quinta-feira, 16 de novembro de 2017

Asa de borboleta inspira célula fotovoltaica

A luz solar refletida em células solares representa um desperdício de energia. As asas da borboleta Pachliopta aristolachiae são formadas por nanoestruturas que ajudam a absorver a luz em um amplo espectro, muito melhor do em superfícies lisas. Pesquisadores do Karlsruhe Institute of Technology (KIT) conseguiram transferir essas nanoestruturas para células solares, e com isso aumentaram a absorção de luz em até 200%.

A borboleta estudada possui uma cor negra profunda, o que significa que ela absorve perfeitamente a luz do sol e consegue gerenciar essa energia de forma otimizada. Os pesquisadores estudaram os detalhes microscópicos da constituição das asas dessas borboletas por uma técnica chamada de microscopia eletrônica de varredura. Após isso, eles realizaram simulações computacionais para testar as melhores configurações possíveis das estruturas que observaram nas asas das borboletas. O que descobriram é que a melhor configuração era justamente a que haviam observado nas borboletas, garantindo taxas de absorção de radiação mais estáveis sobre todo o espectro e em ângulos de incidência variáveis.

Como já comentamos aqui (e aqui, e aqui também), são comuns as tentativas de se tentar reproduzir as maravilhas tecnológicas encontradas na natureza. Somente com os avanços tecnológicos e científicos das últimas décadas é que foi possível amadurecer a ideia de nanotecnologia, que já faz parte da asa de borboletas há milhares de anos. Uma única evidência nesse sentido talvez não seja suficiente para fazermos afirmações sólidas. Mas quando numerosos exemplos de tecnologia microscópica começam a explodir diante de nossos olhos, faz muito sentido revermos as propostas correntes para sua origem. Todo o aparato tecnológico do qual dispomos foi construído ao longo de séculos, com inúmeros pesquisadores envolvidos, mentes entre as mais brilhantes que o mundo já conheceu. Isso exigiu muito planejamento, muitas tentativas, muitos testes, muita teoria de base etc. Parece-me contraditório olhar para nossas conquistas tecnológicas, que resultaram da ação de inúmeras mentes inteligentes, e compará-las com as maravilhas tecnológicas da natureza - que são muito superiores às nossas - concluindo, por fim, que estas últimas foram formadas sem qualquer intervenção inteligente.

Rodrigo M. Pontes


Referências:

Radwanul H. Siddique, Yidenekachew J. Donie, Guillaume Gomard, Sisir Yalamanchili, Tsvetelina Merdzhanova, Uli Lemmer, Hendrik Hölscher. Bioinspired phase-separated disordered nanostructures for thin photovoltaic absorbers. Science Advances, 2017; 3 (10): e1700232 DOI: 10.1126/sciadv.1700232

Karlsruhe Institute of Technology. "Butterfly wing inspires photovoltaics: Light absorption can be enhanced by up to 200 percent." ScienceDaily. ScienceDaily, 14 November 2017. <www.sciencedaily.com/releases/2017/11/171114091952.htm>.

quarta-feira, 15 de novembro de 2017

Exercícios físicos aumentam o tamanho do cérebro, aponta novo estudo

A saúde do cérebro decai com o envelhecimento, com um encolhimento médio em seu tamanho de aproximadamente 5% por década após os 40 anos. Estudos com ratos têm consistentemente mostrado que o exercício aumenta o tamanho do hipocampo (região relacionada à memória), mas até agora o efeito não era bem documentado para os humanos.

Pesquisadores australianos e britânicos examinaram os efeitos do exercício aeróbico sobre a saúde cerebral, incluindo ciclismo, caminhada e corrida em esteira. Os voluntários foram monitorados por períodos que variaram entre 3 a 24 meses, fazendo de 2 a 5 sessões por semana.

Os resultados publicados na revista especializada Neuroimage mostraram que, embora o exercício não tivesse efeito no volume total do hipocampo dos humanos, ele era responsável por um aumento significativo da região esquerda.

"Quando você se exercita, você produz uma substância química denominada de fator neurotrófico derivado do cérebro (BDNF), que ajuda a prevenir declínios relacionados à idade pela redução da deterioração do cérebro", declarou Joseph Fith, o líder do trabalho.

"Nossos dados mostraram que, ao invés de aumentar o tamanho do hipocampo per se, os principais 'benefícios cerebrais' são devidos ao fato de que exercícios aeróbicos desaceleram a deterioração do tamanho do cérebro. Em outras palavras, o exercício pode ser visto como um programa de manutenção para o cérebro", completa Fith.

