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A mulher desconhecida que ajudou a salvar a medicina moderna

Para alguns, trabalhos e contribuições corajosas são feitos anonimamente porque a pessoa preferiria que seus esforços falassem por si mesmos.

Para Henrietta Lacks , seu presente para o mundo foi dado sem o seu consentimento, sem a permissão de sua família, sem atribuição, compensação ou reconhecimento por quase meio século.

Sem ela, não haveria vacina contra a poliomielite; haveria menos tratamentos para o câncer; haveria menos tratamentos médicos no al. E tudo o que foi preciso foi um grupo de poderosas células cancerosas fortes demais para morrer.

Henrietta Lacks fez contribuições maciças para a medicina moderna através da coleta de células cancerígenas que foram extraídas e usadas sem seu conhecimento ou consentimento.

Infortúnios de Henrietta

Henrietta tinha apenas 31 anos quando o câncer do colo do útero tirou sua vida, deixando cinco filhos sem mãe. Ela era filha de fazendeiros de tabaco e cresceu na Virgínia, não muito longe dos escravos em sua própria árvore genealógica. Ela se casou com David “Day” Lacks, uma prima, depois de ter dois filhos com ele (Lawrence, quando ela tinha 14 anos, e Elsie quando ela tinha 18 anos) e a família se mudou para Baltimore em 1941 para poder trabalhar na fábrica Bethlehem Steel. lá.

Foi depois do nascimento de seu último filho, Joseph, que Henrietta adoeceu pela primeira vez . Ela teria ido ao Johns Hopkins Hospital em Baltimore, um dos poucos na região que trataria de pacientes negros, e disse que sentia um “nó” em seu útero. Quando ela sentiu um desconforto semelhante mais cedo, seus primos disseram a ela para não se preocupar com isso, que ela estava provavelmente grávida, e em instâncias anteriores, eles estavam corretos.

Desta vez, no entanto, houve complicações com o parto de Joseph e Henrietta sofreu uma hemorragia grave. Um médico a testou para sífilis, que voltou negativa, então um segundo médico, Howard Jones, fez uma biópsia de algumas células do colo do útero, levando ao seu diagnóstico.

Foi durante o tratamento para o câncer que os médicos removeram parte do tumor e mantiveram as células em um laboratório. Durante anos, médicos e pesquisadores tentaram fazer com que as células se reproduzissem e permanecessem vivas por mais de algumas horas fora de seu hospedeiro, mas nunca tiveram sucesso. As células de Henrietta eram diferentes – elas não apenas permaneciam vivas, elas continuavam replicando.

Henrietta morreu de câncer em outubro de 1951, tendo sido internada no hospital por fortes dores abdominais em agosto e nunca liberada após o câncer se espalhar por seu corpo.

Esta linha do tempo mostra a história das células HeLa e seus inúmeros usos na pesquisa e tratamento médicos, nomeados por Henrietta Lacks. Toque para ampliar. Cortesia wired.com

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O que falta para a medicina moderna

Enquanto isso, uma equipe de pesquisadores, liderada por George Otto Gray, continuou trabalhando e cultivando as células. As células de Henrietta foram as primeiras células humanas imortais cultivadas em cultura dentro de um laboratório. Coded HeLa para não divulgar seu “doador”, as células foram compartilhadas com outras instalações de pesquisa.

As células sozinhas foram tremendas para não morrer logo após serem colhidas, mas elas se tornaram a pedra angular da medicina moderna em muitos aspectos. Sem pesquisas baseadas em células HeLa, não haveria vacina contra poliomielite, nem tratamento com drogas para pessoas com HIV e AIDS. Haveria uma escassez de tratamentos contra o câncer.

Células HeLa manchadas de verde
Células HeLa coradas de verde. Imagem: Public Domain

A capacidade das células HeLa sobreviverem tornou a pesquisa possível . Os médicos poderiam, pela primeira vez, aplicar tratamentos novos e experimentais nas células e ver o que aconteceria. Eles poderiam injetar as células com um novo vírus e executar experimentos. Eles poderiam injetar as células com outros carcinógenos e monitorar a resposta.

As células foram atingidas com quase todos os tratamentos e doenças imagináveis ​​desde que foram colhidas em 1951. As células têm sido usadas com tanta frequência, disse um pesquisador que as células HeLa poderiam envolver o planeta pelo menos três vezes se colocadas de ponta a ponta. Cerca de 10.000 patentes foram emitidas para tratamentos que começaram com células HeLa.

Tanta coisa boa vem das células que não seria irrealista que HeLa e Henrietta Lacks fossem uma célebre lenda no mundo da medicina, cujo nome é ensinado ao lado de Christiaan Barnard , o cirurgião por trás do primeiro transplante de coração adulto bem sucedido, e Jonas Salk. , desenvolvedor da primeira vacina polio bem sucedida. Mas até a década de 1970, nem a própria família de Henrietta sabia que suas células haviam sido removidas e usadas para pesquisa.

A família de Henrietta Lacks não sabia nada sobre o papel que suas células desempenhavam na medicina moderna até mais de 20 anos após sua morte. Eles agora ajudam a garantir a preservação de seu legado.

A família Lacks foi mantida no escuro

Depois de viver e se replicar do lado de fora do corpo de Henrietta por mais de 15 anos, os pesquisadores descobriram que as células estavam contaminadas . Pensando que o que quer que fosse que tornasse as células HeLa especiais poderia ser encontrado em membros de sua família imediata, os médicos da Johns Hopkins contataram membros da família de Henrietta em 1973 e pediram amostras de sangue.

Eles concordaram, mas não foram informados porque as amostras estavam sendo coletadas. Eles começaram a fazer perguntas, especialmente depois que um amigo da família perguntou durante um jantar se eles eram parentes da “mãe da célula HeLa”. Intrigados, eles exigiram respostas, apenas para saber, anos depois, a verdade da contribuição de sua mãe para a ciência. e pesquisa.

Nenhuma permissão jamais foi pedida a Henrietta para coletar suas células, porque isso não era uma prática comum na época. Nenhum dinheiro jamais trocou de mãos porque, novamente, Henrietta teria que dar permissão e foi informada de que suas células teriam sido usadas, e mesmo assim não haveria garantia de que algo viria das amostras coletadas.

A partir de 2010, um tubo de células HeLa é vendido por cerca de US $ 260 .

A história por trás das células HeLa é finalmente contada

Rebecca Skloot ouviu pela primeira vez o nome de Henrietta em uma aula de biologia em 1988, quando seu instrutor estava falando sobre mitose celular, anormalidades e câncer, trazendo células HeLa e dizendo que nada era conhecido sobre a mulher responsável por elas. Skloot estava curioso e não conseguia tirar a história da mente dela.

Depois de obter seu diploma em ciências biológicas, Skloot passou a próxima década pesquisando Henrietta, sua família e sua história, tentando resolver o mistério. Ela chegou perto de alguns membros da família Lacks, incluindo sua filha mais nova, Deborah, mas tinha tensão com o filho mais velho deHenrietta, Lawrence , que queria que muitas coisas discutidas entre sua família fossem mantidas em sigilo.

Mas em última análise, algo bom veio do trabalho de Skloot com a família, além de seu livro, A vida imortal de Henrietta Lacks , um best-seller do New York Times e agora um filme da HBO estrelado por Oprah Winfrey como Deborah Lacks. (Deborah, retratada no livro e no filme como a guardiã do legado de sua mãe, faleceu em 2009, pouco antes de o livro ser publicado.)

Os filhos e netos de Henrietta Lacks deram a ela um tributo adequado, tanto em seus esforços para compartilhar sua história e proteger seu legado, quanto na compra de uma lápide contando sua história. Seu verdadeiro túmulo, em um campo em Clover, Virgínia, é desconhecido. Foto cedida por  rebeccaskloot.com

A família de Lacks se envolve oficialmente

Em 2013, os Institutos Nacionais de Saúde dos EUA chegaram a um acordo com a família Lacks, dando-lhes controle sobre como suas células são usadas e onde são distribuídas. Eles não serão compensados ​​sob este acordo, mas as contribuições de sua família para a ciência médica serão reconhecidas em qualquer trabalho de pesquisa que envolva o tratamento usando células HeLa.

Dois membros da família agora participam de um comitê de seis membros que regula o acesso às células como forma de garantir que sua privacidade e informações genéticas permaneçam protegidas.

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10 fatos obscuros para saber sobre a Antártida

A Antártida mistificou aventureiros, causou estragos em marinheiros e foi alvo de muitas disputas territoriais, mas o quinto maior continente do mundo (é 20% maior que a Europa e duas vezes o tamanho da Austrália) tem sido amplamente esquecido quando se senta no parte inferior do mundo.

A Antártida define o nosso mundo, mesmo que a maioria de nós nunca possa experimentá-lo (isso pode ser uma coisa boa). É o ambiente mais hostil do mundo, contém a maior quantidade de água fresca que podemos entender e come a velocidade do vento furacão no café da manhã. E só sabemos disso há cerca de 200 anos.

1. Antártida só foi descoberta em 1820

Crédito: plansouthamerica.com

Apesar de ser o quinto maior continente da Terra, os exploradores só encontraram a Antártida em 1820. É claro que suspeitamos que deve haver algo lá muito antes disso.
Aqueles gregos amantes da simetria sabiam que devia haver algo lá embaixo para equilibrar toda a terra até o norte. Faz sentido, eu acho.

Aqueles gregos amantes da poesia também deram a ela um nome legal e sem imaginação: Terra Australis Incognita, a Terra do Sul Desconhecida.

O explorador Magalhães, que navegou pelo estreito perto do fundo da América do Sul e nomeou-o em 1520, pensou que poderia haver uma grande massa de terra ao sul, mas meio século depois Francis Drake determinou que eram apenas algumas ilhas.

Fonte: Louis Le Bretão e Mayer / Wikimedia

Muitos outros exploradores foram à procura da lendária Terra Australis Incognita, mas foi muito mais ao sul do que se suspeitava, eles continuaram a encontrar pequenas ilhas um pouco para o norte e velejando para casa pensando que acertariam o jackpot. Até mesmo o famoso Capitão Cook, que conseguiu navegar ao redor dele, nunca conseguiu ver o continente perdido ainda não encontrado.

Quando finalmente chegamos a descobri-lo corretamente, há várias expedições diferentes que podem fazer uma reivindicação decente para localizar uma plataforma de gelo na borda do continente em 1820: uma tripulação russa liderada por Fabian Gottlien von Bellingshausen e Mikhail Lazarev, e uma tripulação britânica separada liderada por Edward Bransfield. O que finalmente fez acontecer não foi curiosidade ou uma busca para expandir o conhecimento humano, foi ganância.


Havia muitas focas lá embaixo e queríamos suas peles.

O selador americano John Davis chegou a pousar no continente cerca de um ano depois, mas o pólo em si permaneceu elusivo por quase um século. Roald Amundsen chegou em dezembro de 1911, competindo com Robert Falcon Scott pela glória.

Fonte: Antartica Online

2. É o lugar mais frio da Terra

Crédito: plansouthamerica.com

Embora você possa não se surpreender ao saber que a Antártida é um dos lugares mais frios da Terra, talvez você não saiba que ela estabeleceu o recorde para o lugar mais frio do planeta. Em 2010, os dados de satélite da NASA revelaram uma baixa temperatura recorde de -136 ° F (-93 ° C). A NASA anunciou apenas a descoberta em 2013.

Essa temperatura também não é um acaso. A Antártica possui uma temperatura média de -83 ° C (-127 ° F), portanto a temperatura mais baixa registrada não representa uma grande flutuação em comparação com a norma durante todo o ano.

Fonte: Caroline Gilbert, Stéphane Blanc, Yvon Le Maho, André Ancel,
Revista de Biologia Experimental 2008 211: 1-8; doi: 10.1242 / jeb.005785

A temperatura do gelo seco é de apenas -78,7 ° C (-109,3 ° F). A -55 ° C (-67 ° F) você pode congelar a pele exposta em menos de dois minutos, na Antártica pode acontecer ainda mais rápido. É claro, é tão frio lá que ninguém entra em campo sem se envolver completamente, então casos de congelamento entre as poucas pessoas que moram lá são bem raros.

Aqueles de nós que têm a sorte de aproveitar os invernos com neve sabem que uma forte nevasca significa que provavelmente não é tão frio lá fora. Nunca pode ser muito frio para nevar, contanto que haja umidade no ar para formar os flocos, mas as quedas mais pesadas tendem a acontecer entre o ponto de congelamento e -9 ° C (15 ° F) quando o ar próximo ao solo é relativamente quente, já que o ar quente pode conter mais vapor de água. Para a maior parte do continente, nunca é tão quente assim.

A Antártida é tão fria, há muito pouca água no ar. Quando nevar, não derrete. Apenas se transforma em uma camada de gelo no topo de todas as camadas de gelo das nevascas anteriores, e essas camadas de gelo são o que passam pelo solo sobre a maior parte do continente. É tão frio, as únicas plantas que podem crescer lá são musgo e algas.

Fonte: Eli Duke / Flickr

É mais frio quando o céu está limpo porque as nuvens isolam a terra abaixo como um grande cobertor molhado, e geralmente é um céu claro e sem nuvens sobre a Antártida. Então geralmente é muito frio. Ao procurar o local mais frio, os cérebros grandes imaginaram que deviam olhar nos pontos mais baixos, porque o ar mais frio é mais denso, de modo que deveria afundar nas encostas das terras altas da Antártica e se acumular no fundo. Os cérebros grandes ficaram surpresos ao saber que este não é o caso, mas o ar mais frio está nas áreas planas ao lado das colinas, onde fica ali e fica mais frio e frio.

Fonte: National Geographic

Veja também:

3. Ventos antárticos atingem a velocidade de furacões

Crédito: Matador Network

A Antártida é conhecida pelos ventos fortes desde que Sir Douglas Mawson publicou O Lar da Nevasca em 1915. A velocidade do vento chega a 320 quilômetros por hora, ou 200 milhas por hora. Isso não está longe da maior velocidade de vento já registrada na superfície da Terra em Mount Washington, New Hampshire, em 1934.

Fonte: Antti Lipponen / Wikimedia

De acordo com o National Hurricane Center, uma “grande” velocidade do vento de furacão não é inferior a 252 quilômetros por hora (157 milhas por hora). Ele categoriza as velocidades do vento dessa classe como “catastróficas”.

Fonte: Eli Duke / Flickr

O vento fica tão rápido porque o ar frio e denso flui pelas encostas íngremes na borda do continente, ganhando energia cinética à medida que constrói o momento. O fenômeno é chamado de vento katabatic (ou vento de queda), que está associado às geleiras.

Fonte: Kulgun

4. Antártica não tem fusos horários

Crédito: NASA

Como criamos fusos horários com base na longitude, como você cria um fuso horário onde todas as zonas se encontram? É por isso que não há fuso horário oficial para a Antártida. Pesquisadores lá usam o fuso horário do seu país de origem, como resultado. Você também pode manter seu relógio biológico perto de seus amigos e familiares em casa, certo?

Fonte: Eli Duke

O horário de verão também não tem significado na Antártida. O continente recebe 24 horas de luz no verão e 24 horas de escuridão no inverno. Você não está recebendo nenhuma luz do dia extra, não importa como você a faça.

Fonte: Museu Marítimo Nacional da Austrália no Commons

Há também apenas duas temporadas na Antártida, verão e inverno. As estações são causadas porque a Terra está inclinada de lado em relação ao sol. À medida que a Terra orbita o sol, diferentes partes do planeta são expostas à luz solar direta. O verão na Antártica é quando é inclinado para o sol e está em constante luz solar. Quando está inclinado para longe do sol é inverno e está sempre escuro. Não há realmente nenhum entre eles.

Fonte: Hora e Data

5. 40 milhões de anos atrás, o continente estava quente e úmido

Crédito: CIA Factbook

A Antártida nem sempre foi congelada – na verdade, costumava ter um clima mais próximo do calor e da umidade da América do Sul. Alguns cientistas acham que pode até ter se parecido com o clima da Califórnia há 50 milhões de anos.

Pesquisadores da Universidade de Yale descobriram níveis de CO2 nos sedimentos – aprisionados por dezenas de milhões de anos – que correspondem a climas tropicais.

Fonte: National Science Foundation

Para medir as temperaturas no passado, eles analisaram as conchas de fósseis e descobriram que, há 50 milhões de anos, as temperaturas em algumas partes da Antártida podem chegar a cerca de 17 graus Celsius (63 graus Fahrenheit).

A razão para a discrepância entre então e agora é algo que deve soar familiar para nós hoje: o aquecimento global causado pelo dióxido de carbono no ar. No período Eoceno, 50 milhões de anos atrás, os níveis de CO2 na atmosfera eram altos o suficiente para provocar as condições de clima de estufa na Antártida. O aquecimento global é especialmente pronunciado perto dos pólos da Terra, e o aquecimento nessas regiões tem consequências significativas para o clima, porque as temperaturas quentes significam o derretimento do gelo e o derretimento do gelo significa o aumento do nível do mar.

Quão alto o nível do mar poderia subir se a Antártida derretesse? Coloque em seu quadril e continue lendo (embora aqui esteja um spoiler: suas pernaltas não vão ajudar nem um pouco).

Ah, e mais uma coisa: quando era mais quente, a Antártica era o lar de pinguins que eram mais altos que o humano comum.

Fonte: Tech Times

Se você quiser aprender mais sobre o processo de datação por carbono, confira a explicação da NASA .

6. É o maior deserto do mundo

Fonte: Antarctica 2013: Viagem ao Deserto de Cristal

Como o lugar mais frio da Terra também pode ser um deserto? Costumamos nos referir aos desertos não-polares como o Saara, mas aqui está o problema: os desertos não precisam ser quentes. Eles só precisam estar secos.

Desertos são definidos pela precipitação. São secos e desolados, e a Antártida não é nada senão seca e desolada. Para ser chamada de deserto, uma região deve receber menos de 250 mm (10 polegadas) de precipitação por ano na forma de chuva, neve, névoa, neblina ou orvalho. A Antártida recebe apenas 5 cm (2 polegadas) de precipitação por ano. Isso seria principalmente neve.

Fonte: Biblioteca Fotográfica Antártica, Programa Antártico dos EUA

É o local mais seco, mais ventoso e mais frio do mundo, e é por isso que não há residentes permanentes na Antártida. O número de residentes temporários varia de 1.000 a 5.000, dependendo da época do ano. Principalmente cientistas. Embora seja realmente frio, queimaduras solares e problemas de visão devido ao brilho do sol fora do gelo são tão preocupantes quanto o congelamento.

É também o maior deserto do mundo. De longe. Com 14 milhões de quilômetros quadrados (5,5 milhões de milhas quadradas), o deserto da Antártida supera o tamanho do Saara em cinco milhões de quilômetros quadrados (2 milhões de milhas quadradas) de espaço. O Deserto Ártico (no Pólo Norte) fica em segundo lugar com 13,7 quilômetros quadrados de deserto.

Fonte: Atlas Mundial

7. Dinossauros vagaram pela Antártica há 70 milhões de anos

Crédito: Nature.com

Antártida costumava ser conectada com a Austrália entre 145 e 100 milhões de anos atrás, durante o período Cretáceo Inferior. Juntos, eles formaram o antigo continente East Gondwana, e o clima estava apto para os dinossauros. Os fósseis descobertos ali provam isso.

Fonte: Relatório do Painel da Fita Azul do Programa Antártico dos EUA

Uma expedição na Ilha James Ross, uma grande ilha perto da ponta nordeste da Península Antártica desenterrou mais de uma tonelada de fósseis – a maioria dos quais tem entre 71 milhões e 67 milhões de anos.

Eles encontraram muitos restos de répteis marinhos, incluindo dinossauros como plesiossauros e mosassauros. Eles também descobriram os fósseis de aves, incluindo patos que viveram no final do período Cretáceo. É consistente com o antigo clima abafado do continente.

De fato, o clima era tão diferente de tudo que hoje reconhecemos que até as plantas que vivem no leste do Gondwana não existem mais em nenhum lugar do mundo.

Fonte: NASA / Jack Fischer

A localização da escavação foi escolhida porque é a parte mais ao norte da Antártida, o que também a torna a parte mais acessível do continente com o clima mais ameno. É uma das poucas partes da Antártida onde as rochas que datam do final da era dos dinossauros estão expostas no verão. Eles eram rochas marinhas rasas, então a maioria das coisas encontradas vivia no oceano.

Quem sabe o que poderia ser encontrado mais para o interior, enterrado sob o manto de gelo? É algo que provavelmente nunca saberemos, considerando o quão espessa é essa camada de gelo. (E se a camada de gelo ficar mais fina o suficiente para descobrirmos, teremos problemas muito maiores para nos preocuparmos. Continue lendo.)

