A Semana na Ciência

Criando vida

Um estranho ser feito em laboratório pode ser a esperança para 

o desenvolvimento de órgãos humanos artificiais

Juliana Tiraboschi

Assista ao vídeo e saiba como a água-viva artificial foi desenvolvida : 

Ela se parece com uma água-viva e se movimenta como tal, mas essa criatura nascida nos laboratórios do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) e da Universidade de Harvard (EUA) não tem DNA de água-viva. O “medusoide”, como é chamado pelos pesquisadores, é um ser semibiológico feito de silicone e células de rato. Quando é colocado em um meio aquático e submetido a uma corrente elétrica, se move de maneira impressionantemente realista. “Ou seja, conseguimos gerar algumas funções essenciais de uma medusa usando células-vivas de outro animal”, diz Janna Nawroth, principal autora da pesquisa. 

O objetivo dos cientistas ao criar o medusoide não foi fazer uma experiência maluca de misturar espécies ou brincar de Deus. O laboratório de Harvard que ajudou a desenvolver a criatura sintética trabalha no estudo de modelos artificiais de tecidos cardíacos humanos para testar novos remédios e maneiras de regenerá-los. Essa água-viva artificial é um dos passos necessários para se chegar a modelos mais complexos e parecidos com um órgão humano.

Construir o medusoide foi um trabalho complexo. Janna observou águas-vivas de verdade para mapear e quantificar toda a orientação das fibras contráteis, estruturas que ficam dentro das células musculares, para entender como esses animais se movimentam. A partir desse conhecimento, os cientistas cria­ram uma base de silicone no formato de uma água-viva e injetaram nela células cardíacas de rato. Depois, eles “imprimiram” uma espécie de molde de proteínas na membrana do medusoide. As células musculares reconhecem esse molde como se fosse uma “grade”, e alinham suas fibras ao longo dessa estrutura.

“Nós investigamos o modo como as células cardíacas de ratos se contraem e percebemos que a cinética do movimento, ou seja, o intervalo entre contração e relaxamento, é parecida com a das águas-vivas”, afirma Nawroth. Agora, o próximo passo da pesquisa é aumentar a complexidade do modelo e torná-lo mais autônomo. “Podemos, por exemplo, inserir um marca-passo no medusoide para dar-lhe um ritmo de ‘batimento’ próprio”, prevê a bióloga americana. 

“A ciência sempre busca isolar os fenômenos para entender o todo, e esse experimento de Harvard é interessante para estudar modelos musculares”, diz Amílcar Tanuri, professor-titular de genética da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). “Se é possível criar uma peça que responde a estímulos, podemos imaginar para o futuro o desenvolvimento de um coração artificial, por exemplo”, afirma.

Em verdes mares

O USS Nimitz é o primeiro porta-aviões a usar biocombustível 

como forma de redução da emissão de gases poluentes e fuga dos 

derivados do petróleo

Tamara Menezes

PIONEIRO
O navio de guerra em sua primeira navegação com biocombustível

O maior consumidor de combustíveis nos Estados Unidos quer ser verde. As Forças Armadas americanas, que gastam quatro vezes mais energia que os demais órgãos do governo somados, fizeram o primeiro teste com um porta-aviões e 71 aeronaves abastecidos com biocarburante durante uma simulação de operação militar. O combustível convencional é misturado a algas e óleo de cozinha em partes iguais. Além do apelo ecológico das mudanças climáticas, o exercício visa minimizar a dependência de óleo importado de nações estrangeiras. A iniciativa causou polêmica pelo alto custo (até quatro vezes maior que o combustível normal), mas pode até mudar radicalmente a política externa americana. 

Coube ao porta-aviões USS Nimitz ser o primeiro navio da “Grande Frota Verde”, pacote de metas americanas para cortar o uso de petróleo por equipamentos militares até 2020. Ele se desloca pelo Oceano Pacífico até agosto movido a algas e diesel comum. Já os helicópteros, jatos e naves de apoio adotam o bioquerosene, com óleo de cozinha usado. Os combustíveis são “drop-in”, ou seja, mesclam biomassa ao combustível e dispensam adaptações em motores e estruturas de abastecimento. 

