Inevitabilidade humana

Será que nós somos uma consequência inevitável das leis da natureza? Ou não passamos de acidente?

SEMPRE ACHEI que final de ano é época de reflexão, e não só de presente e festa. Portanto, vamos lá.

Olhe para as suas mãos.

Nela, você encontra átomos que pertenceram a estrelas desaparecidas há mais de 5 bilhões de anos. Essas estrelas, no final de sua existência, forjaram os elementos químicos que compõem o seu corpo, as montanhas, os rios e os oceanos.

Quando explodiram, elas espalharam suas entranhas pelo espaço sideral, os ingredientes da vida, em ondas de choque que se propagavam a milhares de quilômetros por segundo. Em um canto da galáxia, essas ondas se chocaram com uma enorme nuvem de hidrogênio, provocando instabilidades que levaram ao seu colapso. E dele nasceu o Sistema Solar, com sua corte de planetas e luas e, em um deles, seres capazes de questionar suas origens.

Somos, concretamente, restos de estrelas animados de consciência.

O incrível disso é que tudo começou com praticamente apenas hidrogênio e gravidade. Ao comprimir essas nuvens de hidrogênio em estrelas, a gravidade se tornou o grande alquimista cósmico, criando os elementos químicos a partir do mais simples. Na visão moderna do Universo, somos o que acontece quando damos alguns bilhões de anos de tempo ao hidrogênio e à gravidade.

Temos muitas lacunas a preencher nessa grande narrativa cósmica, e é isso que faz os cientistas acordarem todos os dias com pressa de chegar ao trabalho. Dentre as várias questões, uma das mais controversas é sobre nossa inevitabilidade. Será que somos consequência inevitável das leis da natureza? Ou um mero acidente, e o Universo poderia igualmente existir sem nós?

A posição mais conservadora diria que tudo o que podemos fazer é medir. Não existe qualquer plano ou objetivo, apenas o que ocorre. A história que reconstruímos à partir dessas medidas começa com (pelo menos) quarks, elétrons e radiação e, bilhões de anos depois, inclui vida e seres humanos. Não há dúvida de que a matéria ficou mais complexa com o passar das eras. Por quê?

Antes de tentar dizer algo, vale a pena contemplar o que já conseguimos até aqui. A ciência comprova nossa profunda relação com o Cosmos. Não apenas porque vivemos nele, mas porque somos feitos dele: nós e todos os agregados de matéria, vivos e não-vivos. Estamos no Cosmos e o Cosmos está em nós.

Quem duvida que a ciência é uma busca espiritual deveria refletir sobre o que escrevi acima. A pesquisa do cientista, os dados e sua análise quantitativa, são atividades que dão concretude à busca. Alguns ficam só nisso e estão bem assim. Mas uma visão menos focada revela o óbvio: a ciência responde a anseios espirituais que estão conosco desde tempos ancestrais.

Retornando à nossa questão, alguns acreditam que deve existir um princípio que justifique a tendência à complexidade. Mas não temos evidência disso. O Cosmos poderia ter se desenvolvido sem nós. Mas o fato é que estamos aqui! Se abrirmos mão desse princípio, temos que aceitar que somos um acidente.

Talvez seja essa a origem da nossa importância. Se podemos refletir sobre a vida, temos algo de especial. Isso deveria nos levar a uma reavaliação do nosso papel: guardiões da vida e do planeta. Talvez seja essa a nossa missão inevitável.

Quão rara é a vida?

Estamos aqui não porque o Universo seja propício à existência, mas apesar de sua hostilidade a nós

NO DOMINGO PASSADO, escrevi sobre as recentes afirmações de Stephen Hawking. Para ele, a ciência demonstrou que Deus não é necessário para explicar a criação. Outro argumento que Hawking usou é que o Universo é especialmente propício à vida, em particular à vida humana. Mais uma vez vejo a necessidade de apresentar um ponto de vista contrário. Tudo o que sabemos sobre a evolução da vida na Terra aponta para a raridade dos seres vivos complexos. Estamos aqui não porque o Universo é propício à vida, mas apesar de sua hostilidade.

Note que, ao falarmos sobre vida, temos de distinguir entre vida primitiva (seres unicelulares) e vida complexa. Vida simples, bactérias de vários tipos e formas, deve mesmo ser abundante no Cosmos.

Na história da Terra -o único exemplo de vida que conhecemos-, os primeiros seres vivos surgiram tão logo foi possível. A Terra nasceu há 4,5 bilhões de anos e sua superfície se solidificou em torno de 3,9 bilhões de anos atrás. Os primeiros sinais de vida datam de pelo menos 3,5 bilhões de anos, e alguns cientistas acham que talvez possam ter 3,8 bilhões de anos. De qualquer modo, bastaram algumas centenas de milhões de anos de calma para a vida surgir. Não é muito em escalas de tempo planetárias.