Fonte: Daily Mail

8. Antártica é principalmente gelo … hoje

Crédito: G Adventures

99% da Antártida é coberta por uma camada de gelo de 1,6 km de espessura, em 5,4 milhões de milhas quadradas de terra. Pense nesse número.

A parede fictícia em Game of Thrones tem 700 pés de altura e pode não resistir à física do mundo real. Mas 700 pés equivalem a apenas 0,13 milhas. Em outras palavras, o manto de gelo da Antártida é 7,5 vezes mais alto que o Muro – e é real.

Fonte: NSidc

9. Tem 70% da água doce do planeta e 90% do gelo do mundo

Fonte: Александр Лещёнок

O Serviço Geológico dos Estados Unidos estima que 96% da água doce congelada do mundo pode ser encontrada nos pólos norte e sul – ou seja, no Ártico e na Antártida. O resto do mundo contém os restantes 4% em geleiras e calotas polares.

Fonte: JJ Harrison

A Antártida tem 30.109.800 quilômetros cúbicos (7.224.000 milhas cúbicas) de água doce congelada. Em comparação, a América do Norte contém apenas 90.000 quilômetros cúbicos. A localização da Antártida torna isso inacessível para consumo humano no momento, mas isso é um pouco de água doce. Imagine se pudéssemos usar isso para consumo.

Fonte: Jim Ross / NASA

Estima-se que 2,5 bilhões de pessoas no mundo não têm acesso a água sanitária, que é um terço do mundo. Além de estar realmente com sede, isso causa muita doença e morte. Todos os anos, a diarreia mata cerca de 800.000 crianças com menos de 5 anos de idade, o que significa que cerca de 2.200 crianças morrem todos os dias como resultado de doenças diarreicas causadas principalmente por água suja.

Fonte: PNUMA

10. Se todo esse gelo derretesse, o nível do mar ao redor do mundo aumentaria 200 pés (60m)

Crédito: Future Lab

Imagine ter que subir 60 metros até um arranha-céu para ver o céu. É o que aconteceria em cidades costeiras como Nova York se o gelo da Antártida derretesse. O nível do mar global aumentaria 216 pés, submergindo algumas das cidades mais densamente povoadas do mundo – para não mencionar o quão importante elas são para o comércio em todos os níveis.

Não é realmente uma situação hipotética como você imaginaria. No ritmo em que continuamos bombeando carbono para a atmosfera, um planeta livre de gelo é uma possibilidade distinta. Tudo o que seria necessário é uma temperatura média na faixa dos 80 graus Fahrenheit, em vez dos atuais 58.

Se isso acontecer, diga adeus a alguns de seus lugares favoritos.

Toda a costa atlântica da América do Norte desapareceria, levando consigo Boston, Nova York, Filadélfia, Washington DC, assim como toda a Flórida e a Costa do Golfo. Do outro lado, as colinas de São Francisco se tornariam um aglomerado de ilhas e o Vale Central uma baía gigantesca. Na América do Sul, o rio Amazonas se tornaria o mar da Amazônia. Tchau tchau Buenos Aires, tanto tempo Rio.

A África não perderia tanto terreno para o mar, embora o Cairo fosse enterrado pelo Mediterrâneo. A maior parte do continente seria quente demais para se viver. Na Europa, o litoral a toda a volta se moveria por um longo caminho para o interior, levando consigo a maior parte das cidades.

Na Ásia, 600 milhões de chineses seriam inundados, assim como todo o Bangladesh, com uma população de 160 milhões, e grande parte da costa da Índia. As montanhas Cardamomo do Camboja se tornariam uma ilha. A Austrália é, na maior parte, desértica agora, e embora ganhe um novo mar interior, perderia grande parte da estreita faixa costeira, onde vivem atualmente quatro dos cinco australianos.

A Antártida mudaria mais. O manto de gelo da Antártida Oriental é tão grande – tem uma milha de espessura e contém quatro quintos de todo o gelo da Terra – que você pode pensar que não há como derreter tudo. De fato, com o recente aquecimento global, está ficando mais espesso porque as temperaturas mais quentes significam que o ar pode conter mais vapor de água que cai como neve e se transforma em gelo.

Mas é de onde vem a maior parte da água que está inundando o resto do planeta, de modo que neste futuro apocalíptico poderíamos realmente ver a rocha sob o gelo e descobrir o que os dinossauros viviam ali.

Na Antártica Ocidental, o gelo não durará quase tanto tempo. É vulnerável porque a maior parte fica no leito de rocha abaixo do nível do mar. À medida que o oceano aquece, na verdade derrete a camada de gelo flutuante por baixo, fazendo com que ela desmorone. Desde 1992, tem uma perda líquida de 65 milhões de toneladas de gelo por ano.
Então, sim, você pode querer esquecer as pernaltas do quadril, elas não vão fazer muito bem. Nós vamos precisar de um barco maior.

Fonte: National Geographic


A Antártida define o nosso mundo, mesmo que a maioria de nós nunca possa experimentá-lo (isso pode ser uma coisa boa). É o ambiente mais hostil do mundo, contém a maior quantidade de água fresca que podemos entender e come a velocidade do vento furacão no café da manhã. E só sabemos disso há cerca de 200 anos.

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O que são Biofilmes

Até algumas décadas atrás, os microbiologistas pensavam em procariontes como entidades isoladas vivendo separadas. Este modelo, no entanto, não reflete a verdadeira ecologia dos procariontes, a maioria dos quais prefere viver em comunidades onde eles podem interagir.

Um biofilme é uma comunidade microbiana mantida unida em uma matriz de textura pastosa, consistindo principalmente de polissacarídeos secretados pelos organismos, junto com algumas proteínas e ácidos nucleicos. Biofilmes crescem ligados a superfícies.

Alguns dos biofilmes mais estudados são compostos por procariotos, embora biofilmes fúngicos também tenham sido descritos.

Biofilmes estão presentes em quase toda parte. Eles causam o entupimento dos tubos e colonizam as superfícies em ambientes industriais.

Eles desempenharam papéis em recentes surtos de grande escala de contaminação bacteriana de alimentos. Os biofilmes também colonizam superfícies domésticas, como balcões de cozinha, tábuas de corte, pias e vasos sanitários.

As interações entre os organismos que povoam um biofilme, juntamente com seu ambiente protetor, tornam essas comunidades mais robustas do que os procariotos de vida livre ou planctônicos.

No geral, os biofilmes são muito difíceis de destruir, porque são resistentes a muitas formas comuns de esterilização.

Características dos procariontes

Existem muitas diferenças entre as células procarióticas e eucarióticas. No entanto, todas as células têm quatro estruturas comuns: uma membrana plasmática que funciona como uma barreira para a célula e separa a célula do seu ambiente; citoplasma, uma substância gelatinosa dentro da célula; material genético (DNA e RNA); e ribossomos, onde ocorre a síntese de proteínas. Procariontes vêm em várias formas, mas muitos se dividem em três categorias: cocci (esférico), bacilos (em forma de bastonete) e spirilla (em forma de espiral) ( Figura ).

Micrografia eletrônica de varredura mostra cocos em forma de bola. A micrografia eletrônica de varredura b mostra bacilos em forma de bastonete. A microscopia eletrônica de varredura c mostra espirala em forma de saca-rolhas.
Muitos procariontes se enquadram em três categorias básicas baseadas em sua forma: (a) cocos, ou esféricos; (b) bacilos ou em forma de bastonete; e (c) espirilha ou em forma de espiral. (crédito a: modificação do trabalho por Janice Haney Carr, Dr. Richard Facklam, CDC; crédito c: modificação do trabalho pelo Dr. David Cox, CDC; dados da barra de escala de Matt Russell)
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O que é Astrobiologia (ou Exobiologia): um guia completo

Do ponto de vista da Biofísica, a vida é um estado da energia em alguns sistemas quase estáveis ​​determinados por uma série de intervalos que atrasam a dispersão espontânea da energia interna desses sistemas quase estáveis ​​em direção a microestados em potencial .

Paremos um pouco para explicar de passagem algumas afirmações contidas na definição de vida:

Uma definição operacional é uma descrição de uma variável, um termo ou um objeto em termos do processo específico ou do conjunto de avaliações de corroboração usadas para determinar sua existência e quantidade. As propriedades descritas por uma definição operacional devem ser acessíveis ao público, de modo que uma ou mais pessoas, a não ser a pessoa que definiu o conceito, possa medi-lo ou testá-lo independentemente à vontade, por si mesmo.

Uma definição operacional é geralmente projetada para modelar uma definição conceitual , para ser preciso, usando palavras e conceitos para descrever uma variável.

Fase O espaço é o espaço no qual todos os estados possíveis de um sistema são representados. O espaço de fase é produzido pelas posições gerais e seus correspondentes momentos conjugados.

Um momento conjugado deriva da diferença entre a energia cinética e a energia potencial em relação a uma coordenada integral.

Atrasar não é o mesmo que reverter; embora a reversão possa causar um atraso, não é o comportamento de processos ou estados na natureza. Muitos autores dizem que a vida envolve uma violação da segunda lei da termodinâmica, ou que segue trajetórias contra a entropia, o que não é factual. A referida lei indica que a energia sempre flui de um espaço ou sistema com alta densidade de energia para outro espaço ou sistema com menor densidade de energia, que é precisamente como a vida ocorre. O Universo tem uma densidade de energia maior que a dos biossistemas. Se assim não fosse, a vida não seria possível.

A confusão foi originada quando algumas propriedades associadas à entropia foram subordinadas como alternativas para explicar características bióticas; por exemplo, ordem, complexidade, etc. No entanto, para adquirir ordem ou ser mais complexo, o biossistema deveria transferir a desordem para o Universo e ter que tomar a complexidade do Universo. Visto desta maneira, não há nenhuma violação no segundo princípio da termodinâmica, toda vez que os biossistemas são mais desordenados do que o Universo e sua desordem flui do sistema mais desordenado (os biossistemas) para o sistema menos desordenado (o Universo) . A maior ordem do Universo – como um todo – em contraste com qualquer de seus componentes, é especificada pela teoria da densidade de energia dos campos de Higgs.

Dado que a vida implica um estado da energia, é preciso que saibamos o que é energia. Energia é a capacidade de fazer trabalho, isto é, uma função das propriedades quantificáveis ​​de um sistema provido.

Outro termo utilizado na conceituação da vida, essencialmente importante para sua formulação, é a energia quântica . O termo refere-se à soma da energia cinética e da energia potencial de uma partícula, que podem ser férmions ou bósons.

A energia quântica (para ser preciso, a energia contida por uma partícula ou um quantum) é proporcional à freqüência da radiação eletromagnética na qual essa partícula de energia corresponde.

A fórmula para obter o valor do quantum de energia é E = hf, onde E é a energia quântica de um fóton, h é a constante de Planck (6.626 X 10e-34 Js) ef é a freqüência de vibração da energia radiante .

Na definição operacional da vida usei o conceito de energia interna: a energia interna de um sistema é a energia associada ao movimento das moléculas em um sistema termodinâmico, isto é, a energia subordinada à temperatura de tal sistema. Em uma transferência de energia, a energia interna de um biossistema é a energia que já foi transferida através dos limites reais ou imaginários desse sistema (em direção ao interior desse sistema). Por exemplo, um biont multicelular tem uma cobertura protetora externa que o isola parcialmente do ambiente. Cada célula de um biont multicelular tem uma membrana ou uma parede que constitui seus limites reais. Existem organelas, como mitocôndrias, cloroplastos, etc. em cada célula que possuem suas próprias membranas como limites reais, etc.

Na definição de energia interna, evitei mencionar as palavras “desordenado”, “aleatório” e “caos” em relação ao movimento molecular, porque os movimentos em um nível mesoscópico são determinados por leis fundamentais microscópicas que podem ser formalmente descritas pela matemática. noções de fenômenos naturais; portanto, os movimentos moleculares não são caóticos, desordenados ou acidentais. Uma pequena variação nas condições iniciais pode produzir uma mudança no deslocamento das partículas, quer percebamos ou não essa oscilação microscópica ou a lei que a governa.

O que chamamos de estado quântico é a posição, movimento e densidade de energia que seguem uma trajetória de onda em magnitudes ou quanta discretos. Neste caso, nos referimos a partículas – como os férmions e os bósons – que estabelecem a função de distribuição da energia nos intervalos de atraso na transferência espontânea dessa energia.

Os férmions são partículas que possuem um momento angular intrínseco que, calculado em unidades de Spin, é igual a um número ímpar de uma fração (1/2 ou 0.5, 3/2 ou 1.5, etc.) e que obedecem ao Princípio de Exclusão. de Pauli. Os férmions não podem coexistir na mesma posição. Os férmions são partículas que compõem a matéria; por exemplo, elétrons, quarks, léptons, prótons, nêutrons, etc.

Por outro lado, os bósons são partículas cujo momento angular é sempre um número inteiro (0, 1, 2, 3, etc …), então, eles não obedecem ao Princípio de Exclusão de Pauli e podem coexistir na mesma posição. . Por exemplo, fótons, glúons, partículas w e w +, gravitons etc.

Momento Angular de Rotação refere-se à presença de momento angular em uma partícula quantizada elementar e não a um movimento rotacional. A magnitude do spin de uma partícula quantificada é obtida pela relação,

L = ħ √s (s + 1)

Onde ħ é a constante de Planck Reduzido [ħ = h / 2π = 1,054572 x 10-27 g-cm2 / s] e s é uma integral parcial integral ou não negativa.

h = 6,6260693 x 10-34 Js

p = 3,1415926535897932384626433832795

Densidade de Energia é a quantidade de energia armazenada em um dado sistema, ou em uma região espacial expressa por unidades de massa ou volume. Por exemplo, o hidrogênio líquido tem uma densidade de energia de 120 MJoules por quilograma. A glicose tem 17 MJoules por quilograma, etc.

Um processo espontâneo é aquele em que a energia está sempre dispersa em direção a mais microestados potenciais. Por isso, quando falo de vida, refiro-me a processos não espontâneos. Para que um processo espontâneo ocorra, não é necessária a agregação de energia do meio ambiente, mas da transferência de energia para o meio ambiente (processo exergônico). Em contraste, os processos da vida são endergônicos, isto é, processos que requerem a entrada de energia do meio ambiente, ou processos não espontâneos.

Na definição de vida também introduzi o conceito de intervalo. Um intervalo é um subconjunto de estados situados em meio a um estado inicial e um estado final.

Finalmente, o estado quântico da energia em um sistema biótico é estabelecido pelo fluxo de férmions e bósons que possuem uma densidade de energia quase estável durante a transferência e armazenamento da energia através de períodos de tempo limitados. Por exemplo, no processo da Biotransferência Térmica Transquântica da fotossíntese, estudamos as posições, densidade e movimentos da energia interna de um bóson (fóton) e dos férmions (elétrons e prótons) implicados na sucessiva biotransferência da energia liberada por essa bóson. Na Biotransferência Térmica Transquântica de fermentação estudamos a densidade e os movimentos da energia interna dos férmions, etc.

Quando examinamos partículas de matéria ou com massa, só podemos estudar um tipo de partícula, uma determinada posição ou um dado movimento de uma só vez. Da mesma forma, ao estudar as funções em algum estágio da transferência e armazenamento da energia, só podemos estudar uma função ao mesmo tempo. Uma vez que tenhamos completado o estudo de cada partícula e cada função, integramos imediatamente todo o conjunto para formular o processo completo.

CARACTERÍSTICA DE SERES VIVOS:

Para os astrobiólogos, é muito importante distinguir entre seres vivos e seres inertes. Os seguintes são os diferenciais característicos dos seres vivos:

  • Os seres vivos são sistemas termodinâmicos que possuem uma estrutura molecular organizada. Isso se refere exclusivamente à organização de macroestruturas.

Biologia e Química, ao contrário da Física, não admitem contextos ideológicos: Ou os fenômenos biológicos são reais, ou foram inventados, portanto, simples.

Os biólogos não podem ir lá dizendo que tal ou qual coisa, por ser matematicamente possível, existe compulsoriamente (como as 27 dimensões da hipótese das cordas e os furos de minhoca inter-dimensionais).

Para os biólogos, a terra das especulações é bem distinguível e os biólogos especificam o que é especulativo e o que não é. Por isso, não há muitas entropias em biologia, mas somente a entropia observável e quantificável, isto é, a entropia que denota as funções dos conjuntos macroscópicos determinadas (as funções) por subconjuntos de estados microscópicos de partículas. O que ocorre nos biossistemas é um atraso na difusão ou dispersão de sua energia interna; no entanto, essa energia interna nunca flui dos campos de menor densidade para os campos de maior densidade; pelo contrário, o fluxo da energia interna sempre acontece estritamente sob a segunda lei da termodinâmica.

A ordem e a complexidade figuram nos sistemas macroscópicos porque, no nível microscópico, a entropia tem um valor zero. Quando consideramos a ordem de um sistema macroscópico e consideramos sua ordem microscópica, descobrimos que não existe uma linha de fronteira entre macroscópica e microscópica, entre ordem e desordem e entre complexa e simples, pela qual, esclarecemos que o nível de A complexidade observável em um sistema macroscópico obedece a uma montagem microscópica de variáveis ​​com um nível de complexidade de zero, explicitamente, para um volume de uma (das partículas), uma entropia de zero.

Por mais que integremos os dados em um nível macroscópico, descobrimos que a entropia adquire um valor distinto de zero e que nunca adotará valores negativos, mas sempre positivos. Conseqüentemente, a entropia do sistema macroscópico (ao qual chamamos de complexo) terá sempre um valor de entropia mais alto que o do sistema microscópico (ao qual chamamos simples) que foi a condição que determinou o sistema complexo. Assim, descobrimos que a complexidade e a simplicidade são meramente formas de presunção de falácia da mente, não o que a natureza exibe, independentemente do conhecimento ou ignorância que temos sobre as leis causais. Se a complexidade fosse um conceito contextual à entropia, então o espaço de fase no nível microscópico seria mais complexo que o espaço de fase do sistema macroscópico derivado das funções do mesmo nível microscópico; assim, todos dariam uma curva inversa, de modo que o sistema macroscópico seria mais desordenado do que o sistema microscópico do qual ele procede.

Objetivamente, a energia interna do conjunto macroscópico ocupará um número maior de microestados do que o subconjunto de estados iniciais microscópicos que determinaram todas as posições do conjunto macroscópico. Isso mostra claramente que a ordem e a complexidade são conceitos antropogênicos que pertencem a percepções filosóficas não relacionadas à natureza real. Na natureza, os sistemas macroscópicos sempre derivam de variáveis ​​microscópicas, seja que tenhamos ou não conhecimento sobre eles. Com isso, os biólogos teóricos propõem que a ordem e a complexidade sejam descartadas como características diferenciais dos seres vivos. Propomos que os biólogos devem gerenciar a organização como uma das características dos seres vivos, em vez de ordem e complexidade.

Há alguns anos, alguém me perguntou o que seria do Universo se não houvesse seres inteligentes capazes de percebê-lo. Eu respondi que o Universo existiria exatamente como é no presente, independentemente da existência de seres vivos perceptivos.

  • Os seres vivos captam energia do ambiente para manter temporariamente a densidade de sua energia de ativação interna o mais estável possível. Isto é, que os seres vivos realizam transferências de energia não espontâneas.
  • Os seres vivos se reproduzem quando as condições são favoráveis.
  • Os seres vivos sofrem variações moleculares que não aumentam o número de microestados disponíveis. Isso se refere ao processo de evolução molecular.

Por que não optamos apenas por um deles, por exemplo, reprodução?

Porque existem seres inertes que se reproduzem, crescem e evoluem; por exemplo, prions. O mecanismo de reprodução dos príons é altamente singular. Parece ser um processo puramente eletrodinâmico.

Prions são partículas de proteínas que são produzidas em forma normal pelas células. Quando essas partículas mudam sua forma molecular integral tornam-se prions infeccioso (Pr = proteína; i = infeccioso) e se acumulam no citosol, provocando a desqualificação da desqualificação da informação na célula que as produziu ou que as contém. Na Encefalopatia Espongiforme Bovina (BSE) ou Doença da Vaca Louca, e outras formas de doenças cerebrais degenerativas, os priões podem originar-se de uma espécie diferente da espécie hospedeira. Por exemplo, a EEB pode afetar ovelhas, cabras, veados, gatos, porcos, sapos, cavalos e humanos.

Obviamente, os príons são partículas inertes que são capazes de se auto-replicar. No entanto, sua replicação ocorre através de um mecanismo semelhante ressonância molecular … Algo comparável à transferência de energia eletromagnética para um meio de água. Quando um príon anormal entra em contato com os príons celulares normais, as partículas em movimento e não carregadas eletricamente do príon infeccioso modificam a estrutura das partículas proteômicas das células normais para torná-las réplicas exatas do príon infeccioso.