Ainda de acordo com Fith, o estudo pode ter implicações para a prevenção de desordens neurodegenerativas relacionadas ao envelhecimento, como Alzheimer e demência, embora mais estudos sejam necessários para se tirar conclusões seguras.

O exercício físico é um dos poucos métodos demonstravelmente eficazes para a manutenção do tamanho do cérebro e de seu funcionamento na medida em que envelhecemos.


Adaptado de:

NICM, Western Sydney University. "Exercise increases brain size, new research finds." ScienceDaily. ScienceDaily, 13 November 2017. <www.sciencedaily.com/releases/2017/11/171113195024.htm>


Referência:

Joseph Firth, Brendon Stubbs, Davy Vancampfort, Felipe Schuch, Jim Lagopoulos, Simon Rosenbaum, Philip B. Ward. Effect of aerobic exercise on hippocampal volume in humans: A systematic review and meta-analysis. NeuroImage, 2018; 166: 230 DOI: 10.1016/j.neuroimage.2017.11.007

sábado, 11 de novembro de 2017

Restrição calórica pode reverter diabetes

Um a cada três norte-americanos desenvolverá diabetes tipo 2 até 2050, de acordo com projeções recentes do Centro para Prevenção e Controle de Doenças. Há relatos indicando que a doença fica em remissão em pacientes que passam pela cirurgia bariátrica, que reduz significativamente a ingestão de calorias antes que se observe uma perda de peso clinicamente significativa. Isso motivou uma equipe de pesquisadores a tentar entender o mecanismo pelo qual a restrição calórica reverte rapidamente o diabetes tipo 2.

No estudo, ratos portadores de diabetes tipo 2 foram submetidos a uma dieta com grande restrição calórica, consistindo de cerca de um quarto do que conteria uma dieta normal. Usando uma técnica de rastreamento baseada em isótopos, os pesquisadores puderam acompanhar os processos que contribuiam para aumentar a produção de glicose pelo fígado. Também foi possível estudar a resistência à insulina. Ambos os processos - o aumento de produção de glicose e a resistência à insulina - contribuem para a elevação da concentração de açúcar no sangue em diabéticos.

Os pesquisadores apontaram três mecanismos principais como os responsáveis pela dramática diminuição da concentração de glicose no sangue dos animais diabéticos, sendo eles: 1) diminuição da conversão de lactato e aminoácidos em glicose; 2) decréscimo da taxa de conversão de glicogênio para acúcar no fígado; e 3) decréscimo do conteúdo de gordura, o que por sua vez melhora a resposta do fígado à insulina. Esses efeitos positivos da restrição calórica foram observados em apenas três dias.

O próximo passo é estender esse tipo de estudo a humanos, algo que a equipe de pesquisadores já começou a fazer.

Referências

Rachel J. Perry, Liang Peng, Gary W. Cline, Yongliang Wang, Aviva Rabin-Court, Joongyu D. Song, Dongyan Zhang, Xian-Man Zhang, Yuichi Nozaki, Sylvie Dufour, Kitt Falk Petersen, Gerald I. Shulman. Mechanisms by which a Very-low Calorie Diet Reverses hyperglycemia in a Rat Model of Type 2 Diabetes. Cell Metabolism, Novembro de 2017.

Yale University. "Study reveals how a very low calorie diet can reverse type 2 diabetes." ScienceDaily. ScienceDaily, 9 November 2017

sexta-feira, 20 de outubro de 2017

Lipídios preservados em fóssil de "48 milhões de anos"

Fóssil de um pássaro com idade
estimada em 48 milhões de anos.
O destaque mostra a glândula
uropigial.
Crédito: Sven Traenkner/Senckenberg
Os pássaros gastam um bom tempo alisando sua plumagem com o bico. Durante esse processo, a glândula uropigial, localizada próximo à região da cauda, desempenha um papel importante. Essa glândula produz uma secreção oleosa que os pássaros espalham sobre sua plumagem para impermeabilizá-la.

Pesquisadores identificaram resíduos desse tipo de material óleoso em um fóssil datado em 48 milhões de anos. "A descoberta é um dos exemplos mais surpreendentes de preservação de partes moles em animais. É extremamente raro que alguma coisa assim seja preservada por um período de tempo tão longo", disse Gerald Mayr, um dos autores do trabalho.