Esse projeto de diversificação da matriz energética virou assunto prioritário nas Forças Armadas, afinal aeronaves, navios e veículos terrestres continuam reféns dos derivados do petróleo e as importações forneceram 45% do combustível em 2011. “Estamos empenhados em achar alternativas ao petróleo estrangeiro. Acreditamos que é fundamental para a segurança nacional e nossa capacidade de combate”, afirmou Ray Mobus, secretário da Marinha americana, ao jornal britânico “The Guardian”. Tanto é verdade que a Agência Governamental de Informações sobre Energia (EIA, em inglês) afirmou que as importações de óleo estrangeiro vem caindo desde 2005.

BIOFROTA
Tripulantes do USS Nimitz controlam a transferência do biocombustível
entre os tanques do porta-aviões (acima) e testam sua qualidade (abaixo)

Ex-ministro das Relações Exteriores (1995-2001) e professor da ESPM, Luiz Felipe Lampreia avalia que a vulnerabilidade energética influencia as decisões da potência militar e foi determinante nas disputas após a Segunda Guerra Mundial. Mas descarta a substituição total do petróleo ainda que as barreiras aos biocombustíveis fossem levantadas. “Não haveria condição de produzir tanto nem se plantasse cana-de-açúcar em toda a Amazônia”, acredita.

“(A troca) levaria a uma mudança estratégica em que as Forças Armadas deixariam de ser ponta de lança da política externa dos EUA”, arrisca o brigadeiro Delano Teixeira Menezes, diretor da Escola Superior de Guerra em Brasília. Já o Brasil, compara, não costuma usar suas Forças Armadas como ferramenta de pressão internacional. Por aqui, a adoção de combustíveis “limpos” teria mais impacto econômico. “Estamos nos antecipando a um futuro próximo, em que teremos vantagem pela forte produção agrícola”, antevê o analista. 

De qualquer forma, no Brasil existem projetos para a aviação desde o início dos anos 1980. Além de experimentos com bioquerosene, a Aeronáutica desenvolve um inédito motor flex para aviões, turbina exclusiva para etanol e ainda uma opção impulsionada por oxigênio líquido. Ter jogo de cintura é preciso.

A caminho do Tudo XXIV

A procura do Santo Graal

Jamess Clerk Maxwell : A grande síntese



Ô nóis aqui de novo xaxado, Ô nóis aqui de novo xaxado.... Amigos acabei de chegar da vivenda verde e estava com uns amigos curtindo a banda CDC; infelizmente não posso publicar nenhuma foto do show pois, se assim procedesse vocês iriam delirar, então lá vai o novo estudo:

Jamess Clerk Maxwell nasceu em Edimburgo, de uma família de classe média alta, uns poucos meses antes da descoberta da indução eletromagnética por Faraday. Maxwell era uma criança precoce que perguntava tudo e desde já um grande explorador pois adorava acompanhar os cursos dos rios perto de sua casa. Brincando com uma bandeja de prata muito polida, Maxwell, aos 2 anos dizia que tinha inventado o espelho, um sinal precursor, talvez, de seu trabalho pioneiro sobre a natureza da luz . Acima de tudo ele fazia perguntas freqüentes sobre tudo : Natureza, sol, estrelas, besouros, sapos, pedras e metais. Parecia o Renan quando pequeno. Uma tia comentou certa vez: “Era humilhante ouvir de uma criança como aquela tantas perguntas a que não se pode responder”.


Maxwell escreveu o seu primeiro artigo científico, sobre a geometria de certas curvas elipsoidais, quando tinha 14 anos, te passa. De repente os comentaristas estavam falando daquele astuto adolescente Escocês no mesmo nível de Descartes e Newton. Dois anos mais tarde, ele entrou na Universidade de Edimburgo. Fascinado com a revolução do eletromagnetismo, estudou o trabalho de Oersted, Faraday e outros pioneiros daquele campo de estudo em grande explosão.