A EVOLUÇÃO DA INTELIGÊNCIA NÃO É UM PROCESSO ERGÓDICO, MAS UM SISTEMA ESTOCÁSTICO.

Quando falo sobre a evolução da inteligência como um processo, eu aplico noções contextuais relacionadas às leis da termodinâmica, por exemplo, equilíbrio e estabilidade dos sistemas em evolução.

A evolução da inteligência obedece a mudanças morfológicas e estas, ao mesmo tempo, a disparidades na expressão de genes devido a variações nas condições do ambiente; então, a evolução da inteligência não é um processo que se ajusta às leis ergódicas, ou seja, que a evolução da inteligência não adota padrões fechados que sejam independentes das condições morfológicas iniciais. No entanto, a evolução da inteligência está sob leis estocásticas, porque exibe estados cuja ordem e trajetória são algebricamente imprevisíveis.

A evolução da inteligência é um processo irreversível, porque as condições iniciais naturais que causaram o desenvolvimento da função variam a um nível microscópico, de modo que ocupam novas configurações possíveis. A irreversibilidade refere-se a um processo – ou à formulação de um processo – do qual não podemos traçar todos os intervalos ou trajetórias reais possíveis. No entanto, revela nossa ignorância sobre as condições iniciais que podem dar origem a uma função macroscópica específica e não a um comportamento caótico das variáveis ​​macroscópicas.

No processo evolucionário dos seres vivos, as trajetórias não ocupam todos os microestados que são definidos pelas proteínas autocatalíticas e as seqüências de nucleotídeos no material genético. As configurações evolutivas sempre poderiam ser promovidas por pequenas variações nas condições iniciais que não são perdidas com o tempo; então, as configurações morfológicas macroscópicas dos organismos vivos estarão sempre sujeitas às condições iniciais que determinaram a evolução dos biont a partir dos quais eles procederam.

Pelo que eu disse nos parágrafos anteriores, devemos ter muito cuidado na emissão de hipóteses, afirmações e teorias para evitar a falácia da projeção da mente de não pensar que alguns sistemas “complexos” não obedecem a leis deterministas.

Sydney Brenner, do Instituto Salk, disse que os complexos biossistemas são viáveis ​​somente se for viável que a evolução possa produzi-los. Variação Facilitada é a organização flexível dos processos que permitem a mudança através do crescimento e das novas configurações moleculares.

Como estou falando de configurações, algo muito importante para os astrobiólogos é que através de três horizontes cósmicos reconhecíveis ocorreram transições de fase de configurações de baixa densidade de energia para configurações de alta densidade de energia sem passar por estados intermediários:

  1. A origem do universo.
  2. A origem do sistema solar.
  3. A origem da vida.

Sempre que lidamos com o tema das diferenças entre seres vivos e seres inertes, dizemos que nos biossistemas o operador é interno e que o ativador pode ser externo ou interno; entretanto, ratificamos que em seres inertes o operador e o ativador são externos. Isso significa que nos biossistemas a energia flui de um estado inicial para um estado final através de operadores situados dentro do biosistema que atua através de um ciclo de transformações de energia potencial em energia cinética, energia química, energia elétrica, etc. Quando eu digo que nos processos bióticos o operador é interno refiro-me exclusivamente à transferência não espontânea da energia interna do biossistema.

Na Mecânica Quântica, o momento angular do quantum é conservado como operador; isto é, como um sistema que age modificando para outro sistema. Se o operador estiver no sistema, ele é chamado de operador interno; Por outro lado, se o operador estiver fora do sistema, ele é chamado de operador externo. Exemplos de operadores internos no nível microscópico são os prótons e os elétrons, no nível mesoscópico as enzimas e os produtos intermediários são bons exemplos de operadores internos em seres vivos. Um exemplo de ativador externo na transransfusão transquântica de energia da fotossíntese é um fóton. Os transferidores quânticos subseqüentes através do processo de fotossíntese são operadores internos e ativadores.

No estado quântico que define a vida, os operadores são sempre internos e a densidade de energia distribuída pelos quanta varia de acordo com o sistema que estamos estudando. Um quantum é a entidade mínima e indivisível que uma magnitude específica pode assumir em um sistema físico; por exemplo, a quantidade mínima de luz é o fóton.

As diferenças entre seres inertes e seres vivos pertencem à disciplina biofísica. Caso contrário, não seria fácil para os astrobiólogos distinguir entre inerte e vivo. As características diferenciais dos seres vivos são:

  1. O atraso na difusão da energia interna do biossistema é causado por um gradiente eletroquímico não espontâneo.
  2. Os seres vivos podem estabelecer autonomamente uma série de intervalos que retardam localmente o estabelecimento espontâneo do equilíbrio térmico.

DEFINIÇÃO DE EXOBIOLOGIA

A partir do pano de fundo biofísico explicado nos parágrafos anteriores, podemos obter uma definição conceitual de Exobiologia. Exobiologia é um termo derivado de três raízes gregas Έξω = extensão; externo, fora; =ίος = vida e Λόγος = ciência, tratado, discurso. A partir daqui, o conceito assume a seguinte forma:

A astrobiologia é uma ciência biológica que estuda a origem e a existência de seres vivos no Universo, além da Terra.

SINÔNIMOS DE EXOBIOLOGIA:

Os sinônimos de Exobiologia são diversos; entretanto, os sinônimos foram estruturados em relação às ciências mais importantes implicadas em seu desenvolvimento, Astronomia e Biologia:

A astrobiologia é o melhor termo para projetar essa ciência. A palavra é composta por três palavras gregas: Άστρου ( a’stron ) = Estrela, constelação, céu; Βίος ( bi’os ) = Vida: e Λόγος ( lo’gos ) = Ciência, tratado.

A xenobiologia não é sinônimo de Exobiologia porque é um termo incerto que se refere ao estudo de seres bizarros distintos dos humanos; Além disso, se considerarmos a fonte da palavra, a Xenobiologia não é uma noção científica porque significa “biologia dos estrangeiros”. Para ser estrangeiro, deve ser de outro lugar e viver entre nós, entendeu? É por isso que a expressão tem sido adotada com alegria pelos alienólogos, porque se refere exatamente a seres extraterrestres inteligentes, distintos dos humanos, assim, nas estruturas moleculares, como na dinâmica de energia que, em ambos os modelos, infringem as leis fundamentais. Em contraste, a noção está ligada a seres extraterrestres cuja existência é, até agora, irreal.

Por sua extração, a Cosmobiologia foi rejeitada como um termo adequado ou sinônimo de Exobiologia porque se refere à falsificação astrológica. A cosmobiologia deriva de três raízes gregas, κόσμός , cosmos = céu, mundo, universo; βίος = vida; λόγος = ciência, estudo, tratado.

 

OBJETIVOS DA EXOBIOLOGIA:

Os esforços da exobiologia dirigem-se à busca de:

uma. A origem e evolução do universo.

  1. A origem e evolução dos seres vivos na Terra.
  2. A distribuição dos seres vivos no universo conhecido.
  3. A existência de seres vivos em outros mundos além da Terra.

Se isso não é ciência, então, me diga o que é ciência? Haverá um tempo, não muito distante, em que poderemos explorar muitos planetas extra-solares em busca de seres vivos. Agora, estamos engajados em futilidades, como guerras e divórcios.

No final da minha conferência sobre a Origem da Vida, um jornalista me questionou sobre a inutilidade da exobiologia. Respondi que era um conhecimento que não podemos omitir porque nos permitiria fazer projeções sobre a existência dos seres vivos na Terra. Ela insistiu em perguntar “por que?”. Eu simplesmente respondi com as palavras do Dr. Leon M. Lederman:

Cientista é uma pessoa ” que se importa profundamente e apaixonadamente pela verdade e pelo esclarecimento, pela experiência libertadora de encontrar ordem e beleza em uma confusão caótica de eventos naturais “. (Leon M. Lederman, 2001).

 

CIÊNCIAS DE APOIO À EXOBIOLOGIA:

A exobiologia é uma ciência biológica que é apoiada por outras disciplinas factuais, por exemplo, Física, Química, Geologia, Astrofísica, Astronomia, Paleontologia, Cosmologia, Biologia Molecular, Matemática, etc. Por que a astrobiologia se relaciona com Física e Química? Vamos ver os motivos:

Por que a física?

uma. Porque a vida pode ser reduzida a fenómenos térmicos conhecidos.

  1. Porque os seres vivos obtêm, armazenam e manipulam a energia do cosmos.
  2. Porque podemos formular as densidades, posições e movimentos da energia utilizável pelos seres vivos.

Por que a química?

uma. Porque os biossistemas são sistemas moleculares.

  1. Porque a síntese de seres vivos é derivada da síntese inorgânica de biomoléculas simples e complexas.
  2. Porque a vida de um organismo é mantida e continuada através de processos químicos.

 

PONTOS DE VISTA SOBRE A EXOBIOLOGIA / ASTROBIOLOGIA:

  1. Postura simplista: a síntese viva dos seres depende apenas de água, carbono, energia e tempo. Se tivermos os ingredientes, teremos vida.

Essa posição nega a complexidade da abiogênese primária. Para uma pessoa simplista, o fato de que a abiogênese não ocorre hoje não obedece a uma situação relacionada ao desenvolvimento dos sistemas estelares, mas a uma pura reviravolta do destino. Ele ignora as oscilações dos sistemas nos campos de Higgs através da origem das estrelas e da complexidade essencial da criação de seres vivos em Vitro simplesmente a partir desses quatro fatores. Felizmente, pessoas simplistas não são biólogos; pelo menos eu não conheço um biólogo simplista.

  1. A postura exclusivista: o universo é hostil aos seres vivos porque sua origem é um evento que ocorreu apenas na Terra.

Espero que você tenha notado a menção da palavra evento; essa é a palavra preferida dos exclusivistas porque conota um programa inteligente ou intencional das forças físico-químicas, especificamente, a ocorrência de um estado indeterminado que ocorreria apenas por um milagre. Para os exclusivistas, a Terra e os seres vivos foram criados em um único planeta, de repente e uma vez no Universo. O exclusivista acredita que não encontramos planetas semelhantes à Terra simplesmente porque eles não existem, e não porque pagamos por nossa tecnologia inadequada.

  1. Postura Relativista: A síntese dos seres vivos pode acontecer de qualquer forma em qualquer lugar do Universo.

Alguns biólogos, entre eles, identificam o relativismo como o feyerabendismo. O Feyerabendism é a ideologia do “Tudo pode acontecer”, isto é, que tudo é possível sempre que alguém o tenha concebido como uma ideia. Do feyerabendismo nasceu o modelo de vida baseado em qualquer um dos diversos elementos da Tabela Periódica; por exemplo, a vida baseada no silício.

  1. Postura Reducionista: A síntese dos seres vivos depende de fatores consistentes com as leis fundamentais do Universo e pode ocorrer em qualquer parte do Universo onde as condições adequadas para o surgimento dos seres vivos ocorram.

Não é que eu seja um cientista positivista, mas a postura reducionista é a que melhor acompanha a observação do Cosmos e a experimentação organizada. Mais significativo é o fato de levar em conta o conhecimento atual sobre as leis fundamentais e sobre as teorias operacionais. Além disso, qualquer teoria derivada dessa apreciação estaria suscetível a revisões exaustivas, toda vez que os instrumentos para testar qualquer uma dessas hipóteses ou teorias existissem.

Então, consistente com a ciência, a Terra não seria o único lugar no Universo onde existem seres vivos. Por exemplo, na superfície gelada da Europa, uma lua de Júpiter, observamos grandes fraturas que foram produzidas por constantes derretimentos seguidos por congelamentos repentinos da água tépida que surge sob a densa tampa de gelo. Isso nos faz pensar que há um mar de água líquida abaixo da camada congelada. Talvez, muitas formas vivas permaneçam vivas e evoluam nesse ambiente.

 

PROBABILIDADES SOBRE A EXISTÊNCIA DE SERES VIVOS NO UNIVERSO, FORA DA TERRA:

Devemos levar em conta que, embora o processo seja determinístico, a Abiogênese não é previsível; Assim, as estimativas serão sempre altamente especulativas.

O número de estrelas na Via Láctea é de 200 a 400 bilhões de estrelas. Além disso, existem aproximadamente 500 bilhões de galáxias no Universo. Se cada galáxia tivesse de 200 a 400 bilhões de estrelas, então haveria de 20 a 200 trilhões de estrelas no universo observável. Se cada estrela fosse cercada por 10 planetas, então haveria de 500 a 2000 trilhões de planetas no Universo. Uma quantidade muito baixa dos trilhões que o ator Sam Neill afirma em um programa do Discovery Channel sobre Life in the Universe.

Parece que as probabilidades da presença de planetas semelhantes à Terra no universo, habitadas por seres inteligentes, seriam muito altas. No entanto, não temos a menor evidência mínima sobre sua existência. Nós não encontramos um único planeta extra-solar como a Terra.

EQUAÇÃO DO DRAKE:

N = Ns fp ne fl fi f f fL

Onde:

N = probabilidades de existência de civilizações comunicantes na galáxia da Via Láctea.

Ns = número aproximado de estrelas na Via Láctea.

fp = fração de estrelas que eu acho que tem planetas ao redor deles.

ne = número de planetas por estrela que eu acho que são ecologicamente capazes de sustentar a vida

fl = fração desses planetas onde eu acho que a vida evolui

fi = fração de fl onde eu acho que a vida inteligente evolui

fc = fração de fi que eu acho que pode se comunicar

fL = fração de tempo durante a qual eu acho que a cultura sobrevive.

Não se esqueça que é uma adivinhação. Considerando que as séries inseridas são tentativas, você pode substituir os números como desejar (em proporção ao comando de sua imaginação).

Embora a fórmula de Frank Drake tenha tido uma ampla difusão como a “Fórmula da Vida”, na verdade, teve uma aceitação modesta na vizinhança científica. É uma progressão fatorial baseada em quantidades irreais e imprevisíveis. O problema da fórmula é que não é utilizável emitir hipóteses porque contém unidades que nunca podem ser verificadas. Permitiu que as aplicações da fórmula estivessem relacionadas a argumentos simplistas ou pseudocientíficos.

 

CIRCUNSTÂNCIAS UNIVERSAIS:

uma. As leis termodinâmicas operam no Universo conhecido.

  1. As leis macroscópicas podem parecer indeterminadas por nossa ignorância sobre as leis fundamentais microscópicas.
  2. As partículas são as mesmas em todo o universo.

A partir das afirmações sobre as cláusulas anteriores, inferimos que:

  1. A) As formas vivas em todo o Universo devem depender de água líquida.
  2. B) A vida no Universo conhecido deve ser experimentada por estruturas feitas com carbono.

PORQUE DA ÁGUA?

Porque:

  1. A água está disponível em todo o universo observável.
  2. A água é um termorregulador para a atmosfera e para os corpos dos sistemas vivos pelas propriedades seguintes:
  • Seu calor específico, isto é, a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de um grama de uma substância em um grau Celsius. Para a água, é uma caloria.
  • Seu ponto de ebulição, que consiste na mudança de fase de uma substância de uma fase líquida para uma fase gasosa. Precisamos aplicar 540 calorias para evaporar um grama de água.
  • Seu ponto de solidificação, isto é, o calor que temos que extrair para que uma substância mude da fase líquida para a fase sólida.
  1. A água é o solvente universal.

PORQUE DO CARBONO?

  1. A) É um elemento abundante no Universo.
  2. B) Está disponível para seres vivos como o dióxido de carbono na atmosfera e na água, e como carbonatos no solo.
  3. C) É o elemento mais versátil para formar compostos.
  4. D) Os compostos formados pelo Carbono são muito estáveis.

Por que não do silício?

  1. Tem um peso atômico maior que Carbono (CAW = 12,01115; SiAW = 28,0855).
  2. Não possui a versatilidade extensiva que o Carbono para formar compostos.
  3. Os compostos formados pelo silício são instáveis.
  4. O SiO 2 é um sólido (quartzo, silicato), não é um gás como o CO 2 .

O CaSiO 3 (Silicato de Cálcio), o equivalente químico do CaCO 3 (Carbonato de Cálcio), seria inadequado para os ovíparos porque:

  1. Bloqueia o fluxo de calor, o que seria um grande impedimento para a incubação de ovos. O CaSiO 3 foi usado em fornos industriais como um isolante térmico.
  2. Tem uma textura heterogênea pela qual as membranas e a calaza não seriam capazes de aderir firmemente à superfície interior da casca do ovo.
  3. Tende a fraturar facilmente. Por isso, não pôde conter a albumina de baixa densidade.
  4. É fácil ser quebrado. Uma leve pressão longitudinal ou transversal seria suficiente para quebrar um ovo de silicone.
  5. Não pode ser dissolvido em água. As galinhas teriam sérios impedimentos para rasgar uma casca de ovo feita com CaSiO 3 .
  6. Se for deixado em ambientes úmidos por longos períodos, o CaSiO 3 é degradado em sílica amorfa e sais dissolúveis em água de cálcio. Este defeito faz com que esta substância seja inadequada para formar estruturas de suporte e proteção.
  7. O carbono é 3,5 vezes mais abundante que o silício em toneladas; mas em nível atômico, o carbono é 12,5 mais abundante que o silício.

 

CONDIÇÕES PARA A EMERGÊNCIA DA VIDA EM QUALQUER LUGAR

UM ESPAÇO TRIDIMENSIONAL – Sistemas vivos (biossistemas) precisam de um campo no Universo contendo um espaço com três dimensões, longitude, largura e profundidade.  

TEMPO – Os sistemas vivos precisam de um campo no Universo que inclua microestados disponíveis para os quais sua energia interna possa ser transferida e da qual possam obter energia. A medida do fluxo de energia para microestados mais disponíveis é o que torna perceptível a dimensão do tempo. O fluxo de tempo é constante, embora pareça ser mutável da perspectiva humana.

UMA FONTE DE ENERGIA – Os seres vivos devem receber um suprimento estável e contínuo de energia de uma estrela. A Terra recebe uma corrente contínua e estável de energia de uma estrela G2V (o Sol); além disso, a Terra está posicionada a uma distância adequada do Sol (a Terra é colocada a 1 UA longe do Sol), não perto demais para ser queimada pela intensa radiação solar (como Mercúrio e Vênus), nem muito longe para ser congelado no espaço sideral frio (como os planetas exteriores como Marte, Júpiter, Saturno, etc.). A fonte de energia pode não ser necessariamente uma estrela. O planeta que abriga formas vivas pode ser a fonte dessa energia necessária para a vida.

Nós pensamos que as estrelas da classe G (amarelo-branco, com reações de fusão nuclear de hidrogênio e temperaturas efetivas de 5300-6000 K. Classe G são estrelas semelhantes ao Sol) que pertencem à sequência principal (V ou anão) são as mais possíveis estrelas para ter planetas com ótimas condições para a origem e evolução dos seres vivos. O Sol é uma estrela da classe G2V (temperatura efetiva superficial de 5800 K):

Classificação das Estrelas: Veja a Tabela 1

A estrela Alpha Centauri também é uma estrela G2V. Isso faz com que seja uma estrela muito semelhante ao sol. É um candidato acessível para a exploração através de nossos instrumentos porque está relativamente perto do nosso Sistema Solar (4,36 anos-luz daqui). Há apenas um problema que escurece a cena: tem uma estrela companheira, isto é, o sistema é uma estrela dupla. Seu companheiro é um anão da classe K1V (5300 K). Se houvesse nesse sistema um planeta com seres vivos inteligentes, eles veriam nosso Sol como uma estrela de primeira magnitude perto das constelações de Perseu e Cassiopeia. Nosso Sol seria seu ponto de referência sideral …

Para que as estrelas sejam incluídas nos parâmetros apropriados para gerar e manter os seres vivos, os astrobiólogos registram as características físicas das estrelas, como tamanho, espectro eletromagnético, brilho, temperatura, rotação, estabilidade nuclear e metalicidade.

Estrelas muito quentes ou muito frias não devem ser excluídas do catálogo porque podem ter planetas que poderiam estar em órbita a uma distância tal que eles não experimentariam a batida de altas quantidades de radiação cósmica. O problema encontrado por alguns cientistas que os compele a excluir estrelas quentes do catálogo de estrelas habitáveis ​​é que as estrelas quentes se extinguem mais rápido que as estrelas de baixa ou média temperatura; entretanto, a maioria dos biólogos acha que a vida usual de uma estrela não é um impedimento crítico para a emergência da vida em qualquer de seus planetas. É possível que os seres vivos tenham emergido em um mundo com as condições apropriadas e tenham continuado sua evolução por centenas de milhões de anos, sempre que a estrela que forneceu a energia permanecesse ativa e estável durante esse período.