"Como mostram nossas análises químicas detalhadas, os lipídios mantiveram sua composição química original, ao menos em parte, ao longo de 48 milhões de anos. Os compostos com cadeias hidrocarbônicas longas dos restos fóssilizados da glândula uropigial podem ser claramente diferenciados do xisto betuminoso ao redor do fóssil, " explica Mayr.

É interessante notar como a preservação de compostos orgânicos em fósseis de supostos milhões de anos tem surpreendido um bom número de pesquisadores (veja aqui, aqui e aqui). Quanto mais se escava, mais exemplos desse tipo aparecem. Há duas alternativas aqui. A primeira é que esse material realmente foi preservado ao longo de 48 milhões de anos (se você acha isso fácil, dê uma olhada nos prazos de validade de alguns produtos de mercado). A segunda é que o material não possui 48 milhões de anos. Me pergunto por que essa última possibilidade não seja sequer cogitada.

Rodrigo M. Pontes

Referências:

1. Shane O'Reilly, Roger Summons, Gerald Mayr, Jakob Vinther. Preservation of uropygial gland lipids in a 48-million-year-old bird. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 2017; 284 (1865): 20171050 DOI: 10.1098/rspb.2017.1050.

2. ANCIENT PREEN OIL: RESEARCHERS DISCOVER 48-MILLION-YEAR-OLD LIPIDS IN A FOSSIL BIRD.


quarta-feira, 18 de outubro de 2017

Proteínas e pigmentos de uma tartaruga de "54 milhões de anos" são semelhantes aos das tartarugas modernas

Crédito: Johan Lindgren
A Tasbacka danica é uma espécie de tartaruga marinha que viveu durante o período Eoceno, entre 56 e 34 milhões de anos atrás. Em 2008, um espécime extremamente preservado, de 74 milímetros, foi descoberto na Dinamarca. Em 2013, o palentologista Johan Lindgren, da Universidade de Lund, descobriu resíduos de tecidos moles em uma área localizada próxima ao "ombro" esquerdo da tartaruga. Ele coletou cinco pequenas amostras para análise biomolecular.

Os cascos das tartarugas marinhas modernas são escuros, o que serve de proteção contra predadores aéreos quando as tartarugas se dirigem para a superfície do oceano para respirar. A coloração escura também as ajuda a absorver calor da luz solar e regular sua temperatura corporal, uma vez que são criaturas de sangue frio.

Lindgren submeteu suas amostras a uma série de análises químicas que lhe permitiram confirmar a presença de grupos heme (que fazem parte da hemoglobina do sangue), eumelanina (pigmento responsável pela coloração) e fragmentos de proteínas.

A co-autora Mary Schweitzer realizou análises histoquímicas e encontrou beta-queratina (que compõe cascos, unhas e pele), hemoglobina e tropomiosina (uma proteína muscular). Esses achados foram confirmados pelo biólogo Takeo Kuriyama, da Universidade de Hyogo, no Japão.

Toda a evidência indica que essas moléculas são originais do proprio espécime, o que mostra que essas antigas tartarugas compartilhavam uma característica de pigmentação que as ajudava na sobreviência semelhante à das tartarugas modernas.

"Os dados não apenas apoiam a presenvação de múltiplas proteínas, mas também sugerem que a coloração era usada para a fisiologia já no Eoceno, da mesma maneira que é hoje", disse Schweitzer.

Algumas coisas são notáveis aqui. Em primeiro lugar, a tartaruga com os supostos 54 milhões de anos já era tão tartaruga quanto as modernas (foto). Em segundo lugar, as análises mostraram, como os próprios autores ressaltam, que a pigmentação das tartarugas antigas era semelhanta à das tartaguras que vivem hoje. Ou seja, as antigas e as modernas não são apenas morfologicamente parecidas, mas quimicamente também. Por fim, a própria preservação de moléculas orgânicas tão frágeis pelos alegados 54 milhões de anos lança sérios questionamentos sobre a veracidade dessa idade.

Seria muito interessante submeter essas amostras a análises de C-14, mas isso nem passa pela cabeça de um pesquisador que "sabe" que o fóssil tem 54 milhões de anos. Criacionistas já mostraram em diversas ocasiões, baseando-se em análises de laboratórios de datação internacionalmente reconhecidos, que fósseis de dinossauros com dezenas de milhões de anos podem apresentar quantidades significativas de C-14. Quando se tenta publicar esses dados nos meios de divulgação seculares, eles são rejeitados sob a alegação de que por contradizerem a cronologia amplamente aceita (e crucial para o evolucionismo) devem, certamente, estar errados (embora ninguém aponte onde está o erro). Como seria maravilhosa uma ciência sem censura!