Mais tarde foi para Cambridge, primeiro como estudante e finalmente como professor. Foi nesta Universidade que ele começou seu grande trabalho sobre o eletromagnetismo.

Se Faraday não sabia virtualmente nada de matemática, Maxwell era o cara, um prodígio matemático, o homem que se sentia mais que a vontade em um mundo de equações diferenciais e idéias geométricas abstratas. Maxwell explorou um ramo recém – desenvolvido da matemática conhecido como análise vetorial em suas investigações físicas. Quando necessário, ele estendia aquelas ferramentas matemáticas e desenvolvia ferramentas novas, era um gênio.

Assim como Kepler usava as suas habilidades matemáticas para descobrir os padrões da astronomia de Tycho. Maxwell usou o seu conhecimento numérico para descobrir os padrões ocultos no trabalho de Faraday sobre eletricidade e magnetismo. Em dezembro de 1855 ele apresentou os princípios de uma teoria em um encontro da Sociedade Filosófica de Cambridge, em um artigo intitulado “ Sobre as linhas de força de Faraday ”. Faraday, mais tarde escreveu a Maxwell: “ De início, fiquei quase assustado quando vi tamanha força matemática usada para apresentar o assunto, e depois me admirei ao ver que o assunto se sustentou tão bem”.



Aos 20 anos seguintes, Maxwell desenvolveu e por fim aperfeiçoou sua teoria. Em uma série de conferencias ele apresentou as quatro equações que agora levam seu nome, as famosas “equações de Maxwell”, que descreveram a relação entre os campos elétrico e magnético.

Seu resumo, o tratado sobre eletricidade e magnetismo, unificou todos os fatos conhecidos sobre a eletricidade e magnetismo em uma só estrutura teórica concisa. Essa foi a segunda revolução da física o encontro comprovado do santo Graal.

Assim como Galileu e Newton tinham ligado as mecânicas celestial e terrestre, Maxwell demonstrara que a eletricidade e o magnetismo, e até mesmo a luz e a óptica, estão todos intimamente relacionados.

O trabalho de Maxwell em magnetismo é tão importante que faz sombra às suas muitas outras realizações na ciência. Ele fez importantes contribuições para a termodinâmica, a teoria molecular dos gases, a visão das cores e até a fotografia em cores. Também conduziu um dos primeiros estudos teóricos da mecânica dos anéis de Saturno. Maxwell chegou até a tentar poesia....digam isso ao Aldo; Muitos dos seus poemas revelam o cientista como um sensível e espirituoso observador da vida.



Embora honrado entre os cientistas como o maior físico depois de Newton, e Einstein, Maxwell nunca chegou a se tornar um nome familiar. Durante toda a sua vida, permaneceu sendo um homem modesto e extremamente reservado. Como Faraday, evitava publicidade e honrarias públicas. E, como Faraday, era muito religioso. Infelizmente, Maxwell morreu aos 48 anos de câncer abdominal, a doença que, com a mesma idade, matara sua mãe.


Só consigo terminar dizendo.... Grande homem.


TIRINHA DO DIA

Dilatação térmica dos líquidos

Borges e Nicolau

Considere um frasco de capacidade V0 completamente cheio de um líquido à temperatura θ1. Aquecendo-se o conjunto até a temperatura θ2, parte do líquido transborda.

O volume transbordado não mede a dilatação real (ΔVr) que o líquido sofre e sim a dilatação aparente (ΔVap), uma vez que o frasco também se dilata (ΔVf).

Assim, temos:

ΔVr = ΔVap + ΔVf (1)
Mas ΔVr = V0 . γr . Δθ
Mas ΔVap = V0 . γap . Δθ
Mas ΔVf = V0 . γf . Δθ

γr - coeficiente de dilatação volumétrica real do líquido
γap - coeficiente de dilatação volumétrica aparente do líquido
γf - coeficiente de dilatação cúbica ou volumétrica do frasco

De (1), resulta: γr = γap + γf ou
γap = γr - γf: o coeficiente de dilatação aparente depende do líquido e do frasco.

