forma independente, de acordo com a necessidade do animal. Infelizmente, pouco se sabe sobre a anatomia desse sistema de vasos sanguíneos.


(A) Visão lateral do bico de um tucano-toco. (B) Corte de um exemplar mostrando o padrão do osso poroso | Tattersall, Andrade e Abe, 2009.

De acordo com o trabalho, a temperatura superficial na região das costas dos tucanos se manteve quase constante, como o esperado, e um pouco acima da temperatura corporal, tendo sua alteração mais significativa em temperaturas baixas. A temperatura na região dos olhos se manteve constante através de todo o experimento, indicando um fluxo sanguíneo contínuo para a região independentemente da temperatura ambiente. Entretanto, as regiões do bico apresentaram as variações de temperatura mais significativas, sendo que a região mais próxima da face teve a maior oscilação de temperatura em todo o animal, tendo maior significância em temperaturas baixas.

Imagem térmica de um tucano-toco. À direita tem-se a correlação entre a temperatura e a cor da imagem | Tattersall, Andrade e Abe, 2009.
O tucano-toco pode ser encontrado em todas as regiões brasileiras. Pode-se então pensar que essa alta capacidade de troca de calor seria prejudicial ao animal nas regiões com climas mais amenos. Porém, um comportamento comum dos tucanos na hora de dormir ou descansar é esconderem o bico entre as asas e mudarem a posição das penas da cauda. Isso diminui consideravelmente a perda de calor pelo bico nestes momentos. Quase como nós, humanos, que nos cobrimos durante noites frias para evitar perder calor pela pele exposta ao ar. Os cientistas também supõem que esta troca de calor controlada pode ser importante durante momentos de alto metabolismo, como, por exemplo, durante o voo. Similar à nós, humanos, que ficamos corados durante atividades físicas mais intensas, porém de forma bem mais eficiente.
Tucano-toco dormindo escondendo o bico entre as asas | Rafael Sagae 

Como considerações finais, os cientistas discutem que a termorregulação que acontece no bico do tucano-toco tem que ser considerada ao tentarmos entender a ecologia, distribuição e comportamento dos tucanos na natureza. E que levando em conta a grande variedade de forma de bicos das aves, é muito provável que esta estratégia esteja presente em outras espécies de aves também.

À primeira vista o bico do tucano pode parecer desnecessário e extravagante, assim como o pescoço da girafa, o rabo do pavão e o “chifre” da baleia narval. Com suas adaptações estranhas e chamativas, talvez por ignorância não ligamos, ou presumimos que somos o melhor que a natureza tem a oferecer. Com nosso super encéfalo e polegares opositores nos damos como o auge da evolução. Mas não é bem assim. Ao olharmos bem de perto, com estudos, pesquisas e busca por conhecimento, começamos a entender que o mundo é cheio de adaptações dos mais diversos tipos, cores, tamanhos e formas. Deve-se agir pela defesa da vida em todas as suas formas, estimulando o desenvolvimento científico, tecnológico e humanístico.