Um exemplo compreensível vem da história da vida na Terra onde, embora a biodiversidade tenha crescido em 3,3 bilhões de anos, o ponto mais alto da biodiversidade ocorreu no curso de 500 milhões de anos (no Paleoceno). Assim, qualquer estrela das classes F, G e talvez K, que tivesse planetas habitáveis ​​- em um sistema onde a abiogênese fundamental pode ter ocorrido – e que ainda estivesse ativa e estável neste momento, seria uma estrela adequada para nossa lista de habitáveis. estrelas.

UM EIXO ESTÁVEL DE ROTAÇÃO – O planeta deve ter um eixo de rotação estável. A Terra tem uma grande Lua que controla a sua rotação. O Sol e a Lua controlam o movimento rotativo e a trajetória orbital da Terra. No entanto, mesmo quando esse fator tem sido muito importante para os seres vivos na Terra, ele não pode ser obrigatório para formas de vida em outros planetas. Há zonas entre o hemisfério que sempre se voltam para o sol e o hemisfério que nunca enfrenta o sol chamado zonas crepusculares; a vida pode florescer em zonas crepusculares em planetas sem um grande satélite, assim como em planetas com um eixo de rotação estável.

UM CAMPO MAGNÉTICO – O planeta que sustentaria os seres vivos deve ter um campo de proteção contra o esplendor das partículas massivas durante as tempestades eletromagnéticas solares. A Terra possui um eficiente escudo de campo magnético.

UMA ATMOSFERA PROTETORA – O planeta que daria abrigo às formas vivas deve ter uma atmosfera protetora contra a radiação cósmica. A Terra tem uma camada de ozônio, mas também pode ser nuvens densas de poeira e vapor de água.

ÁGUA- Os seres vivos devem ser formados em ambientes ricos em água. Isso é certo porque a água tem qualidades físico-químicas únicas.

Por exemplo, as moléculas de água são desintegradas durante o processo de fotossíntese, liberando átomos de oxigênio e elétrons.

A água atua como um termorregulador para sistemas climáticos e vivos:

Graças à água, o clima da Terra é mantido estável. A água funciona também como um termorregulador em sistemas vivos, especialmente em animais endotérmicos.

É possível devido ao calor específico da água (calor específico é o calor necessário para elevar a temperatura de um grama de uma substância em um grau Celsius), que para a água é uma caloria. Em termos biológicos significa que antes de uma elevação da temperatura no ambiente circundante, a temperatura de uma massa de água aumentará com maior lentidão que a temperatura de outros materiais. Da mesma forma, se a temperatura ambiente diminuir, a temperatura dessa massa de água diminuirá com mais lentidão do que a de outros materiais. Assim, esta propriedade térmica da água permite que os organismos aquáticos vivam de forma relativamente calma em um ambiente com temperatura estável.

Evaporação é a mudança da fase física de uma substância de uma fase líquida para uma fase gasosa. Precisamos de 540 calorias para evaporar um grama de água. Neste ponto a água ferve (ponto de ebulição). Isso significa que temos que subir a temperatura a 100 ° C para fazer a água ferver. Quando evapora da superfície da pele ou da superfície das folhas de uma planta, as moléculas de água retêm grandes quantidades de calor. Esse recurso funciona nos organismos como um sistema de resfriamento.

Outra vantagem da água é o seu ponto de fusão. A extração de calor de uma substância a transforma de uma fase líquida para uma fase sólida. A temperatura na qual uma substância muda de uma fase líquida para uma fase sólida é chamada de ponto de fusão. Para mudar a fase física da água de líquido para sólido, temos que diminuir a temperatura ambiente a 0 ° C. A mudança de um grama de gelo para água líquida requer um suprimento de 79,7 calorias. Quando a água derrete, a mesma quantidade de calor é liberada para o meio ambiente. Isto permite que a temperatura ambiental não diminua ao ponto de aniquilar toda a vida no planeta através dos invernos.

Além disso, a água é um solvente universal. Quase todas as substâncias essenciais para sustentar as formas vivas podem ser dissolvidas na água. Além de ser acessível aos seres vivos, a água atua como o melhor veículo para o transporte de alimentos, tanto no ambiente externo quanto no ambiente interno de todos os organismos conhecidos.

CARBONO – O carbono está disponível para seres vivos principalmente na forma de dióxido de carbono atmosférico. Também pode ser encontrado em carbonatos nos solos. O carbono tem seis elétrons em seu primeiro nível de energia e quatro no segundo nível de energia, compartilhando elétrons com outros elementos em quatro ligações covalentes (tetravalente), o que o torna o elemento mais flexível para formar compostos (compostos orgânicos, porque eles têm Carbono em seus esqueletos) Por exemplo, os átomos de silício também têm quatro elétrons em sua camada externa, mas o silício é mais pesado que o carbono (o peso atômico do silício é 28.0855, em vez disso, o peso atômico do carbono é 12); por causa disso, a Silicon não pode oferecer a versatilidade apresentada pela Carbon. Os esqueletos formados por átomos de carbono podem variar em comprimento e matriz (estruturas lineares e anelares do mesmo composto).

SUBSTRATOS AGLOMERATIVOS – Subestruturas que facilitam a acumulação e interação química de substâncias; por exemplo, grãos de Fosfato de Cálcio, Carbonato de Cálcio, Carbeto de Silício, Grafite, Fulerenos (forma alotrópica de Carbono) e Enxofre de Ferro, que podem conter água gelada em suas fissuras e buracos.

Recentemente, os cientistas da NASA e da ESA descobriram que o Carbonato de Cálcio pode ser sintetizado nos meios interestelar e interplanetário sem a presença de água (Cooper et all, 2001). Isto pôs em dúvida as afirmações de que os pequenos glóbulos carbonatados encontrados em Marte se originaram em depósitos de água. É mais provável que esses Carbonatos tenham sido colocados no planeta por uma contínua e prolongada precipitação de poeira da nuvem planetária marciana e do Meio Interestelar, exatamente como ocorreu e continua ocorrendo até agora na Terra. Os fractais do Carbonato de Cálcio na nebulosa planetária seriam adequados para a síntese de biopolímeros.

AGENTES DE CONDENSAÇÃO – Substâncias que promovem a síntese abiótica de biomoléculas, de biomoléculas simples a biomoléculas complexas. Por exemplo, o HCN (Cianeto de Hidrogênio) e o C2H2 (Acetileno). Estes compostos são abundantes nos primeiros meios interplanetários e ambos foram testados artificialmente como agentes condensadores. As evidências indicam que a bio-polimerização de proteínas e carboidratos foi facilitada por esses agentes e através de reações promovidas principalmente por bósons de alta energia.

Fractais são grânulos de poeira cósmica. Eu chamo esses grãos de “fractais” porque eles se fundem para formar outros corpos maiores durante a gênese dos sistemas estelares. Os fractais podem ser de alguns mícrons a vários metros de largura. Parece que os fractais funcionaram como paredes divisórias e agentes protetores na síntese abiótica de polímeros biológicos na nebulosa planetária terrestre. Os fractais podem funcionar de forma semelhante por:

uma. Protegendo as biomoléculas contra radiação cósmica de alta densidade energética.

  1. Como substratos aglomerativos que “desidratavam” os nichos onde a síntese de polímeros ocorria pela ação da luz e calor nos glóbulos contidos pela água nos orifícios e fissuras dos grãos de poeira, auxiliando na polimerização de moléculas simples para formar biomoléculas maiores. Muitos fractais continham gotas de água que sofriam transições de fase regulares de líquido para sólido e vice-versa. Esses fractais, ou grânulos de poeira, também poderiam funcionar como substratos aglomerativos.

Todas as nossas observações sobre a síntese abiótica de polímeros biológicos apontam para as conclusões anteriores.

O ozônio tornou-se necessário e indispensável para os seres vivos na Terra; no entanto, não apenas o ozônio funciona como um protetor dos seres vivos contra a Radiação Cósmica. Poeira e vapor de água também atuam como escudos contra Radiação Cósmica. Lembre-se da teoria sobre a origem da vida que quando os seres vivos emergiram na Terra não havia uma camada de ozônio e que os primeiros bionts tinham que ser protegidos contra a radiação cósmica, composta principalmente por largas correntes de raios X, emitidas por um incipiente Dom.

Os fractais com água congelada presos em seus buracos e fissuras podem agir como escudos contra a radiação cósmica. Os discos protoplanetários são constituídos por fractais de diversas dimensões e por substâncias heterogêneas que podem atuar como telas protetoras.

Os fractais ou grânulos de silicato de forsterita ou magnésio são olivinas produzidas em temperaturas muito altas. Isto indica que o cometa Wild-2 – de onde obtivemos fractais de olivina – foi formado numa zona muito próxima do Sol ou num local muito quente do nosso sistema solar, a temperaturas próximas ou superiores a 1000 K. classe de cometas não poderia ter sido compostos orgânicos complexos sintetizados. É mais viável do que as biomoléculas terem sido sintetizadas no ambiente das nebulosas planetárias.

Os grãos de carboneto de silício ejetados por supernovas poderiam ter atuado como substratos aglomerativos em que as biomoléculas e as microesferas com membranas lipídicas poderiam ter sido sintetizadas. Esses fractais também possuem buracos e fissuras que poderiam ter sido preenchidos com água e substâncias fundamentais que construiriam biopolímeros.

Também os fractais porosos siderais, como o tipo Condrito Poroso formado por silicatos, cuja estrutura molecular não é alterada pelo calor, água e as reações químicas que ocorrem entre moléculas simples, poderiam ter atuado como substratos aglomerativos para a formação de biomoléculas. Foi confirmado experimentalmente que algumas biomoléculas, como ribose e aminoácidos, foram sintetizadas em fractais porosos. Mais tarde, a polimerização nos buracos dos grânulos poderia acontecer.

A questão é se esses processos que ocorreram durante a gestação do nosso Sistema Solar podem ser eventos frequentes em todo o Universo.

Pelo menos, sabemos que a crônica da vida na Terra mostra uma seqüência de eventos estritamente conectados às leis físicas e químicas universais. Então, a vida na Terra não é única e não deriva de eventos dados por acidente. ( Christian de Duve; 2006 )

A ocorrência da vida na Terra foi determinada pelas leis físicas universais; conseqüentemente, a vida em outros mundos do nosso Cosmos não pode ser microestruturalmente muito diferente da vida terrestre.

Se houvesse uma possibilidade de existência de outras configurações bióticas, estas existiriam agora na Terra, porque as Leis Fundamentais operam em todo o Universo e as partículas e suas propriedades são as mesmas em todo o Universo.

 

ORGANISMOS EXTRATERRESTRES:

Como seria o primeiro organismo extraterrestre descoberto? Poderíamos especular muito sobre a provável aparição dos seres vivos extraterrestres sempre que tivéssemos levado em conta as condições dos prováveis ​​ambientes de outros planetas. Por exemplo, podemos conjecturar sobre os sistemas homeostáticos de um organismo vivendo em um planeta com uma atmosfera mais ou menos densa que a atmosfera terrestre, ou sob uma força de gravidade maior ou menor que a força gravitacional terrestre, sob uma atmosfera sulfurosa, etc. No entanto, os astrobiólogos verificaram que as probabilidades de encontrar organismos inteligentes extraterrestres são extremamente baixas. O sinal “Uau!” Registrado pelo SETI em 1951, foi uma oscilação eletromagnética reemitida ou recuperada por um fragmento de lixo espacial.

No entanto, quase podemos ter certeza de que, aparentemente, a vida só pode ser experimentada por sistemas construídos com compostos orgânicos (aqueles construídos com carbono), e que os biossistemas que vivem em outros mundos devem ser semelhantes aos biossistemas terrestres; pelo menos, na estrutura microscópica e nas qualidades termodinâmicas, embora sua aparência macroscópica seja totalmente diferente dos organismos terrestres.

 

CONDIÇÕES AMBIENTAIS EXTRATERRESTRES ABERTAS:

Como poderiam ser as condições ambientais predominantes em um mundo onde existem formas vivas?

Existem organismos que vivem em ambientes altamente hostis para a maioria das espécies terrestres; por exemplo, Sulfolobus solfataricus , que tolera ambientes sulfurosos com acidez em pH 3,5 e temperaturas a 90º C. Recentemente, descobriu-se que o efeito mais resfriado do citosol de Sulfolobus solfataricus é devido graças a uma proteína (enzima) denominada Álcool Desidrogenase.

Ao longo dos últimos 15 anos, os astrobiólogos centraram sua atenção nos extremófilos. Isso obedece às condições ambientais inóspitas exibidas pelos planetas no âmbito de nossa tecnologia, o que seria letal para quase todos os seres vivos terrestres. Talvez, algum dia, encontremos um planeta semelhante à Terra onde encontraremos não apenas procariotos extremófilos, mas também protistas, plantas e animais.

Quais são os extremófilos? Extremófilos são organismos que vivem em ambientes extremos que seriam mortais para a maior parte dos seres vivos terrestres; por exemplo:

  1. Thermophiles: Resistente a altas temperaturas ( Pyrococcus vive na água a 113 ° C).
  2. Psicrófilos: Resistente a temperaturas muito baixas (o Cryotendolithotrophus vive na água a -15 ° C).
  3. Acidófilos: Resistente a ambientes ácidos (pH 0).
  4. Alkalophiles: Resistente a ambientes alcalinos (pH 9-11).
  5. Xerophiles: Organismos que vivem em ambientes sem água.
  6. Halófilos: Organismos que vivem em ambientes hipersalinos (alguns halófilos toleram ambientes com 30% de salinidade).
  7. Deinococcus sobrevive após ser exposto a 500 mil rads; além disso, tolera altos níveis de luz UV e radioatividade ao mesmo tempo.

Os seres humanos não são extremófilos porque vivemos na parte intermediária situada entre os extremos das variáveis ​​ambientais. Os extremófilos vivem nesses extremos.

No entanto, os planetas que poderiam abrigar os extremófilos devem ter ambientes com os seguintes recursos:

  1. A) As condições da biosfera devem ser heterogêneas.
  2. B) Devem existir setores com condições que permitam a síntese espontânea, a estabilidade molecular e a ativação térmica de biomoléculas.
  3. C) Sob estas duas condições, a biosfera extraterrestre deve ter as seguintes características físicas:
  • A variabilidade climática deve ocorrer nos patronos ideais para a sobrevivência de bionts.
  • Deve possuir os nutrientes básicos, suficientes para a subsistência dos bionts.
  • Deve manter unidades de proteção contra oscilações intensas do fluxo de energia da fonte (uma estrela, um núcleo do planeta, etc.).
  • As flutuações do ambiente químico não devem ser extremas ou abruptas.

Albert Lou, da Escola de Medicina de Harvard, propôs que o reparo do DNA é o recurso singular dos extremófilos; no entanto, a restauração do DNA através de ubiquitinas ocorre também em organismos não extremófilos. É mais factível que a tolerância a ambientes extremos seja uma adaptação morfológica da estrutura quaternária das proteínas como uma resposta química à mudança no ambiente, que é independente do material genético. Isso quer dizer que, para o DNA ser reparado, deve ser uma proteína funcional que possa determinar, de maneira viável, a restauração do DNA.

 

CRÍTICAS TÍPICAS (ANTICIÊNCIA) CONTRA A EXOBIOLOGIA:

Alguns censores dizem que os extremófilos poderiam ter se adaptado aos ambientes hostis milhões de anos após o surgimento das primeiras formas bióticas. Claro! Eu concordo, embora também possa ter sido o oposto. Lembre-se que as condições consideradas hoje como condições mortais foram as condições ótimas predominantes para a ocorrência de abiogênese, e que os extremófilos modernos podem ser filhos dos sobreviventes daqueles tempos.

Eles também argumentam que os possíveis biossistemas extraterrestres podem seguir trajetórias evolutivas diferentes das trajetórias seguidas pelos biossistemas terrestres. Sim! Esses prováveis ​​organismos extraterrestres poderiam seguir trajetórias evolutivas diferentes das trajetórias evolutivas das formas vivas terrestres, mas enganchadas no conjunto de trajetórias potenciais no cosmos, não em um conjunto de trajetórias inventadas por nós.

Os detratores expressam ruidosamente que pensar que todas as estruturas bióticas do Universo são baseadas em Carbono e Água é dogmático e restritivo, e que os exobiólogos devem ter a mente aberta em relação à opinião dos outros. Sim, temos uma mente aberta, mas apenas para coisas que são ajustadas ao comportamento da natureza. Nosso dever é rejeitar todo vestígio de pseudociência ideológica. Uma coisa é como a natureza se comporta e outra coisa muito diferente é o que sabemos sobre esse comportamento. Nossa ignorância ou nossa erudição não influenciam os fatos da natureza.

Eles também dizem que qualquer sistema termodinâmico extraterrestre que crescesse, se reproduzisse, obtivesse energia e evoluísse estaria vivo, embora não fosse feito de carbono. Se isso bastasse para catalogar os seres como vivos, devemos reafirmar toda a ciência da Biologia e da cristalografia. Todos os materiais que faziam isso seriam considerados como seres vivos, embora fossem cristais de cloreto de cobalto, sulfato de cobre ou eram … príons.

Os anti-exobiólogos alegam que qualquer forma viva no universo possuiria estruturas moleculares complexas, e que não haveria razão para ser semelhante aos bionts terrestres. Bem, existem estruturas moleculares cósmicas mais complexas que os seres vivos e elas não estão vivas; por exemplo, a Terra, um asteróide, Júpiter, o Sol, etc.

Alguns detratores da Exobiologia me disseram que parece que os exobiólogos não têm em mente a evolução quando estão apenas buscando microorganismos primitivos em Marte. A razão para procurar apenas por microrganismos em Marte é porque é um planeta que tem sido vastamente explorado, no qual não observamos formas vivas multicelulares como aquelas bionetas macroscópicas na Terra. Não há musgo, líquens, grama, árvores, insetos, caracóis, vermes, fungos, etc. Procuramos microorganismos primitivos porque sabemos que as condições favoráveis ​​para a evolução dos organismos multicelulares cessaram há cerca de quatro bilhões de anos em Marte.

A resposta concisa da ciência é que a crônica da vida na Terra se refere a fatos estritamente ligados à física e à química cósmica. Então, a vida na Terra não é única nem é dominada pela eventualidade, mas a vida foi determinada pelas leis fundamentais do Universo; conseqüentemente, as estruturas microscópicas dos seres vivos no Cosmos não podem ser diferentes das microestruturas dos organismos vivos terrestres. Se a existência de outras configurações bióticas fosse possível, estas existiriam agora na Terra.  

A emergência dos seres vivos na Terra não é especial e supomos que não seja única. Inquestionavelmente sabemos que o surgimento da vida em nosso planeta obedeceu às leis físico-químicas universais e que ocorreu simplesmente porque tinha que ocorrer como um processo natural e básico, assim como tem que ocorrer em qualquer lugar do Universo onde as condições que propiciou seu desenvolvimento no restabelecimento da Terra. Isso não é uma questão de conjecturas, mas de conhecimento científico que descobrimos da natureza.

Muitos detratores dizem que a exobiologia não é uma ciência porque não tem um objeto real de estudo. Essas pessoas anti-científicas não têm idéia do que reivindicam porque os seres vivos na Terra são criaturas do Universo, abertas a serem estudadas porque as temos aqui. A Terra é uma pequena parte do Universo, e os astrobiólogos estão qualificados para estudar a vida em qualquer segmento próximo do Universo.

A Terra é o principal horizonte mais próximo do Universo a ser estudado. Agora estamos fazendo isso também em Marte e nos satélites de Saturno. Isso faz com que os exobiólogos tenham uma oferta de assuntos para examinar, como qualquer outra ciência factual. Além disso, os exobiólogos não contam histórias, mas dedicam-se a procurar outros mundos no Universo onde possam encontrar seres vivos.

Talvez os detratores desejem que os exobiólogos tenham um organismo extraterrestre em um frasco para serem considerados como cientistas? Bem, nós não temos um organismo extraterrestre em um frasco, mas temos à mão muitas espécies terrestres vivas para serem estudadas como seres do Universo, ou a Terra não faz parte do Cosmos?

Os exobiólogos não precisam usurpar o trabalho dos biólogos – se a astrobiologia é um ramo da biologia, é válido que os exobiólogos estudem a vida da Terra; Assim, os exobiólogos, ou astrobiólogos, estudam a origem e a evolução dos seres vivos na Terra para possibilitar a compreensão de sua ocupação principal, que é baseada na busca de planetas habitáveis ​​e seres vivos em todo o Universo.