Rodrigo M. Pontes


Referências:

1. Johan Lindgren, Takeo Kuriyama, Henrik Madsen, Peter Sjövall, Wenxia Zheng, Per Uvdal, Anders Engdahl, Alison E. Moyer, Johan A. Gren, Naoki Kamezaki, Shintaro Ueno, Mary H. Schweitzer. Biochemistry and adaptive colouration of an exceptionally preserved juvenile fossil sea turtle. Scientific Reports, 2017; 7 (1) DOI: 10.1038/s41598-017-13187-5

2. Keratin, Pigment, Proteins from 54 Million-Year-Old Sea Turtle Show Survival Trait Evolution.

sexta-feira, 13 de outubro de 2017

Estudo explica a diversidade de cores de pele dos humanos

Um estudo com diversos grupos africanos, liderado por geneticistas da Universidade da Pensilvânia, identificou novas variantes genéticas associadas com a pigmentação da pele. O estudo ajuda e explicar a ampla faixa de cores de pele no continente africano. Quando se pensa nesse continente, a maioria das pessoas lembra-se apenas da pele escura, mas ao longo de toda a África há uma grande variedade de tons de pele, que podem tão claras quanto às dos asiáticos ou muitíssimo escuras, e com todos os tons possíveis entre esses dois extremos.

Os pesquisadores obtiveram informação genética de cerca de 1.600 pessoas, examinando mais de 4 milhões de polimorfismos de nucleotídeos ao longo do genoma, lugares onde o código de DNA pode diferir por apenas uma "letra".

Uma das principais variações foi observada ao redor do gene MFSD12. O MFSD12 é altamente expresso nos melanócitos, as células que produzem melanina. Para verificar o papel do gene na pigmentação da pele, os pesquisadores bloquearam sua expressão em culturas de células e observaram um aumento na produção de eumelanina, o pigmento responsável pela pigmentação das peles negra e parda, e bem assim para cabelos e olhos. Em ratos, desligando-se esse gene observa-se uma mudança na cor de sua pelagem de marrom, causada por pelos com pigmentos vermelhos e amarelos, para um cinza uniforme pela eliminação da feomelanina, um tipo de pigmento também encontrado em humanos.

"Não sabemos exatamento porque, mas o bloqueio desse gene causa uma diminuição na produção de feomelanina e um aumento na produção de eumelanina", disse Sarah Tishkoff, uma das autoras do trabalho. "Também mostramos que os africanos possuem um baixo nível de expressão de MFSD12, o que faz sentido, pois baixos níveis do gene significam maior produção de eumelanina."

A questão toda é controlar a expressão de um gene para tornar a pele mais clara ou mais escura. Em outras palavras, trabalha-se com informação e estrutura que o organismo já possui. É como ajustar e relação entre os pixels de uma tela de computador para mudar a cor percebida naquela região.

Esse é um dos tipos de variação comumente comentada no meio criacionista. Temos um pacote completo, pronto, e podemos fazer ajustes nesse equipamento ligando ou desligando determinadas funções, ou mesmo ajustando seu nível de contribuição para determinada característica. A informação e a estrutura já existem, e precisam apenas ser trabalhadas conforme a necessidade. Algo parecido com o caso do rato veadeiro, já explicado aqui. Não se nega a seleção natural, apenas se limita o que ela é capaz de fazer (como selecionar características que podem ser ativadas ou desativadas). Já a criação de sistemas bioquímicos complexos, como a cascata de coagulação ou o flagelo bacteriano, por seleção natural, é algo que ainda precisa ser demonstrado. Olhando para esses fatos, podemos nos perguntar quem realmente apela ao que não pode ser demonstrado (quando falamos de ciência), criacionistas ou evolucionistas?