Dilatação anômala da água

A água líquida contrai-se ao ser aquecida de 0 ºC a 4 ºC e dilata-se quando aquecida a partir de 4 ºC. Assim, a 4 ºC o volume de dada massa de água é mínimo e a densidade é máxima.

Exercícios básicos

Exercício 1:
Um frasco completamente cheio de um líquido é aquecido e sua temperatura passa de θ1 para θ2. Três situações, apresentadas na coluna da esquerda, podem ocorrer. Faça a associação entre as colunas da esquerda e da direita:

I) O líquido se dilata mais do que o frasco xxxxxxA) γap = 0
II) O líquido se dilata menos do que o frasco xxxxB) γap < 0
III) O líquido e o frasco se dilata igualmente xxxxC) γap > 0

Exercício 2:
Um frasco de capacidade 1000 cm³ está completamente cheio de mercúrio cujo coeficiente de dilatação volumétrica (real) é igual a 1,8.10^-4 ºC^-1. O conjunto é aquecido de 20 ºC a 100 ºC e ocorre o transbordamento de 4,0 cm³. Determine o coeficiente de dilatação cúbica do frasco.

Exercício 3:
Um motorista colocou combustível no tanque (50 L) de seu carro, pela manhã, quando a temperatura era de 22 ºC. Deixou o carro num estacionamento e ao retira-lo à tarde, quando os termômetros indicavam 32 ºC, notou o derramamento de combustível. Sendo o coeficiente de dilatação cúbica do material que constitui o tanque igual a 60.10^-6 ºC^-1 e 9,0.10^-4 ºC^-1 o coeficiente de dilatação volumétrica do combustível, determine o volume de combustível que extravasou.

Exercício 4:
Os tanques dos postos de combustíveis são convenientemente isolados, de modo que o efeito da dilatação térmica não seja apreciável. Se tal não ocorresse no período mais quente do dia a densidade do combustível seria menor do que no período mais frio. Considerando-se que a massa é o que mais interessa na utilização do combustível, em que período seria mais vantajoso abastecer o carro?

Exercício 5:
Determinada massa de água é aquecida de 0 ºC a 10 ºC. Analise o que ocorre com o volume de água e com sua densidade.

Exercício 1: resolução

I) Como o líquido se dilata mais do que o frasco, temos: γr > γf
e portanto γap > 0. Item C
II) Como o líquido se dilata menos do que o frasco, temos: γr < γf
e portanto γap < 0. Item B
III) Como o líquido e o frasco se dilatam igualmente, temos: γr = γf
e portanto γap = 0. Item A

Respostas:
I) C
II) B
III) A 



Exercício 2: resolução

ΔVap = V0 . γap . Δθ => 4 = 1000. γap . 80 => γap = 0,5.10^-4 ºC^-1
γr = γap + γf => 1,8.10^-4 ºC^-1 = 0,5.10^-4 ºC^-1 + γf
γf = 1,3.10^-4 ºC^-1

Resposta: 1,3.10^-4 ºC^-1



Exercício 3: resolução

ΔVap = V0 . γap . Δθ => ΔVap = 50.(9,0.10^-4 - 60.10^-6). 10 =>
ΔVap = 0,42 L


Exercício 4: resolução

Para o mesmo volume V quanto menor a densidade d menor é a massa m: m = d.V. (Num dia quente temos menos massa por litro)
No período mais frio a densidade do combustível é maior. Logo, maior é a massa. (Num dia frio, temos mais massa por litro).

Resposta: Período mais frio.


Exercício 5: resolução

De 0 ºC a 4 ºC o volume diminui e a densidade aumenta. A partir de 4 ºC o volume aumenta e a densidade diminui. A 4 ºC o volume é mínimo e a densidade é máxima.