 

MÉTODOS PARA DETECÇÃO DE BIOMOLECULAS EM AMBIENTES EXTRATERRESTRES:

Após as explicações prévias, vamos tentar responder à seguinte questão: como procurar produtos químicos necessários aos seres vivos em outras localizações do Universo?

Podemos procurar produtos químicos necessários aos bionts através das seguintes técnicas:

  1. A) Através da Observação Indireta. Por exemplo, através de telescópios de radiação infravermelha, radiotelescópios, telescópios espaciais, etc.
  2. B) Através da observação indireta por sondas robotizadas transportando laboratórios especializados para os planetas ou outros corpos siderais a serem investigados; por exemplo, Spirit, Viking, Opportunity, Mars Explorer, etc.

 

CONSTATAÇÕES RECENTES ATRAVÉS DA OBSERVAÇÃO INDIRECTA:

O espectro da estrela HH46-IR da nebulosa IC1396 na constelação de Cepheus, feita pelo telescópio infravermelho Spitzer, revela a existência de metano, água, dióxido de carbono, silicatos e metanol. A partir dessas mesmas imagens dessa estrela foram obtidas imagens capturadas por diferentes dispositivos utilizados para observação astronômica, por exemplo, a imagem da radiação X de alta densidade energética e a imagem da radiação X de baixa densidade de energia foram obtidas com o telescópio Chandra; a imagem óptica com luz visível foi obtida com o Telescópio Espacial Hubble e a imagem infravermelha foi obtida com o telescópio espacial infravermelho Spitzer.

Na galáxia Antena, que na verdade consiste de duas galáxias em colisão, os cientistas detectaram compostos sulfurosos, carbonatos, água e elementos pesados, como ferro e magnésio.

Em Orion Nebula detectamos grandes volumes de água.

Os cientistas detectaram carboidratos aromáticos policíclicos, água, metano e oxigênio na Nebulosa da Cabeça de Cavalo. Eles encontraram Gliceraldeídos nas zonas mais brilhantes.

Supernovas são depósitos siderais de carbonatos. Detectamos grandes quantidades de oxigênio, água e compostos sulfurosos em remanescentes de supernovas.

As descobertas obtidas da missão Huygens-Cassini em Titã, um satélite de Saturno, confirmam uma das previsões da minha teoria sobre a nuvem planetária em anel. A teoria explica a presença de metano, acetileno e etanol de origem abiótica em quantidades abundantes nos corpos siderais externos (corpos externos são aqueles que orbitam mais longe do Sol do que a Terra).

De fotografias de sistemas estelares em gestação podemos observar os discos de materiais que irão construir planetas. Os astrônomos estão realizando muitos estudos espectrométricos para conhecer os elementos predominantes durante a formação desses sistemas. Os sistemas solares incipientes são comparáveis ​​aos enormes centrífugas em que os compostos simples, como a água e glicolaldeído, estão dispostos em anéis em órbita concêntricos em torno das estrelas e dispostas, portanto, de acordo com o seu momento angular orbital, para os seus estados quânticos e para a densidade em massa de cada sistema.

No Mar do Pólo Sul, a Agência Espacial Européia (ESA) verificou a existência de água congelada em quantidades relativamente pequenas. A maior massa do gelo é o dióxido de carbono congelado.

 

COMO DISTINGUIR OS MODELOS VIVOS EM ORGANISMOS SIDEREAIS OU EXTRATERRÍTRICOS:

Como serão as primeiras formas vivas que encontraremos em outros mundos e como poderemos saber que estão vivas? O procedimento não é minúsculo. Tivemos o melhor exemplo do grande debate provocado pelo meteorito marciano Allen Hills, encontrado na Antártica em 4 de agosto de 2001. A famosa imagem de uma estrutura microscópica encontrada no meteorito marciano Allen Hills-0804001 (ALH-0804001) é o fóssil. de um ser vivo ou é um artefato inorgânico?

Suposições usadas como evidência em favor de que era o fóssil de um microorganismo marciano:

  1. A) Presença de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos semelhantes aos encontrados em torno de fósseis terrestres.
  2. B) Presença de glóbulos de minerais carbonatados, que tinham núcleos de manganês ou ferro cobertos por carbonatos, sulfato ferroso, magnetita e pirita, em torno da principal concreção do meteorito marciano.
  3. C) Presença de microesferas ovóides próximas à concreção do meteorito com diâmetros de 20 a 100 nanômetros, que foram consideradas por cientistas da NASA como fósseis de bactérias marcianas primitivas.

Fatos contextuais contra a hipótese do microfóssil do meteorito ALH-084001 (inconsistências em cada uma das cláusulas acima):

  1. A) Pode haver que os hidrocarbonetos aromáticos policíclicos eram resíduos de organismos terrestres aderidos à rocha marciana.
  2. B) Os minerais podem formar glóbulos por processos não biológicos espontâneos. Encontramos glóbulos de origem não biológica em outros meteoritos.
  3. C) A identificação das esferas ovóides como as nanobactérias foi decididamente criticada pela maioria dos cientistas, tão dentro quanto fora da NASA, porque os promotores da idéia se voltaram para a ideologia de Feyerabend (“Tudo é possível”, que consiste na inclusão de elementos incoerentes em uma teoria aceitável em que esses elementos são incompatíveis, por exemplo, deduzir que não porque não vimos um dragão significa que os dragões não existem, ou como se dissesse que neste imenso Universo as leis não são fixas nem universais e que qualquer coisa imaginável é possível). O menor organismo encontrado na Terra é uma archaeobacterium chamada Nanoarchaeum equitans que vive como um simbionte obrigado em outra archaeobacterium chamada Ignicoccus .Nanoarchaeum equitans é de 400 nm (0,000000400 m) de diâmetro. 1 nm = 10e-9 m = 0,000000001 m.

Posteriormente, no discurso sobre o tema, uma pessoa perguntou se os seres vivos poderiam ser menores que as arqueobactérias. Não é fácil manter os cavalos em público quando você precisa enfrentar uma ideologia pseudocientífica; no entanto, eu fiz isso e recebi o desgosto das pessoas que estavam participando da minha conferência. Eu disse na ocasião que: Os biólogos moleculares consideram que o menor pacote de estruturas moleculares necessárias para suportar o gerenciamento eficiente da energia não caberia em um volume menor que 210 nm. Os grânulos mitocondriais são de 30 a 50 nm de diâmetro cada. As moléculas de DNA e RNA mitocondriais têm 15 nm cada. Cada molécula completa da ATP Sintase tem 10 nm de diâmetro cada uma, e há centenas delas em apenas uma mitocôndria. Considerando todas as moléculas de carboidratos,

As bactérias são ligeiramente maiores que as mitocôndrias (de 1000 a 4000 nm de comprimento e de 200 a 1000 nm de largura, isto é, 0,04 µm3). As arqueobactérias são um pouco menores que as mitocôndrias; por exemplo, Nanoarchaeum equitans tem 400 nm de diâmetro. Este termófilo vive como um simbionte obrigatório em outro termófilo chamado Ignicoccus . Ambos foram descobertos em fumarolas hidrotermais na Islândia.

Mais evidências contra a hipótese do fóssil marciano no meteorito ALH-0804001:

  1. A) É possível sintetizar sedimentos abióticos in vitro idênticos aos encontrados no meteorito marciano através de processos não biológicos.
  2. B) A idade do meteorito é de 4,5 bilhões de anos. No entanto, as concreções no meteorito têm 4 bilhões de anos, o que implica uma provável emergência de seres vivos em um planeta que não mais poderia manter organismos vivos. De acordo com os estudos de David Shuster e Benjamín Weiss, Marte sempre foi um planeta gelado e agressivo para a vida. Eles completaram seus estudos de muitos meteoritos marcianos, descobrindo que Marte havia sido congelado nos últimos 4,1 bilhões de anos, apenas 400 milhões de anos após a concretização do planeta vermelho. Isto foi confirmado por outros pesquisadores.
  3. C) Os hidrocarbonetos aromáticos policíclicos do meteorito marciano foram encontrados em outros meteoritos, onde foram sintetizados por meio de processos não biológicos.

Finalmente, Robert E. Kopp III, da Universidade de Chicago, demonstrou experimentalmente que as concreções orgânicas do meteorito ALH-084001 são, na realidade, resíduos de bactérias terrestres que vivem na Antártida. Desculpe pela sua decepção!

No meteorito MIL-03346, alguns engenheiros da NASA encontraram micro-túneis semelhantes aos microtunis deixados pelos bacilos terrestres quando morrem e se desintegram. Por essa razão, os engenheiros da NASA publicaram que esses microtunis podem ser os “caixões” das bactérias marcianas. No entanto, os biólogos da NASA examinaram meticulosamente os microtunis e descobriram que:

  1. A) Os diâmetros transversais dos microtunis no meteorito são extremamente pequenos (20 nm), tão pequenos que não são compartimentos deixados pelos bacilos após sua desintegração.
  2. B) Geólogos encontraram estruturas idênticas em rochas vulcânicas terrestres da Antártica formadas por processos não biológicos.
  3. C) Em vez do meteorito ALH-084001, o meteorito MIL-03346 não apresentou vestígios de substâncias orgânicas, pelo que a ideia de bacilos marcianos foi imediatamente descartada.

Vimos que não é fácil identificar seres vivendo lá fora; então, como teremos certeza em outros planetas se não pudermos estar lá para confirmar isso fisicamente? A astrobiologia moderna propôs os seguintes métodos para verificar a presença de seres vivos em outros mundos fora da Terra:

uma. Encontrar produtos derivados de seres vivos; por exemplo, metano, ácido sulfídrico, ceras, celulose, leite, excrementos, etc.

  1. Observação de alterações do entorno pelas atividades dos seres vivos; por exemplo estradas feitas pelo degrau dos indivíduos (como por formigas andando na grama), buracos em solos ou rochas cercados por materiais modificados pelas atividades de organismos vivos (como os buracos feitos por toupeiras, cobras, formigas, etc.).
  2. Observação de estruturas que inequivocamente podem ser identificadas como estruturas de origem biológica como exoesqueletos, cabelos, fibras vegetais, etc.
  3. Culturas em meios nutritivos adequados por laboratórios microbiológicos portáteis robóticos (como os navios Viking).
  4. Trazendo eles aqui.

Que tarefa difícil! Não é? Vimos como falhamos em nossas intenções de identificar produtos secundários derivados de organismos vivos, como o metano em Marte. Além disso, vimos como os fenômenos geomorfológicos podem definitivamente ser enganosos, como as camadas sedimentares de Marte e as bactérias da Lua. Os laboratórios espaciais falharam em nos fornecer dados satisfatórios, viáveis ​​para distinguir entre processos biológicos e não biológicos; por exemplo, os dados enviados pelos rovers Spirit e Opportunity em Marte. Trazer aqui os seres vivos de outros planetas atualmente não é possível porque é caro e extremamente complicado.

OUTROS MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO REALMENTE EFICIENTES:

O Proton Motive Force (PMF) é uma expressão observável do estado de vida térmico. Por conta disso, eu propus em diversos fóruns que a única abordagem – dependente e observável – para encontrar seres vivos em todo lugar é a Força Motriz Proton.

O PMF é um potencial eletroquímico formado pelas flutuações nos campos eletrodinâmicos que permite que os fermiones se desloquem em direção a um ou outro lado das biomembranas. Essas flutuações eletrodinâmicas obedecem a variações nos campos magnéticos das biomembranas provocadas por partículas carregadas transportáveis.

A fase biótica é uma configuração da energia liberada quando um próton atravessa uma biomembrana. A densidade dessa energia livre varia de 5 a 12 Kcal / mol. As flutuações no campo eletrodinâmico produzem um gradiente eletroquímico em biomembranas igual a 220 mV (0,22 V). Um fóton transporta uma quantidade de energia próxima a 52 Kcal / mol.

Este processo é espontâneo ou não espontâneo? É necessariamente um processo não-espontâneo porque um processo espontâneo aconteceria diretamente com a difusão da energia interna do sistema. Na fase biótica, a energia é incorporada do meio ambiente.

Através de experimentos separando as moléculas de ATP sintase das membranas mitocondriais, os cientistas descobriram que as moléculas continuam funcionando, mas inversamente, isto é, produzindo ADP ao invés de ATP. Isso significa que as moléculas que foram separadas de suas respectivas membranas operam espontaneamente, isto é, removendo energia interna, não adquirindo energia do ambiente. Em geral, isso significa que para atuar não espontaneamente, a molécula deve estar ligada a uma biomembrana que experimenta um potencial eletroquímico e que, além disso, o processo no sistema completo definitivamente é um processo não espontâneo.

Outro importante elemento relacionado é que todos os seres vivos têm ATP sintase – com variações inconseqüentes, a partir das quais assumi que a ATP sintase é uma molécula que persistiu desde a autossíntese das microesferas que se desenvolveriam em protobiontes. De fato, no passado eu tinha sido um pouco discreto com essa afirmação, porque há alguns anos eu pensava que a ATP Synthase aparecia em protobiontes. Mas agora, descobri que este conhecimento nos permite responder ao problema sobre o qual apareceu primeiro, as microesferas aglutinadas em cápsulas feitas de biomembranas simples ou as microesferas aglutinadas em cápsulas feitas de biomembranas de duas camadas, e que, por essa razão, elas sobreviveram como biossistemas quase estáveis.

Bem, finalmente encontramos algo exclusivo dos seres vivos; Agora, como podemos detectar esse “algo” em outros mundos? Mais fácil do que procurar por carbonatos que podem ser sintetizados por processos espontâneos abióticos:

Podemos detectar vida em outros planetas por meio da identificação de produtos inequivocamente implícitos no PMF; por exemplo, ATP sintase, ADP (difosfato de adenosina), ATP (trifosfato de adenosina), NADP (nicotinamida adenina-dinucleótido-fosfato), FAD (flavina-adenina-dinucleótido), citocromo C, L-Aspartil-4-fosfato, etc.

É necessário um monitoramento contínuo e prolongado das concentrações dos produtos, assim podemos reconhecer flutuações que seriam indicadores inconfundíveis da atividade biológica, o que exigiria o uso de sondas que podem ser mantidas funcionando ininterruptamente pelo menos ao longo de três anos.

Dr. Constantinos Mavroidis, da NASA, projetou uma nave espacial de anão que funciona com baterias de lítio, que podem ser mantidas estáveis ​​e funcionais ao longo de 10 anos, sem interrupções. O navio iria baratear enormemente os custos da exploração interplanetária.

Os bionanorobots miméticos em microesferas fosfolipídicas podem ser inseridos em estruturas extraterrestres prováveis ​​para detectar atividade bioelétrica natural. Os nanorrobôs seriam ligados uns aos outros para formar uma ampla teia que poderia cobrir extensas áreas da terra planetária. Não seria deixado um milímetro de solo sem um exame.

Também podemos usar nanorobôs transportando sensores químicos para a detecção dos compostos envolvidos na Proton Motive Force.

Os nanorrobôs poderiam carregar potenciômetros com ultra-microeletrodos para biomembranas, que detectariam e identificariam o potencial de membrana nas células dos seres extraterrestres propostos, embora não estivéssemos lá para vê-los fisicamente.

Outro método para a detecção e identificação inequívoca de compostos bióticos é a Espectrometria de Massas por Ionização e Aglutinação de Electroatomização em uma Câmara de Vácuo. Este dispositivo de espectrometria permite realizar análises diretas de qualquer substrato sem uma separação preliminar dos materiais que vamos analisar. O dispositivo pulveriza um solvente ionizador específico em direção ao substrato que é analisado. Os íons separados do substrato são aprisionados por uma câmara de vácuo que os direciona para um pequeno espectrômetro de massa para sua identificação.

Ambos os dispositivos, o Espectrômetro de Massa por Ionização e Aglutinação em uma Câmara de Vácuo, e os potenciômetros com ultra-microeletrodos para Biomembranas foram testados com sucesso.

Mas… Se encontrarmos microorganismos em Marte, como poderíamos saber se eles são microrganismos locais ou se são microrganismos terrestres que foram levados para lá por uma de nossas sondas? Nós nunca saberemos, a menos que possamos examinar os genomas desses microorganismos; no entanto, é impossível realizar tarefas com a atual tecnologia espacial.

EXPERIMENTAÇÃO ATUAL:

Atualmente, a experimentação astrobiológica está focada nos seguintes aspectos:

uma. A modelagem das primeiras condições da atmosfera redutora terrestre cujos dados conhecemos através da paleontologia e observação geológica.

  1. A síntese de moléculas prebióticas e outras estruturas organizadas através de procedimentos abióticos.
  2. A experimentação com diversos fatores que poderiam ativar a síntese de moléculas prebióticas na atmosfera primal terrestre e que pode ser aplicada à observação de outros sistemas estelares.
  3. Ensaios com diversos campos eletrodinâmicos para reconhecer sistemas estelares onde a síntese de compostos bióticos pode estar ocorrendo atualmente.

Na experimentação astrobiológica, o investigador deve abster-se de se envolver nos processos para evitar o efeito de “operador externo”.  

Um exemplo lamentável desta falha é quando se conseguiu a síntese de ribozimas in vitro, o procedimento foi reconhecido como uma síntese abiótica de ribonucleoproteínas. No entanto, na descrição da metodologia, encontramos muitos processos que não ocorreram sem a intervenção do investigador; por exemplo, as freqüentes alterações do substrato a cada vez que o experimento não seguiu a trajetória desejada. Finalmente, descobrimos que o ambiente químico onde as ribozimas eram espontaneamente sintetizadas requeria ajuda externa de tampões, polimerases, bases nitrogenadas, proteínas, ribose e fosfatos em proporções muito distantes das magnitudes observadas na natureza.

Então, novamente, a síntese abiótica de polipeptídeos não tem sido o que esperávamos porque as cadeias de aminoácidos obtidas abioticamente em laboratório são misturas quirálicas (assimetria estereoquímica) de L-proteinóides e D-proteinóides, com função hidrolítica, para que pudessem não construir estruturas secundárias estáveis ​​como as placas ß e as α-hélices. Além disso, tivemos que aplicar temperaturas de 200 ° C que inviabilizariam a autossíntese de outros polímeros biológicos, que não permanecem estáveis ​​em temperaturas tão altas, e que necessariamente teriam que ser formados no mesmo ambiente onde as proteínas autocatalíticas eram espontaneamente sintetizado.

A experimentação mais adequada é a experimentação centrada na síntese de polímeros complexos em partículas de poeira em condições de microgravidade e pela ação da luz e da radiação UV. Neste tipo de experimentação, simulamos as condições da nuvem planetária terrestre primitiva e a radiação solar com um realismo aceitável, compatível com observações astronômicas.

Por exemplo, Allamandola e seus colegas completaram a autossíntese de microesferas com membranas sob condições de microgravidade e frieza semelhantes às da nebulosa terrestre primitiva. Consecutivamente, Perry A. Gerakines e colegas, do Departamento de Física da Universidade do Alabama, criaram moléculas orgânicas de misturas congeladas (a 20-100 K) por radiação com prótons com uma densidade de energia de 0,8 MeV e por fotólise com UV radiação com uma densidade de energia de 6-10 eV.

Cientistas da NASA criaram macromoléculas complexas sob condições de microgravidade. Afirmam que é mais simples criar moléculas complexas sob condições de microgravidade do que sob a influência da gravidade terrestre.

PROJETOS EXOBIOLÓGICOS OU ASTROBIOLÓGICOS:

A Divisão de Astrobiologia da NASA, agora com um novo diretor, investigará lugares com nascentes perenes na Terra, o que nos permitiria conhecer a freqüência e a distribuição da microbiota. Isso nos ajudaria a descobrir lugares com água líquida em outros mundos.

Vamos tentar com microglobulas sintetizadas por meios abióticos para encontrar o fator que poderia favorecer a transição súbita e descontinuada nas microesferas, de uma configuração de baixa densidade de energia para uma configuração de alta densidade de energia, sem passar por configurações intermediárias. Continuará a exploração de planetas extrasolares semelhantes à Terra.

Além disso, estenderemos o estudo da possível fotoquímica prebiótica da Terra primitiva para verificar as condições em atmosferas redutoras de outros planetas ou corpos siderais onde os seres vivos possam estar emergindo.

Nos próximos 25 anos, a investigação astrobiológica será focada em corpos siderais relativamente próximos, como Marte, Vênus, Encélado, Titã e Europa.

O SETI insistirá em sua perspectiva de registrar sinais de radiocomunicação emitidos por culturas extraterrestres, com um novo diretor, com registros financeiros reduzidos a 50% e com milhares de usuários do programa SETI lutando para serem os vencedores do grande prêmio por detectar o primeiro sinal de rádio de uma civilização astral.

ESTAMOS SOZINHOS?