Referências

1. Nicholas G. Crawford, Derek E. Kelly, Matthew E. B. Hansen, Marcia H. Beltrame, Shaohua Fan, Shanna L. Bowman, Ethan Jewett, Alessia Ranciaro, Simon Thompson, Yancy Lo, Susanne P. Pfeifer, Jeffrey D. Jensen, Michael C. Campbell, William Beggs, Farhad Hormozdiari, Sununguko Wata Mpoloka, Gaonyadiwe George Mokone, Thomas Nyambo, Dawit Wolde Meskel, Gurja Belay, Jake Haut, Nisc Comparative Sequencing Program, Harriet Rothschild, Leonard Zon, Yi Zhou, Michael A. Kovacs, Mai Xu, Tongwu Zhang, Kevin Bishop, Jason Sinclair, Cecilia Rivas, Eugene Elliot, Jiyeon Choi, Shengchao A. Li, Belynda Hicks, Shawn Burgess, Christian Abnet, Dawn E. Watkins-Chow, Elena Oceana, Yun S. Song, Eleazar Eskin, Kevin M. Brown, Michael S. Marks, Stacie K. Loftus, William J. Pavan, Meredith Yeager, Stephen Chanock, Sarah Tishkoff. Loci associated with skin pigmentation identified in African populations. Science, 2017

2. University of Pennsylvania. "Genes responsible for diversity of human skin colors identified." ScienceDaily. ScienceDaily, 12 October 2017. <www.sciencedaily.com/releases/2017/10/171012143324.htm>


segunda-feira, 9 de outubro de 2017

Nova descoberta sobre o fantástico sistema de navegação das abelhas

As abelhas usam sua visão para navegar, mas até agora, pouco se sabia sobre o que acontece dentro de seus cérebros (menores do que um grão de arroz) à medida em que realizam essa tarefa. Pesquisadores da Universidade de Edimburgo descobriram neurônios que detectam velocidade e direção.[1,2] Trata-se de uma rede intricada mais avançada do que os sistemas de navegação baseados em GPS que possuímos.

Esses neurônios estão localizados em uma parte do cérebro chamada de complexo central, que os cientistas descobriam desempanhar um papel fundamental no controle do sistema de navegação. Essas células são usadas para detectar e guardar informações de todos os elementos do caminho percorrido pela abelha, criando uma memória que lhe permite voar para casa pela rota mais direta.

Para obter esses dados, eles monitoraram a função nervosa conectando finos eletrodos à cabeça das abelhas ao mesmo tempo em que elas assistiam a simulações de realidade virtual do que elas veriam se estivessem voando em linha reta ou em movimento circular. Seus resultados - juntamente com estudos de microscopia eletrônica de como as células nervosas estão conectadas - foram usados para desenvolver um modelo computacional detalhado dos cérebros das abelhas, que foi testado em uma abelha simulada por computador e em um robô.

"A parte mais excitante desta pesquisa foi quando a modelagem molecular do 'espaguete'de conexões entre as células nervosas revelaram o princípio elegante pelo qual as abelhas controlam sua posição e retornam para casa. Entender um comportamento tão complexo ao nível de um único neurônio é um passo importante para a ciência da função cerebral", declarou Barbara Webb, Professora da Escola de Informática da Universidade de Edimburgo.

É fascinante como, vez após outra, descobrimos que os sistemas naturais superam, com sobras, nossos melhores esforços. As abelhas existem há milhares de anos e já utilizavam seu sistema de navegação muito antes que o ser humano imaginasse algo como o GPS. Pense com cuidado sobre o que temos aqui. Um conjunto de sensores extremamente sofisticados que detectam, com precisão, variações de velocidade e direção sem ter que fazer triangulações ou usar qualquer dado externo (além dos que a própria abelha capta). Esses dados são então tratados por um software extremanente avançado, que armazena e gera dados que são acessados quando a abelha precisa regressar. Então, sem recorrer a satélites, a abelha traça uma linha reta rumo à sua casa e se dirige para lá com presicão.

Segundo os pesquisadores, essa descoberta pode levar ao desenvolvimento de novos algoritmos de navegação em robôs autônomos que dispensem GPS ou sistemas computacionais caros.

Por essas e outras é que Richard Dawkins declarou:

"A biologia é o estudo das coisas complexas que dão a impressão de ter um design intencional." [2]

A "impressão" de um design intencional na natureza é gritante, e até mesmo o ateu mais famoso do mundo reconhece isso.


Rodrigo M. Pontes


Referências

1. Brain study reveals how insects make beeline for home

2. Stanley Heinze et al. An Anatomically Constrained Model for Path Integration in the Bee Brain. Current Biology, Outubro de 2017.

3. Richard Dawkins (O Relojoeiro Cego: A Teoria da Evolução Contra o Design Divino, Companhia das Letras, São Paulo, 2001. p. 18)