Até agora, sabemos que estamos sozinhos neste lado do Cosmos. No entanto, pode ser que não sejamos os únicos seres vivos “solitários” no Cosmos. Talvez, neste momento, em um corpo sideral mal aquecido por uma pequena estrela, ou em um mundo iluminado por um sistema estelar binário ou múltiplo, alguém esteja perguntando a si mesmo (a ele, a ela ou a ambos) a mesma coisa.

Se a humanidade cuida da própria humanidade, atende seus irmãos não humanos, aqueles que mal pensam ou não pensam e cuidam das coisas não-vivas, o futuro da Astrobiologia é promissor… sempre que exploramos o que temos explorar, em lugares viáveis ​​a serem explorados.

Nasif Nahle Sabag

New Braunfels, TX.

27 de julho de 2006

 

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ESCOLAS DE EXOBIOLOGIA

Recursos em Exobiologia / Astrobiologia na Web:

http://www.factbites.com/topics/Exobiology

UCLA (Universidade da Califórnia em Los Angeles) Centro de Astrobiologia do IGPP. Instituto de Astrobiologia da NASA. Registre-se em http://www.astrobiology.ucla.edu/pages/grad.html

Universidade do Havaí. Escola de Inverno de Astrobiologia. Honolulu, olá. Cursos de inverno organizados pela NASA. Preferência para estudantes de graduação (bacharéis).

Universidade de Estocolmo. Escola de Pós-Graduação em Astrobiologia. Os alunos serão formalmente alocados para Física, Geologia e Geoquímica ou Biologia Molecular.

http://www.astrobiology.physto.se/Structure.htm

Universidade de Cardiff. Cardiff, Inglaterra. Pós-graduados. Custos Internacionais: £ 10, 950,00. Aplique em:

http://www.cardiff.ac.uk/for/prospective/postgrad/apply/index.html

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O Método Científico – Metodologia

Como a geologia, a física e a química, a biologia é uma ciência que reúne conhecimento sobre o mundo natural. Especificamente, a biologia é o estudo da vida. As descobertas da biologia são feitas por uma comunidade de pesquisadores que trabalham individualmente e juntos usando métodos combinados. Nesse sentido, a biologia, como todas as ciências, é um empreendimento social como a política ou as artes. Os métodos da ciência incluem observação cuidadosa, manutenção de registros, raciocínio lógico e matemático, experimentação e submissão de conclusões ao escrutínio de outros.

A ciência também requer considerável imaginação e criatividade; um experimento bem projetado é comumente descrito como elegante ou belo. Como a política, a ciência tem implicações práticas consideráveis ​​e algumas ciências são dedicadas a aplicações práticas, como a prevenção de doenças. Outra ciência procede em grande parte motivada pela curiosidade. Qualquer que seja seu objetivo, não há dúvida de que a ciência, incluindo a biologia, transformou a existência humana e continuará a fazê-lo.

Micrografia eletrônica de varredura mostra bactérias E. coli agregadas.
Os biólogos podem optar por estudar Escherichia coli ( E. coli ), uma bactéria que é um residente normal do nosso trato digestivo, mas que às vezes também é responsável por surtos de doenças. Nesta micrografia, a bactéria é visualizada usando um microscópio eletrônico de varredura e colorização digital. (crédito: Eric Erbe; colorização digital por Christopher Pooley, USDA-ARS)

A natureza da ciência

Biologia é uma ciência, mas o que exatamente é ciência? O que o estudo da biologia compartilha com outras disciplinas científicas? A ciência (do latim scientia, que significa “conhecimento”) pode ser definida como conhecimento sobre o mundo natural.

A ciência é uma forma muito específica de aprender ou conhecer o mundo. A história dos últimos 500 anos demonstra que a ciência é uma maneira muito poderosa de conhecer o mundo; é em grande parte responsável pelas revoluções tecnológicas que ocorreram durante esse período. Existem, no entanto, áreas de conhecimento e experiência humana às quais os métodos da ciência não podem ser aplicados.

Estes incluem coisas como responder a questões puramente morais, questões estéticas ou o que geralmente pode ser categorizado como questões espirituais. A ciência não pode investigar essas áreas porque elas estão fora do reino dos fenômenos materiais, dos fenômenos da matéria e da energia, e não podem ser observadas e medidas.

método científico é um método de pesquisa com etapas definidas que incluem experimentos e observação cuidadosa. As etapas do método científico serão examinadas em detalhes posteriormente, mas um dos aspectos mais importantes desse método é o teste de hipóteses.

Uma hipótese é uma explicação sugerida para um evento, que pode ser testado. Hipóteses, ou explicações tentativas, são geralmente produzidas dentro do contexto de uma teoria científica . Uma teoria científica é uma explicação geralmente aceita, exaustivamente testada e confirmada para um conjunto de observações ou fenômenos.

A teoria científica é a base do conhecimento científico. Além disso, em muitas disciplinas científicas (menos na biologia) existem leis científicas, muitas vezes expressa em fórmulas matemáticas, que descrevem como os elementos da natureza se comportarão sob certas condições específicas. Não há uma evolução de hipóteses através de teorias para leis como se elas representassem algum aumento na certeza sobre o mundo.

As hipóteses são o material do dia-a-dia com o qual os cientistas trabalham e são desenvolvidas dentro do contexto das teorias. As leis são descrições concisas de partes do mundo que são passíveis de descrição estereotipada ou matemática.

Para entender melhor veja também:

Ciências Naturais

O que você esperaria ver em um museu de ciências naturais? Sapos? Plantas? Esqueletos de dinossauros? Exibe sobre como o cérebro funciona? Um planetário? Gemas e minerais? Ou talvez todos os itens acima? A ciência inclui campos tão diversos como astronomia, biologia, ciências da computação, geologia, lógica, física, química e matemática. No entanto, os campos da ciência relacionados ao mundo físico e seus fenômenos e processos são considerados ciências naturais . Assim, um museu de ciências naturais pode conter qualquer um dos itens listados acima.

Alguns campos da ciência incluem astronomia, biologia, ciência da computação, geologia, lógica, física, química e matemática. (crédito: "Editor de Imagens / Flickr)"
Alguns campos da ciência incluem astronomia, biologia, ciência da computação, geologia, lógica, física, química e matemática. (crédito: “Editor de imagens” / Flickr)

Não há acordo completo quando se trata de definir o que as ciências naturais incluem. Para alguns especialistas, as ciências naturais são astronomia, biologia, química, ciências da terra e física. Outros estudiosos escolhem dividir as ciências naturais em ciências da vida , que estudam os seres vivos e incluem a biologia e as ciências físicas , que estudam matéria não- viva e incluem astronomia, física e química. Algumas disciplinas, como biofísica e bioquímica, baseiam-se em duas ciências e são interdisciplinares.

Inquérito científico

Uma coisa é comum a todas as formas de ciência: um objetivo final “conhecer”. A curiosidade e a investigação são as forças motrizes para o desenvolvimento da ciência. Os cientistas procuram entender o mundo e o modo como ele opera. Dois métodos de pensamento lógico são usados: raciocínio indutivo e raciocínio dedutivo.

Raciocínio indutivoé uma forma de pensamento lógico que usa observações relacionadas para chegar a uma conclusão geral. Esse tipo de raciocínio é comum na ciência descritiva. Um cientista da vida, como um biólogo, faz observações e registra-as.

Esses dados podem ser qualitativos (descritivos) ou quantitativos (consistindo de números), e os dados brutos podem ser complementados com desenhos, imagens, fotos ou vídeos. De muitas observações, o cientista pode inferir conclusões (induções) baseadas em evidências.

O raciocínio indutivo envolve a formulação de generalizações inferidas da observação cuidadosa e da análise de uma grande quantidade de dados. Estudos do cérebro geralmente funcionam dessa maneira. Muitos cérebros são observados enquanto as pessoas estão fazendo uma tarefa. A parte do cérebro que se acende, indicando atividade, é então demonstrada como a parte que controla a resposta a essa tarefa.

Raciocínio dedutivo ou dedução é o tipo de lógica usada na ciência baseada em hipóteses. No raciocínio dedutivo, o padrão de pensamento se move na direção oposta quando comparado ao raciocínio indutivo.

Raciocínio dedutivoé uma forma de pensamento lógico que usa um princípio geral ou lei para prever resultados específicos. A partir desses princípios gerais, um cientista pode extrapolar e prever os resultados específicos que seriam válidos, desde que os princípios gerais sejam válidos. Por exemplo, uma previsão seria que, se o clima está se tornando mais quente em uma região, a distribuição de plantas e animais deve mudar.

Comparações foram feitas entre distribuições no passado e no presente, e as muitas mudanças que foram encontradas são consistentes com um clima mais quente. Encontrar a mudança na distribuição é uma evidência de que a conclusão da mudança climática é válida.

Ambos os tipos de pensamento lógico estão relacionados aos dois principais caminhos do estudo científico: ciência descritiva e ciência baseada em hipóteses. ciência descritiva (ou descoberta) visa observar, explorar e descobrir, enquanto a ciência baseada em hipóteses começa com uma questão ou problema específico e uma resposta ou solução em potencial que pode ser testada.

A fronteira entre essas duas formas de estudo é muitas vezes confusa, porque a maioria dos esforços científicos combina as duas abordagens. As observações levam a perguntas, as questões levam a formar uma hipótese como uma possível resposta para essas questões e, em seguida, a hipótese é testada. Assim, a ciência descritiva e a ciência baseada em hipóteses estão em diálogo contínuo.

Testando hipóteses

Os biólogos estudam o mundo dos vivos colocando questões sobre ele e buscando respostas baseadas na ciência. Essa abordagem é comum a outras ciências e é frequentemente referida como o método científico. O método científico foi usado até mesmo nos tempos antigos, mas foi documentado pela primeira vez por Sir Francis Bacon (1561-1626), da Inglaterra ( Figura ), que estabeleceu métodos indutivos para a investigação científica. O método científico não é usado exclusivamente pelos biólogos, mas pode ser aplicado a quase tudo como um método lógico de solução de problemas.

A pintura retrata Sir Francis Bacon em um longo manto.
Sir Francis Bacon é creditado como sendo o primeiro a documentar o método científico.

O processo científico geralmente começa com uma observação (geralmente um problema a ser resolvido) que leva a uma questão. Vamos pensar em um problema simples que comece com uma observação e aplique o método científico para resolver o problema. Numa manhã de segunda-feira, um aluno chega à aula e rapidamente descobre que a sala de aula está muito quente. Essa é uma observação que também descreve um problema: a sala de aula é muito quente. O aluno então faz uma pergunta: “Por que a sala de aula é tão quente?”

Lembre-se de que uma hipótese é uma explicação sugerida que pode ser testada. Para resolver um problema, várias hipóteses podem ser propostas. Por exemplo, uma hipótese pode ser: “A sala de aula é quente porque ninguém ligou o ar condicionado”. Mas poderia haver outras respostas à pergunta e, portanto, outras hipóteses podem ser propostas. Uma segunda hipótese pode ser: “A sala de aula é quente porque há uma falha de energia e, portanto, o ar-condicionado não funciona”.

Uma vez que uma hipótese tenha sido selecionada, uma previsão pode ser feita. Uma previsão é semelhante a uma hipótese, mas normalmente tem o formato “Se. . . então . . . .”Por exemplo, a previsão para a primeira hipótese poderia ser:‘ Se o aluno liga o ar condicionado, em seguida, a sala de aula não será mais quente demais’.

Uma hipótese deve ser testável para garantir que seja válida. Por exemplo, uma hipótese que depende do que um urso pensa não é testável, porque nunca se sabe o que um urso pensa. Também deve ser falsificável , o que significa que pode ser refutado por resultados experimentais. Um exemplo de uma hipótese infalsificável é “ Nascimento de Vênus de Botticellié lindo. ”Não há experimento que mostre essa afirmação como falsa.

Para testar uma hipótese, um pesquisador realizará um ou mais experimentos destinados a eliminar uma ou mais das hipóteses. Isso é importante. Uma hipótese pode ser refutada ou eliminada, mas nunca pode ser provada. A ciência não lida com provas como matemática.

Se uma experiência falha em refutar uma hipótese, então encontramos apoio para essa explicação, mas isso não quer dizer que, no futuro, uma explicação melhor não será encontrada, ou uma experiência mais cuidadosamente planejada será encontrada para falsificar a hipótese.

Cada experimento terá uma ou mais variáveis ​​e um ou mais controles. Uma variável é qualquer parte do experimento que pode variar ou mudar durante o experimento. Um controleé uma parte da experiência que não muda. Procure as variáveis ​​e controles no exemplo a seguir.

Como exemplo simples, um experimento pode ser conduzido para testar a hipótese de que o fosfato limita o crescimento de algas em lagoas de água doce. Uma série de tanques artificiais são preenchidos com água e metade deles são tratados pela adição de fosfato a cada semana, enquanto a outra metade é tratada pela adição de um sal que é conhecido por não ser usado por algas.

A variável aqui é o fosfato (ou falta de fosfato), os casos experimentais ou de tratamento são os tanques com fosfato adicionado e os tanques de controle são aqueles com algo inerte adicionado, como o sal. Apenas adicionar algo também é um controle contra a possibilidade de que adicionar matéria extra à lagoa tenha um efeito. Se as lagoas tratadas mostrarem menor crescimento de algas, então encontramos o suporte para nossa hipótese. Se não o fizerem, rejeitamos nossa hipótese.

Esteja ciente de que rejeitar uma hipótese não determina se as outras hipóteses podem ou não ser aceitas; simplesmente elimina uma hipótese que não é válida (Figura ). Usando o método científico, as hipóteses que são inconsistentes com os dados experimentais são rejeitadas.

CONEXÃO VISUAL
Um fluxograma mostra as etapas do método científico. Na etapa 1, uma observação é feita. Na etapa 2, uma pergunta é feita sobre a observação. Na etapa 3, uma resposta à pergunta, chamada de hipótese, é proposta. Na etapa 4, uma previsão é feita com base na hipótese. Na etapa 5, um experimento é feito para testar a previsão. Na etapa 6, os resultados são analisados ​​para determinar se a hipótese é suportada ou não. Se a hipótese não for suportada, outra hipótese é feita. Em ambos os casos, os resultados são relatados.
O método científico é uma série de etapas definidas que incluem experimentos e observação cuidadosa. Se uma hipótese não é suportada por dados, uma nova hipótese pode ser proposta.

No exemplo abaixo, o método científico é usado para resolver um problema cotidiano. Qual parte no exemplo abaixo é a hipótese? Qual é a previsão? Com base nos resultados do experimento, a hipótese é apoiada? Se não for suportado, proponha algumas hipóteses alternativas.

  1. Minha torradeira não brinda meu pão.
  2. Por que minha torradeira não funciona?
  3. Há algo errado com a tomada elétrica.
  4. Se algo estiver errado com a tomada, minha cafeteira também não funcionará quando conectada a ela.
  5. Eu conecto minha cafeteira na tomada.
  6. Minha cafeteira funciona.

Na prática, o método científico não é tão rígido e estruturado como poderia parecer à primeira vista. Às vezes, um experimento leva a conclusões que favorecem uma mudança de abordagem; muitas vezes, um experimento traz questões científicas inteiramente novas para o quebra-cabeça. Muitas vezes, a ciência não opera de maneira linear; em vez disso, os cientistas continuamente fazem inferências e fazem generalizações, encontrando padrões à medida que suas pesquisas prosseguem. O raciocínio científico é mais complexo do que o método científico sozinho sugere.

Ciência Básica e Aplicada

A comunidade científica vem debatendo nas últimas décadas sobre o valor de diferentes tipos de ciência. É valioso buscar a ciência apenas para obter conhecimento, ou o conhecimento científico só vale a pena se pudermos aplicá-lo para resolver um problema específico ou melhorar nossas vidas? Esta questão concentra-se nas diferenças entre dois tipos de ciência: ciência básica e ciência aplicada.

A ciência básica ou a ciência “pura” procura expandir o conhecimento, independentemente da aplicação de curto prazo desse conhecimento. Não está focado no desenvolvimento de um produto ou serviço de valor público ou comercial imediato. O objetivo imediato da ciência básica é o conhecimento pelo conhecimento, embora isso não signifique que, no final, isso não resulte em uma aplicação.

Em contraste, ciência aplicada ou “tecnologia”, tem como objetivo usar a ciência para resolver problemas do mundo real, possibilitando, por exemplo, melhorar o rendimento de culturas, encontrar uma cura para uma doença específica ou salvar animais ameaçados por um desastre natural. . Na ciência aplicada, o problema é geralmente definido para o pesquisador.

Alguns indivíduos podem perceber a ciência aplicada como “útil” e a ciência básica como “inútil”. Uma pergunta que essas pessoas poderiam fazer a um cientista defendendo a aquisição de conhecimento seria: “Para quê?” Um olhar cuidadoso na história da ciência, no entanto, revela Esse conhecimento básico resultou em muitas aplicações notáveis ​​de grande valor.

Muitos cientistas pensam que uma compreensão básica da ciência é necessária antes que uma aplicação seja desenvolvida; Portanto, a ciência aplicada depende dos resultados gerados pela ciência básica. Outros cientistas acham que é hora de partir da ciência básica e encontrar soluções para problemas reais. Ambas as abordagens são válidas. É verdade que existem problemas que exigem atenção imediata; entretanto, poucas soluções seriam encontradas sem a ajuda do conhecimento gerado pela ciência básica.

Um exemplo de como a ciência básica e aplicada pode trabalhar em conjunto para resolver problemas práticos ocorridos após a descoberta da estrutura do DNA levou a uma compreensão dos mecanismos moleculares que governam a replicação do DNA. Fios de DNA, únicos em todos os humanos, são encontrados em nossas células, onde fornecem as instruções necessárias para a vida.

Durante a replicação do DNA, novas cópias do DNA são feitas, pouco antes de uma célula se dividir para formar novas células. A compreensão dos mecanismos de replicação do DNA permitiu que os cientistas desenvolvessem técnicas laboratoriais que agora são usadas para identificar doenças genéticas, identificar pessoas que estavam em uma cena de crime e determinar a paternidade. Sem ciência básica, é improvável que a ciência aplicada existisse.

Outro exemplo da ligação entre pesquisa básica e aplicada é o Projeto Genoma Humano, um estudo no qual cada cromossomo humano foi analisado e mapeado para determinar a seqüência precisa de subunidades de DNA e a localização exata de cada gene. (O gene é a unidade básica da hereditariedade; a coleção completa de genes de um indivíduo é o seu genoma.)

Outros organismos também foram estudados como parte deste projeto para obter uma melhor compreensão dos cromossomos humanos. O Projeto Genoma Humano ( Figura ) contou com pesquisa básica realizada com organismos não humanos e, posteriormente, com o genoma humano. Um objetivo final importante acabou se tornando o uso dos dados para pesquisas aplicadas que buscam curas para doenças geneticamente relacionadas.

O logotipo do projeto genoma humano é mostrado, representando um ser humano dentro de uma dupla hélice de DNA. As palavras química, biologia, física, ética, informática e engenharia cercam a imagem circular.
O Projeto Genoma Humano foi um esforço colaborativo de 13 anos entre pesquisadores que trabalham em vários campos da ciência. O projeto foi concluído em 2003. (crédito: o Departamento de Programas Genoma de Energia dos EUA)

Embora os esforços de pesquisa em ciência básica e ciência aplicada sejam geralmente cuidadosamente planejados, é importante notar que algumas descobertas são feitas pela serendipidade, isto é, por meio de um feliz acidente ou uma surpresa feliz.

A penicilina foi descoberta quando o biólogo Alexander Fleming acidentalmente deixou uma placa de Petri de bactérias Staphylococcus abertas. Um molde indesejado cresceu, matando as bactérias. O molde acabou por ser Penicillium , e um novo antibiótico foi descoberto. Mesmo no mundo altamente organizado da ciência, a sorte – quando combinada com uma mente curiosa e observadora – pode levar a avanços inesperados.

Reportando Trabalho Científico

Quer a pesquisa científica seja ciência básica ou ciência aplicada, os cientistas devem compartilhar suas descobertas para que outros pesquisadores expandam e desenvolvam suas descobertas. A comunicação e a colaboração dentro e entre as sub-disciplinas da ciência são fundamentais para o avanço do conhecimento na ciência. Por essa razão, um aspecto importante do trabalho de um cientista é divulgar os resultados e se comunicar com os colegas.

Os cientistas podem compartilhar resultados apresentando-os em uma reunião ou conferência científica, mas essa abordagem pode alcançar apenas os poucos que estão presentes. Em vez disso, a maioria dos cientistas apresenta seus resultados em artigos revisados ​​por pares publicados em revistas científicas. Artigos revisados ​​por pares são artigos científicos que são revisados, geralmente anonimamente pelos colegas de um cientista, ou colegas.

Esses colegas são indivíduos qualificados, geralmente especialistas na mesma área de pesquisa, que julgam se o trabalho do cientista é ou não adequado para publicação. O processo de revisão por pares ajuda a garantir que a pesquisa descrita em um artigo científico ou proposta de concessão seja original, significativa, lógica e completa. Propostas de subsídios, que são pedidos de financiamento para pesquisa, também estão sujeitas a revisão por pares.

Os cientistas publicam seu trabalho para que outros cientistas possam reproduzir seus experimentos em condições semelhantes ou diferentes para ampliar as descobertas. Os resultados experimentais devem ser consistentes com os achados de outros cientistas.

Há muitos periódicos e a imprensa popular que não usam um sistema de revisão por pares. Um grande número de periódicos de acesso aberto on-line, periódicos com artigos disponíveis sem custo, agora estão disponíveis, muitos dos quais usam sistemas rigorosos de revisão por pares, mas alguns deles não. Os resultados de quaisquer estudos publicados nesses fóruns sem revisão por pares não são confiáveis ​​e não devem servir de base para outros trabalhos científicos. Em uma exceção, os periódicos podem permitir que um pesquisador cite uma comunicação pessoal de outro pesquisador sobre resultados não publicados com a permissão do autor citado.

Resumo da seção

Biologia é a ciência que estuda organismos vivos e suas interações entre si e com seus ambientes. A ciência tenta descrever e compreender a natureza do universo no todo ou em parte. A ciência tem muitos campos; os campos relacionados ao mundo físico e seus fenômenos são considerados ciências naturais.

Uma hipótese é uma tentativa de explicação para uma observação. Uma teoria científica é uma explicação bem testada e consistentemente verificada para um conjunto de observações ou fenômenos. Uma lei científica é uma descrição, muitas vezes na forma de uma fórmula matemática, do comportamento de um aspecto da natureza sob certas circunstâncias.

Dois tipos de raciocínio lógico são usados ​​na ciência. O raciocínio indutivo usa resultados para produzir princípios científicos gerais. O raciocínio dedutivo é uma forma de pensamento lógico que prediz resultados aplicando princípios gerais. O traço comum em toda a pesquisa científica é o uso do método científico. Os cientistas apresentam seus resultados em artigos científicos revisados ​​por pares publicados em revistas científicas.

A ciência pode ser básica ou aplicada. O principal objetivo da ciência básica é expandir o conhecimento sem qualquer expectativa de aplicação prática a curto prazo desse conhecimento. O principal objetivo da pesquisa aplicada, no entanto, é resolver problemas práticos.

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Termos e Conceitos de Biologia

Biologia é a ciência que estuda a vida. O que exatamente é a vida? Isso pode soar como uma pergunta tola com uma resposta óbvia, mas não é fácil definir a vida. Por exemplo, um ramo da biologia chamado vírus da virologia estuda, que exibe algumas das características de entidades vivas, mas falta outras. Acontece que, embora os vírus possam atacar organismos vivos, causar doenças e até se reproduzir, eles não atendem aos critérios que os biólogos usam para definir a vida.

Desde seus primórdios, a biologia tem lutado com quatro questões: Quais são as propriedades compartilhadas que tornam algo “vivo”? Como esses vários seres vivos funcionam? Quando nos deparamos com a notável diversidade da vida, como organizamos os diferentes tipos de organismos para melhor compreendê-los? E, finalmente, o que os biólogos acabam procurando entender – como surgiu essa diversidade e como ela continua? À medida que novos organismos são descobertos todos os dias, os biólogos continuam buscando respostas para essas e outras questões.

Propriedades da Vida

Todos os grupos de organismos vivos compartilham várias características ou funções principais: ordem, sensibilidade ou resposta a estímulos, reprodução, adaptação, crescimento e desenvolvimento, regulação, homeostase e processamento de energia. Quando vistas juntas, essas oito características servem para definir a vida.

Ordem

Organismos são estruturas altamente organizadas que consistem em uma ou mais células. Mesmo muito simples, os organismos unicelulares são incrivelmente complexos. Dentro de cada célula, os átomos formam moléculas. Estes, por sua vez, formam componentes celulares ou organelas.

Os organismos multicelulares, que podem consistir em milhões de células individuais, têm uma vantagem sobre os organismos unicelulares, na medida em que suas células podem ser especializadas para realizar funções específicas e até sacrificadas em certas situações para o bem do organismo como um todo. Como essas células especializadas se juntam para formar órgãos como o coração, o pulmão ou a pele em organismos como o sapo mostrado na Figura serão discutidos mais adiante.

Uma foto mostra um sapo de cor clara coberto de pontos verdes brilhantes.
Um sapo representa uma estrutura altamente organizada que consiste em células, tecidos, órgãos e sistemas de órgãos. (crédito: “Ivengo (RUS)” / Wikimedia Commons)
Para entender melhor veja também:

Sensibilidade ou Resposta aos Estímulos

Organismos respondem a diversos estímulos. Por exemplo, as plantas podem dobrar em direção a uma fonte de luz ou responder ao toque ( Figura ). Mesmo minúsculas bactérias podem se mover em direção a ou longe de produtos químicos (um processo chamado de quimiotaxia) ou luz (fototaxia). O movimento em direção a um estímulo é considerado uma resposta positiva, enquanto o afastamento de um estímulo é considerado uma resposta negativa.

Uma fotografia da Mimosa pudica mostra uma planta com muitas folhas minúsculas.
As folhas desta planta sensível ( Mimosa pudica ) irão cair e dobrar instantaneamente quando tocadas. Após alguns minutos, a planta retorna ao seu estado normal. (crédito: Alex Lomas)

Reprodução

Os organismos unicelulares se reproduzem primeiro duplicando seu DNA, que é o material genético, e então dividindo-o igualmente à medida que a célula se prepara para se dividir para formar duas novas células. Muitos organismos multicelulares (aqueles compostos por mais de uma célula) produzem células reprodutivas especializadas que formarão novos indivíduos.

Quando a reprodução ocorre, o DNA contendo genes é transmitido para os descendentes de um organismo. Esses genes são a razão pela qual os descendentes pertencerão à mesma espécie e terão características semelhantes às dos pais, como a cor da pele e o tipo sanguíneo.

Adaptação

Todos os organismos vivos exibem um “ajuste” ao seu ambiente. Os biólogos referem-se a este ajuste como adaptação e é uma consequência da evolução pela seleção natural, que opera em todas as linhagens de organismos reprodutores.

Exemplos de adaptações são diversas e únicas, desde Archaea resistente ao calor que vivem em fontes termais ferventes até o comprimento da língua de uma mariposa de alimentação de néctar que corresponde ao tamanho da flor da qual ela se alimenta.

Todas as adaptações aumentam o potencial reprodutivo do indivíduo que as exibe, incluindo sua capacidade de sobreviver para se reproduzir. Adaptações não são constantes. À medida que um ambiente muda, a seleção natural faz com que as características dos indivíduos de uma população acompanhem essas mudanças.

Crescimento e desenvolvimento

Organismos crescem e se desenvolvem de acordo com instruções específicas codificadas por seus genes. Esses genes fornecem instruções que direcionam o crescimento e o desenvolvimento celular, assegurando que os jovens de uma espécie ( Figura ) cresçam para exibir muitas das mesmas características que seus pais.

Uma fotografia retrata quatro gatinhos: um tem um casaco laranja e branco, outro é totalmente preto, o terceiro e quarto casaco preto, branco e laranja, mas com diferentes padrões.
Embora não haja dois parecidos, esses gatinhos herdaram genes de ambos os pais e compartilham muitas das mesmas características. (crédito: Pieter & Renée Lanser)

Regulamento

Mesmo os organismos menores são complexos e exigem múltiplos mecanismos regulatórios para coordenar funções internas, como o transporte de nutrientes, resposta a estímulos e o enfrentamento de tensões ambientais. Por exemplo, sistemas de órgãos, como os sistemas digestivo ou circulatório, desempenham funções específicas, como transportar oxigênio por todo o corpo, remover resíduos, distribuir nutrientes para todas as células e resfriar o corpo.

Homeostase

Para funcionar adequadamente, as células requerem condições adequadas, como temperatura, pH e concentrações adequadas de diversos produtos químicos. Essas condições podem, no entanto, mudar de um momento para o outro.

Os organismos são capazes de manter as condições internas dentro de uma faixa estreita quase que constantemente, apesar das mudanças ambientais, através de um processo chamado homeostase ou “estado estacionário” – a capacidade de um organismo de manter condições internas constantes. Por exemplo, muitos organismos regulam sua temperatura corporal em um processo conhecido como termorregulação.

Organismos que vivem em climas frios, como o urso polar ( Figura), têm estruturas corporais que os ajudam a resistir a baixas temperaturas e a conservar o calor do corpo. Em climas quentes, os organismos têm métodos (como a transpiração em humanos ou ofegantes em cães) que os ajudam a eliminar o excesso de calor corporal.

Esta foto mostra um urso polar branco, peludo.
Os ursos polares e outros mamíferos que vivem em regiões cobertas de gelo mantêm a temperatura corporal gerando calor e reduzindo a perda de calor através de pêlos grossos e uma camada densa de gordura sob a pele. (crédito: “longhorndave” / Flickr)

Processamento de Energia

Todos os organismos (como o condor da Califórnia mostrado na figura ) usam uma fonte de energia para suas atividades metabólicas. Alguns organismos captam energia do Sol e a convertem em energia química nos alimentos; outros usam energia química de moléculas que absorvem.

Esta foto mostra um condor da Califórnia em vôo com uma etiqueta em sua asa.
Muita energia é necessária para um condor da Califórnia voar. A energia química derivada da comida é usada para impulsionar o vôo. Condores da Califórnia são uma espécie em extinção; cientistas tentaram colocar uma etiqueta de asa em cada ave para ajudá-los a identificar e localizar cada ave individualmente. (crédito: Pacific Southwest Region US Fish and Wildlife)

Níveis de organização de coisas vivas

As coisas vivas são altamente organizadas e estruturadas, seguindo uma hierarquia em escala de pequena a grande. O átomo é a menor e mais fundamental unidade de matéria. Consiste em um núcleo cercado por elétrons.

Átomos formam moléculas. Uma molécula é uma estrutura química que consiste em pelo menos dois átomos mantidos juntos por uma ligação química. Muitas moléculas que são biologicamente importantes são macromoléculas , moléculas grandes que são tipicamente formadas pela combinação de unidades menores chamadas monômeros. Um exemplo de uma macromolécula é o ácido desoxirribonucleico (DNA) ( Figura ), que contém as instruções para o funcionamento do organismo que o contém.

O modelo molecular descreve uma molécula de DNA, mostrando sua estrutura de dupla hélice.
Uma molécula, como essa grande molécula de DNA, é composta de átomos. (crédito: “Brian0918” / Wikimedia Commons)

Algumas células contêm agregados de macromoléculas rodeados por membranas; estes são chamados organelas . Organelas são pequenas estruturas que existem dentro das células e executam funções especializadas.

Todas as coisas vivas são feitas de células; a própria célula é a menor unidade fundamental de estrutura e função nos organismos vivos. (Esse requisito é por que os vírus não são considerados vivos: eles não são feitos de células. Para criar novos vírus, eles precisam invadir e sequestrar uma célula viva; só então conseguem os materiais de que precisam para se reproduzir). uma única célula e outras são multicelulares.

As células são classificadas como procarióticas ou eucarióticas. Procariontessão organismos unicelulares que não possuem organelas circundados por uma membrana e não possuem núcleos circundados por membranas nucleares; Em contraste, as células dos eucariotos têm organelas e núcleos ligados à membrana.

Na maioria dos organismos multicelulares, as células se combinam para formar tecidos , que são grupos de células semelhantes realizando a mesma função. Órgãos são coleções de tecidos agrupados com base em uma função comum.

Os órgãos estão presentes não apenas em animais, mas também em plantas. Um sistema de órgãos é um nível superior de organização que consiste em órgãos funcionalmente relacionados. Por exemplo, os animais vertebrados têm muitos sistemas de órgãos, como o sistema circulatório que transporta o sangue por todo o corpo e de e para os pulmões; Inclui órgãos como o coração e os vasos sanguíneos.

Organismos são entidades vivas individuais. Por exemplo, cada árvore em uma floresta é um organismo. Procariontes unicelulares e eucariotos unicelulares são também considerados organismos e são tipicamente referidos como microrganismos.

CONEXÃO VISUAL
Um fluxograma mostra a hierarquia dos organismos vivos. Do menor para o maior, essa hierarquia inclui: 1 Um átomo, com prótons, nêutrons e elétrons. 2 Moléculas como o fosfolipídio mostrado, composto de átomos. 3 Organelas, como o aparelho e os núcleos de Golgi, que existem dentro das células. 4 Células, como um glóbulo vermelho. 5 Tecidos, como tecido da pele humana. 6 Órgãos como o estômago e o intestino compõem o sistema digestivo humano, um exemplo de sistema orgânico. 7 Organismos, populações e comunidades. Em um parque, cada pessoa é um organismo. Juntos, todas as pessoas compõem uma população. Todas as espécies de plantas e animais do parque formam uma comunidade. 8 Ecossistemas: O ecossistema do Central Park, em Nova York, inclui organismos vivos e o ambiente em que eles vivem. 9 A biosfera: abrange todos os ecossistemas da Terra.
De um átomo a toda a Terra, a biologia examina todos os aspectos da vida. (crédito “molécula”: modificação do trabalho por Jane Whitney; crédito “organelas”: modificação do trabalho por Louisa Howard; crédito “células”: modificação do trabalho por Bruce Wetzel, Harry Schaefer, Instituto Nacional do Câncer; crédito “tecido”: modificação de trabalho por “Kilbad” / Wikimedia Commons; “órgãos” de crédito: modificação de trabalho de Mariana Ruiz Villareal, Joaquim Alves Gaspar; “organismos” de crédito: modificação do trabalho de Peter Dutton; “ecossistema” de crédito: modificação do trabalho por “gigi4791 “/ Biografia do Flickr; crédito”: modificação do trabalho pela NASA)

Qual das seguintes afirmações é falsa?

  1. Existem tecidos dentro de órgãos que existem dentro de sistemas de órgãos.
  2. As comunidades existem dentro das populações que existem dentro dos ecossistemas.
  3. Organelas existem dentro das células que existem dentro dos tecidos.
  4. As comunidades existem dentro dos ecossistemas que existem na biosfera.

Todos os indivíduos de uma espécie que vivem dentro de uma área específica são chamados coletivamente de população . Por exemplo, uma floresta pode incluir muitos pinheiros brancos. Todos esses pinheiros representam a população de pinheiros brancos nesta floresta.

Diferentes populações podem viver na mesma área específica. Por exemplo, a floresta com os pinheiros inclui populações de plantas com flores e também insetos e populações microbianas. Uma comunidade é o conjunto de populações que habitam uma área específica. Por exemplo, todas as árvores, flores, insetos e outras populações em uma floresta formam a comunidade da floresta. A floresta em si é um ecossistema. Um ecossistemaConsiste em todos os seres vivos de uma determinada área, juntamente com as partes abióticas ou não-vivas do ambiente, como o nitrogênio no solo ou a água da chuva. No nível mais alto de organização ( Figura ), a biosfera é a coleção de todos os ecossistemas e representa as zonas da vida na Terra. Inclui terra, água e porções da atmosfera.

A diversidade da vida

A ciência da biologia é muito ampla porque existe uma tremenda diversidade de vida na Terra. A fonte dessa diversidade é a evolução , o processo de mudança gradual durante o qual novas espécies surgem de espécies mais antigas. Os biólogos evolucionistas estudam a evolução dos seres vivos em tudo, desde o mundo microscópico até os ecossistemas.

No século XVIII, um cientista chamado Carl Linnaeus propôs pela primeira vez organizar as espécies conhecidas de organismos em uma taxonomia hierárquica. Neste sistema, espécies que são mais semelhantes entre si são reunidas dentro de um agrupamento conhecido como gênero. Além disso, gêneros semelhantes (o plural do gênero) são reunidos dentro de uma família.

Esse agrupamento continua até que todos os organismos sejam reunidos em grupos no mais alto nível. O sistema taxonômico atual tem agora oito níveis em sua hierarquia, do mais baixo ao mais alto, eles são: espécie, gênero, família, ordem, classe, filo, reino, domínio. Assim, as espécies são agrupadas dentro dos gêneros, os gêneros são agrupados dentro das famílias, as famílias são agrupadas dentro das ordens e assim por diante ( Figura ).

Um gráfico mostra os oito níveis de hierarquia taxonômica para o cão Canis lupus.
Este diagrama mostra os níveis de hierarquia taxonômica para um cão, da mais ampla categoria – domínio – às espécies mais específicas.

O nível mais alto, domínio, é uma adição relativamente nova ao sistema desde os anos 90. Os cientistas agora reconhecem três domínios da vida, o Eukarya, o Archaea e as Bactérias. O domínio Eukarya contém organismos que possuem células com núcleos. Inclui os reinos de fungos, plantas, animais e vários reinos de protistas.

Os Archaea, são organismos unicelulares sem núcleo e incluem muitos extremófilos que vivem em ambientes hostis como fontes termais. As Bactérias são outro grupo bastante diferente de organismos unicelulares sem núcleo. Tanto a Archaea quanto a Bactéria são procariontes, um nome informal para células sem núcleo.

O reconhecimento nos anos 1990 de que certas “bactérias”, agora conhecidas como Archaea, eram tão diferentes geneticamente e bioquimicamente de outras células bacterianas quanto eram de eucariotos, motivaram a recomendação de dividir a vida em três domínios. Essa mudança dramática em nosso conhecimento da árvore da vida demonstra que as classificações não são permanentes e mudam quando novas informações se tornam disponíveis.

Além do sistema taxonômico hierárquico, Linnaeus foi o primeiro a nomear organismos usando dois nomes únicos, agora chamados de sistema de nomenclatura binomial. Antes de Linnaeus, o uso de nomes comuns para se referir a organismos causou confusão, porque havia diferenças regionais nesses nomes comuns. Os nomes binomiais consistem no nome do gênero (que é capitalizado) e o nome da espécie (todos em letras minúsculas).

Ambos os nomes são definidos em itálico quando são impressos. Cada espécie recebe um binômio único que é reconhecido em todo o mundo, para que um cientista em qualquer local possa saber a que organismo está sendo referido. Por exemplo, o gaio-azul-americano é conhecido exclusivamente como Cyanocitta cristata . Nossa espécie é o Homo sapiens .

Fotos retratam: A: células bacterianas. B: uma saída quente natural. C: um girassol. D: um leão.
Essas imagens representam domínios diferentes. A micrografia eletrônica de varredura mostra que (a) as células bacterianas pertencem ao domínio Bacteria, enquanto que os (b) extremófilos, vistos juntos como tapetes coloridos nesta fonte termal, pertencem ao domínio Archaea. Tanto o (c) girassol e (d) leão fazem parte do domínio Eukarya. (credit a: modificação do trabalho do Rocky Mountain Laboratories, NIAID, NIH; crédito b: modificação do trabalho de Steve Jurvetson; crédito c: modificação do trabalho de Michael Arrighi; crédito d: modificação do trabalho de Frank Vassen)

EVOLUÇÃO EM AÇÃO

Carl Woese e a árvore filogenéticaAs relações evolutivas de várias formas de vida na Terra podem ser resumidas em uma árvore filogenética. Uma árvore filogenética é um diagrama que mostra as relações evolutivas entre espécies biológicas baseadas em semelhanças e diferenças em características genéticas ou físicas ou em ambas.
Uma árvore filogenética é composta de pontos de ramificação, nós e ramos. Os nós internos representam ancestrais e são pontos em evolução quando, com base em evidências científicas, acredita-se que um ancestral tenha divergido para formar duas novas espécies. O comprimento de cada ramo pode ser considerado como uma estimativa do tempo relativo.
No passado, os biólogos agrupavam organismos vivos em cinco reinos: animais, plantas, fungos, protistas e bactérias. O trabalho pioneiro do microbiologista americano Carl Woese, no início dos anos 70, mostrou, no entanto, que a vida na Terra evoluiu ao longo de três linhagens, agora chamadas de domínios – Bactéria, Archaea e Eukarya. Woese propôs o domínio como um novo nível taxonômico e Archaea como um novo domínio, para refletir a nova árvore filogenética.
Muitos organismos pertencentes ao domínio Archaea vivem sob condições extremas e são chamados extremófilos. Para construir sua árvore, Woese usou relações genéticas, em vez de semelhanças com base na morfologia (forma). Vários genes foram utilizados em estudos filogenéticos. A árvore de Woese foi construída a partir do sequenciamento comparativo dos genes que são distribuídos universalmente, encontrados em alguma forma ligeiramente alterada em todos os organismos, conservados (significando que esses genes permaneceram apenas ligeiramente alterados ao longo da evolução) e de um comprimento apropriado.

Esta árvore filogenética mostra que os três domínios da vida, bactérias, archaea e eucarya, todos surgiram de um ancestral comum.
Esta árvore filogenética foi construída pelo microbiologista Carl Woese usando relações genéticas. A árvore mostra a separação dos organismos vivos em três domínios: Bactéria, Archaea e Eukarya. Bactérias e Archaea são organismos sem um núcleo ou outras organelas envolvidas por uma membrana e, portanto, são procariontes. (crédito: modificação do trabalho de Eric Gaba)
Para entender melhor veja também:

Ramos do Estudo Biológico

O escopo da biologia é amplo e, portanto, contém muitos ramos e sub-disciplinas. Os biólogos podem buscar uma dessas sub-disciplinas e trabalhar em um campo mais focado. Por exemplo, a biologia molecular estuda processos biológicos em nível molecular, incluindo interações entre moléculas como DNA, RNA e proteínas, bem como a maneira como elas são reguladas.

Microbiologia é o estudo da estrutura e função dos microrganismos. É um ramo bastante amplo, e dependendo do assunto do estudo, há também fisiologistas microbianos, ecologistas e geneticistas, entre outros.

Outro campo do estudo biológico, a neurobiologia, estuda a biologia do sistema nervoso e, embora seja considerado um ramo da biologia, também é reconhecido como um campo de estudo interdisciplinar conhecido como neurociência. Devido à sua natureza interdisciplinar, esta sub-disciplina estuda diferentes funções do sistema nervoso usando abordagens moleculares, celulares, de desenvolvimento, médicas e computacionais.

A foto mostra cientistas escavando fósseis da terra.
Pesquisadores trabalham na escavação de fósseis de dinossauros em um local em Castellón, na Espanha. (crédito: Mario Modesto)

A paleontologia, outro ramo da biologia, usa fósseis para estudar a história da vida ( Figura). Zoologia e botânica são o estudo de animais e plantas, respectivamente. Os biólogos também podem se especializar como biotecnologistas, ecologistas ou fisiologistas, para citar apenas algumas áreas. Os biotecnólogos aplicam o conhecimento da biologia para criar produtos úteis.

Os ecologistas estudam as interações dos organismos em seus ambientes. Os fisiologistas estudam o funcionamento de células, tecidos e órgãos. Esta é apenas uma pequena amostra dos muitos campos que os biólogos podem seguir. De nossos próprios corpos para o mundo em que vivemos, as descobertas na biologia podem nos afetar de maneiras muito diretas e importantes.

Dependemos dessas descobertas para nossa saúde, nossas fontes de alimento e os benefícios proporcionados pelo nosso ecossistema. Por isso, o conhecimento da biologia pode nos beneficiar na tomada de decisões no nosso dia a dia.

O desenvolvimento da tecnologia no século XX, que continua até hoje, particularmente a tecnologia para descrever e manipular o material genético, o DNA, transformou a biologia. Essa transformação permitirá que os biólogos continuem a compreender a história da vida em maior detalhe, como o corpo humano funciona, nossas origens humanas e como os seres humanos podem sobreviver como uma espécie neste planeta, apesar das tensões causadas por nossos números crescentes.

Os biólogos continuam a decifrar enormes mistérios sobre a vida, sugerindo que só começamos a entender a vida no planeta, sua história e nossa relação com ela. Por essa e outras razões, o conhecimento da biologia adquirido através deste livro e de outras mídias impressas e eletrônicas deve ser um benefício em qualquer campo que você entrar.

CARREIRAS EM AÇÃO

Cientista Forense A ciência forense é a aplicação da ciência para responder questões relacionadas à lei. Biólogos, químicos e bioquímicos podem ser cientistas forenses. Cientistas forenses fornecem evidências científicas para uso em tribunais, e seu trabalho envolve o exame de materiais associados a crimes.

O interesse em ciência forense aumentou nos últimos anos, possivelmente por causa de programas de televisão populares que apresentam cientistas forenses no trabalho. Além disso, o desenvolvimento de técnicas moleculares e o estabelecimento de bancos de dados de DNA atualizaram os tipos de trabalho que os cientistas forenses podem fazer.

Suas atividades de trabalho estão relacionadas principalmente a crimes contra pessoas como assassinato, estupro e agressão. Seu trabalho envolve a análise de amostras, como cabelos, sangue e outros fluidos corporais, e também o processamento de DNA encontrada em muitos ambientes e materiais diferentes. Cientistas forenses também analisam outras evidências biológicas deixadas em cenas de crime, como partes de insetos ou grãos de pólen. Os estudantes que querem seguir carreiras em ciência forense provavelmente serão obrigados a fazer cursos de química e biologia, bem como alguns cursos intensivos de matemática.

A foto mostra um cientista trabalhando em um laboratório.
Este cientista forense trabalha em uma sala de extração de DNA no Laboratório de Investigação Criminal do Exército dos EUA. (crédito: Assuntos Públicos do Comando CID do Exército dos EUA)

Resumo da seção

Biologia é a ciência da vida. Todos os organismos vivos compartilham várias propriedades importantes, como ordem, sensibilidade ou resposta a estímulos, reprodução, adaptação, crescimento e desenvolvimento, regulação, homeostase e processamento de energia.

As coisas vivas são altamente organizadas seguindo uma hierarquia que inclui átomos, moléculas, organelas, células, tecidos, órgãos e sistemas de órgãos. Organismos, por sua vez, são agrupados como populações, comunidades, ecossistemas e a biosfera.

A evolução é a fonte da tremenda diversidade biológica na Terra hoje. Um diagrama chamado árvore filogenética pode ser usado para mostrar as relações evolutivas entre os organismos. A biologia é muito ampla e inclui muitos ramos e sub-disciplinas. Exemplos incluem biologia molecular, microbiologia, neurobiologia, zoologia e botânica, entre outros.

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O que é uma teoria científica

Uma teoria científica é um tipo específico de teoria usada no método científico. O termo “teoria” pode significar algo diferente, dependendo de quem você pergunta.

“A forma como os cientistas usam a palavra ‘teoria’ é um pouco diferente de como é comumente usada no público leigo”, disse Jaime Tanner, professor de biologia no Marlboro College. “A maioria das pessoas usa a palavra ‘teoria’ para significar uma ideia ou pressentimento que alguém tem, mas na ciência a palavra ‘teoria’ refere-se à maneira como interpretamos os fatos.”

Toda teoria científica começa como uma hipótese. Uma hipótese científica é uma solução sugerida para uma ocorrência inexplicada que não se encaixa em uma teoria científica atualmente aceita. Em outras palavras, de acordo com o Merriam-Webster Dictionary , uma hipótese é uma ideia que ainda não foi provada. Se evidências suficientes se acumulam para apoiar uma hipótese , ela passa para a próxima etapa – conhecida como teoria – no método científico e se torna aceita como uma explicação válida de um fenômeno.

Tanner explicou ainda que uma teoria científica é a estrutura para observações e fatos. As teorias podem mudar, ou a maneira como elas são interpretadas podem mudar, mas os fatos em si não mudam. Tanner compara as teorias a uma cesta na qual os cientistas guardam fatos e observações que encontram. A forma dessa cesta pode mudar à medida que os cientistas aprendem mais e incluem mais fatos. “Por exemplo, temos amplas evidências de características em populações que se tornam mais ou menos comuns ao longo do tempo (evolução), então a evolução é um fato, mas as teorias sobre evolução, a maneira como pensamos que todos os fatos caminham juntos pode mudar como novo observações da evolução são feitas “, disse Tanner à Live Science.

Para entender melhor veja também:

A Universidade da Califórnia, Berkley, define uma teoria como “uma explicação ampla e natural para uma ampla gama de fenômenos. As teorias são concisas, coerentes, sistemáticas, preditivas e amplamente aplicáveis, muitas vezes integrando e generalizando muitas hipóteses”.

Qualquer teoria científica deve basear-se num exame cuidadoso e racional dos fatos. Fatos e teorias são duas coisas diferentes. No método científico, há uma clara distinção entre fatos, que podem ser observados e / ou medidos, e teorias, que são explicações e interpretações dos fatos pelos cientistas.

Uma parte importante da teoria científica inclui declarações que têm conseqüências observacionais. Uma boa teoria, como a teoria da gravidade de Newton , tem unidade, o que significa que consiste em um número limitado de estratégias de resolução de problemas que podem ser aplicadas a uma ampla gama de circunstâncias científicas. Outra característica de uma boa teoria é que ela se formou a partir de várias hipóteses que podem ser testadas independentemente.

Uma teoria científica não é o resultado final do método científico; teorias podem ser provadas ou rejeitadas, assim como hipóteses . As teorias podem ser melhoradas ou modificadas à medida que mais informações são reunidas, de modo que a precisão da previsão se torne maior ao longo do tempo.

As teorias são fundamentos para promover o conhecimento científico e para colocar as informações coletadas em uso prático. Os cientistas usam teorias para desenvolver invenções ou encontrar uma cura para uma doença.

Alguns pensam que as teorias se tornam leis, mas teorias e leis têm papéis separados e distintos no método científico. Uma lei é uma descrição de um fenômeno observado no mundo natural que é verdadeiro toda vez que é testado. Não explica porque algo é verdadeiro; Apenas afirma que é verdade. Uma teoria, por outro lado, explica observações que são reunidas durante o processo científico. Assim, enquanto a lei e a teoria fazem parte do processo científico, eles são dois aspectos muito diferentes, de acordo com a National Science Teachers Association.

Um bom exemplo da diferença entre uma teoria e uma lei é o caso de Gregor Mendel . Em sua pesquisa, Mendel descobriu que dois traços genéticos separados apareceriam independentemente uns dos outros em diferentes descendentes. “No entanto, Mendel não sabia nada de DNA ou cromossomos. Foi apenas um século depois que cientistas descobriram DNA e cromossomos – a explicação bioquímica das leis de Mendel”, disse Peter Coppinger, professor associado de biologia e engenharia biomédica da Rose-Hulman. Instituto de Tecnologia. “Foi só então que cientistas, como TH Morgan trabalhando com moscas da fruta, explicaram a Lei da Variedade Independente usando a teoria da herança cromossômica. Ainda hoje, esta é a explicação (teoria) universalmente aceita para a Lei de Mendel”.

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Introdução à Biologia Geral

A palavra biologia significa “estudo da vida”, do grego bios, vida e logos, palavra ou conhecimento. Portanto, Biologia é a ciência das coisas vivas. É por isso que a Biologia é às vezes conhecida como Ciência da Vida. A ciência foi dividida em muitas subdisciplinas, como botânica , bacteriologia, anatomia , zoologia, histologia, micologia, embriologia, parasitologia, genética , biologia molecular , sistemática, imunologia, microbiologia , fisiologia, biologia celular , citologia, ecologia e virologia. Outros ramos da ciência incluem ou são compreendidos em parte de estudos de biologia, incluindo paleontologia , taxonomia, evolução, ficologia, heliologia, protozoologia, entomologia, bioquímica, biofísica, biomatemática, bioengenharia, bio climatologia e antropologia.

Características da vida

Nem todos os cientistas concordam com a definição do que compõe a vida. Várias características descrevem a maioria das coisas vivas. No entanto, com a maioria das características listadas abaixo, podemos pensar em um ou mais exemplos que parecem quebrar a regra, com algo não-vivo sendo classificado como vivo ou algo que vive classificado como não-vivo. Portanto, temos o cuidado de não sermos dogmáticos em nossa tentativa de explicar quais coisas são vivas ou não-vivas.

  • As coisas vivas são compostas de matéria estruturada de maneira ordenada, onde moléculas simples são ordenadas juntas em macromoléculas muito maiores.
  • As coisas vivas são sensíveis, significando que são capazes de responder a estímulos.
  • As coisas vivas são capazes de crescer , se desenvolver e se reproduzir .
  • As coisas vivas são capazes de se adaptar ao longo do tempo pelo processo de seleção natural .
  • Todos os seres vivos conhecidos usam a molécula hereditária, o DNA .
  • As funções internas são coordenadas e reguladas de modo que o ambiente interno de uma coisa viva seja relativamente constante, referido como homeostase .

As coisas vivas são organizadas no nível microscópico, de átomos até células . Os átomos são organizados em moléculas, em seguida, em macromoléculas , que compõem as organelas , que trabalham em conjunto para formar células. Além disso, as células são organizadas em níveis mais altos para formar organismos multicelulares inteiros. Células juntas formam tecidos , que formam órgãos, que fazem parte de sistemas de órgãos, que trabalham juntos para formar um organismo inteiro. Naturalmente, além disso, organismos formam populações que compõem partes de um ecossistema. Todos os ecossistemas da Terra juntos formam o ambiente diverso que é a terra.

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A propriedade emergente é vista na organização biológica da vida, desde o nível subatômico até toda a biosfera. As propriedades emergentes não são exclusivas da vida, mas os sistemas biológicos são muito mais complexos, dificultando o estudo das propriedades emergentes da vida.

A biologia de sistemas é um campo de estudo interdisciplinar baseado em biologia que se concentra em interações complexas dentro de sistemas biológicos, usando uma abordagem holística.

Os biólogos estudam propriedades da vida, com abordagem reducionista e abordagem holística.

Para entender melhor veja também:

Natureza da ciência

A ciência é uma metodologia para aprender sobre o mundo . Envolve a aplicação do conhecimento .

O método científico lida com investigação sistemática , resultados reprodutíveis , formação e teste de hipóteses e raciocínio.

O raciocínio pode ser dividido em duas categorias: indução (dados específicos são usados ​​para desenvolver uma observação ou conclusão generalizada) e dedução (informações gerais levam à conclusão específica). A maior parte do raciocínio na ciência é feito através da indução.

A ciência como a conhecemos hoje surgiu como uma disciplina no século XVII.

Método Científico

O método científico não é um processo linear, passo a passo. É um processo intuitivo, uma metodologia para aprender sobre o mundo através da aplicação do conhecimento. Os cientistas devem ser capazes de ter um “preconceito imaginativo” do que é a verdade. Os cientistas observam e, em seguida, hipotetizam a razão pela qual um fenômeno ocorreu. Eles usam todo o seu conhecimento e um pouco de imaginação, tudo na tentativa de descobrir algo que possa ser verdade. Uma investigação científica típica pode ser assim:

Você observa que uma sala parece escura e você pensa em por que a sala está escura. Na tentativa de encontrar explicações para essa curiosidade, sua mente desvenda várias hipóteses diferentes . Uma hipótese pode afirmar que as luzes estão apagadas. Outro palpite é que a lâmpada do quarto está queimada. Pior ainda, você poderia estar ficando cego. Para descobrir a verdade, você experimenta . Você se sente em volta da sala, encontra um interruptor de luz e o liga. Sem luz. Você repete o experimento, sacudindo o interruptor para frente e para trás. Nada ainda. Isso significa que sua hipótese inicial, a sala está escura porque as luzes estão apagadas, foi rejeitada. Você inventa mais experimentos para testar suas hipóteses, utilizando uma lanterna para provar que você não é realmente cego. Para aceitar sua última hipótese como verdade, você poderia prever que a troca da lâmpada resolveria o problema. Se todas as suas previsões forem bem sucedidas, a hipótese original é válida e aceita. Em alguns casos, no entanto, suas previsões não ocorrerão, nas quais você terá que começar de novo. Talvez o poder esteja desligado.
Introdução à Biologia Geral

Como a ciência é feita 
Um diagrama que ilustra a investigação científica

Os cientistas primeiro fazem observações que levantam uma questão em particular. Para explicar o fenômeno observado, eles desenvolvem várias explicações ou hipóteses possíveis. Esta é a parte indutiva da ciência, observando e construindo argumentos plausíveis para explicar por que um evento ocorreu. Experimentos são então usados ​​para eliminar uma ou mais hipóteses possíveis até que uma hipótese permaneça. Usando a dedução, os cientistas usam os princípios de suas hipóteses para fazer previsões e, em seguida, testam para garantir que suas previsões sejam confirmadas. Depois de muitos testes (repetibilidade) e todas as previsões terem sido confirmadas, a hipótese pode se tornar uma teoria.

Definições rápidas

  • Observação – Medições quantitativas e qualitativas do mundo.
  • Inferência – Derivando novos conhecimentos baseados em conhecimentos antigos.
  • Hipóteses – uma explicação sugerida.
  • Hipótese Rejeitada – Uma explicação que foi descartada através da experimentação.
  • Hipótese Aceita – Uma explicação que não foi descartada através de experimentação excessiva e faz previsões verificáveis ​​que são verdadeiras.
  • Experiência – Um teste que é usado para descartar uma hipótese ou validar algo já conhecido.
  • Método Científico – O processo de investigação científica.
  • Teoria – Uma hipótese amplamente aceita que resiste ao teste do tempo. Muitas vezes testado e geralmente nunca rejeitado.

O método científico é baseado principalmente no teste de hipóteses por experimentação. Isso envolve um controle ou assunto que não passa pelo processo em questão. Um cientista também tentará limitar as variáveis ​​a um ou outro número muito pequeno, número único ou mínimo de variáveis. O procedimento é formar uma hipótese ou previsão sobre o que você acredita ou espera ver e depois fazer tudo o que puder para violar isso, ou falsificar as hipóteses. Embora isso possa parecer não intuitivo, o processo serve para estabelecer mais firmemente o que é e o que não é verdade.

Um princípio fundador da ciência é a falta de verdade absoluta: a explicação aceita é a mais provável e é a base para outras hipóteses, bem como para a falsificação. Todo conhecimento tem sua relativa incerteza.

Teorias são hipóteses que resistiram a repetidas tentativas de falsificação. Teorias comuns incluem evolução por seleção natural e a idéia de que todos os organismos consistem em células. A comunidade científica afirma que muito mais evidências suportam essas duas idéias do que as contradizem.

Charles Darwin

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Charles Darwin é mais lembrado hoje por sua contribuição da teoria da evolução através da seleção natural .

As sementes dessa teoria foram plantadas na mente de Darwin por meio de observações feitas em uma viagem de cinco anos pelo Novo Mundo em um navio chamado Beagle. Lá, ele estudou os fósseis e o registro geológico, a distribuição geográfica dos organismos, a singularidade e o parentesco das formas de vida na ilha e a afinidade das formas de ilhas com as formas continentais.

Após seu retorno à Inglaterra, Darwin ponderou sobre suas observações e concluiu que a evolução deve ocorrer através da seleção natural. Ele se recusou, no entanto, a publicar seu trabalho por causa de sua natureza controversa. No entanto, quando outro cientista, Wallace, chegou a conclusões semelhantes, Darwin foi convencido a publicar suas observações em 1859. Sua hipótese revolucionou a biologia e ainda precisa ser falseada por dados empíricos coletados por cientistas convencionais.

Depois de Darwin

Desde a época de Darwin, os cientistas acumularam um registro fóssil mais completo , incluindo microorganismos e fósseis químicos . Esses fósseis apoiaram e acrescentaram sutilezas às teorias de Darwin. No entanto, a idade da Terra é agora considerada muito mais antiga do que Darwin pensou. Pesquisadores também descobriram alguns dos mistérios preliminares do mecanismo da hereditariedade, realizados por meio da genética e do DNA , áreas desconhecidas de Darwin. Outra área em crescimento é a anatomia comparativa, incluindo homologia e analogia.

Hoje podemos ver um pouco da história evolutiva no desenvolvimento de embriões, já que certos aspectos do desenvolvimento (embora não todos) recapitulam a história evolucionária.

O estudo da biologia molecular de genes que sofrem mutações lentas revela uma história evolutiva considerável, consistente com registros fósseis e anatômicos.

Desafios para Darwin

Editorial cartoon representando Charles Darwin como um macaco (1871) .jpg

Darwin e suas teorias foram desafiadas muitas vezes nos últimos 150 anos. Os desafios têm sido principalmente religiosos baseados em um conflito percebido com a noção preconcebida do criacionismo. Muitos daqueles que desafiam Darwin têm sido adeptos da hipótese da Terra jovem que diz que a Terra tem apenas uns 6000 anos e que todas as espécies foram criadas individualmente por um deus. Alguns dos proponentes dessas teorias sugeriram que as leis químicas e físicas existentes hoje eram diferentes ou inexistentes nas épocas anteriores. No entanto, na maioria das vezes, essas teorias não são cientificamente testáveis ​​e estão fora da área de atenção do campo da biologia, ou foram refutadas por um ou mais campos da ciência.

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