Esses primeiros seres vivos, os procariontes, reinaram durante 2 bilhões de anos. Só então surgiram os eucariontes, também unicelulares, mas mais sofisticados. Os primeiros seres multicelulares (esponjas) só foram surgir em torno de 700 milhões de anos atrás.

Ou seja, por cerca de 3,5 bilhões de anos, só existiam seres unicelulares no nosso planeta. O que aprendemos com esses estudos é que a vida coevoluiu com a Terra. O oxigênio que existe hoje na atmosfera foi formado quando os procariontes descobriram a fotossíntese em torno de 2 bilhões de anos atrás. Estamos aqui porque oxigenaram o ar.

Devemos lembrar que seres multicelulares são mais frágeis, precisando de condições estáveis por longos períodos. Não é só ter água e a química correta. O planeta precisa ter uma órbita estável e temperaturas que não variem muito. Só temos as quatro estações e temperaturas estáveis porque nossa Lua é pesada.

Sua massa estabiliza a inclinação do eixo terrestre (a Terra é um pião inclinado de 23,5), permitindo a existência de água líquida durante longos períodos. Sem a Lua, a vida complexa seria muito difícil.

A Terra tem também dois "cobertores" que a protegem contra a radiação letal que vem do espaço: o seu campo magnético e a camada de ozônio. Viver perto de uma estrela não é moleza. Precisamos de seu calor, mas ele vem com muitas outras coisas nada favoráveis à vida.

Quem afirma que o Universo é propício à vida complexa deve dar uma passeada pelos outros planetas e luas do nosso Sistema Solar.

Ademais, o pulo para a vida multicelular inteligente também foi um acidente dos grandes. A vida não tem um plano que a leva à inteligência. A vida quer apenas estar bem adaptada ao seu ambiente. Os dinossauros existiram por 150 milhões de anos sem construir rádios ou aviões. Portanto, mesmo que exista vida fora da Terra, a vida inteligente será muito rara. Devemos celebrar nossa existência por sua raridade, e não por ser ordinária.

Decifrando a origem da vida

Como num jogo de lego, o RNA teve que sair de moléculas ainda mais simples

Por uma dessas coincidências imprevisíveis, nesta semana escrevo sobre a vida mais uma vez.
É bem verdade que semana passada o tema foi mais exótico, a busca por vida inteligente fora da Terra, um projeto que tem pouquíssima chance de ter sucesso. (Mas se não tentarmos jamais teremos êxito). Hoje, apesar do tema também girar em torno da vida, o foco não é em seu estágio mais avançado, a vida inteligente, mas em seu estado mais primitivo, a sua origem.

Segundo teorias modernas, a vida na Terra começou simples. O que vemos hoje, animais extremamente sofisticados com trilhões de células, é o resultado de bilhões de anos de evolução. Os primeiros seres vivos, que surgiram há aproximadamente 3,8 bilhões de anos, quando o planeta era um bebê, tinham uma célula. E foram necessários em torno de 2 bilhões de anos para que esses seres unicelulares descobrissem as vantagens de se juntar e criar colônias multicelulares.

Essa passagem do uni ao multicelular é um mistério. Mas não é o maior deles. Mais complicado é entender como surgiram as primeiras células. De modo bem simplificado, podemos visualizar uma célula como um balão cheio de substâncias. A superfície do balão-a membrana- protege o seu interior. Lá dentro, existem muitas coisas, sendo a mais importante delas o núcleo da célula, onde encontramos o material genético, o DNA.

Células mais primitivas usam outro tipo de material genético, o RNA, que é mais simples. Daí que, voltando ao passado, muitos cientistas supõem que a vida primitiva começou com o RNA. Esse cenário ficou conhecido como o "mundo de RNA".

Essas moléculas gigantescas faziam os dois trabalhos importantes para sustentar a vida: promoviam uma série de reações químicas e regiam a reprodução da célula. Mas como as moléculas de RNA surgiram?

Esse é um dos grande desafios na resolução do mistério da origem da vida: se a vida começou simples, moléculas como o RNA tiveram de ser feitas a partir de moléculas mais simples, como num jogo de Lego.

Imagine que você tenha peças de três cores: verde, amarelo e azul. Moléculas de RNA têm três ingredientes principais: açúcares ou riboses (verde), fosfatos (amarelo) e as bases químicas que podem aparecer em quatro formas diferentes (azul).

Imagine uma molécula de RNA como um colar muito longo em que esses três tipos de peças estão ligados, sempre na mesma ordem. O que muda são as quatro bases ao longo da molécula. Para que o mundo de RNA funcione, é necessário sintetizar esses longos colares, começando por juntar um açúcar com uma base, formando um "nucleotídeo". O RNA é uma sequência de nucleotídeos. Há mais de 20 anos os cientistas vêm tentando realizar essa síntese sem sucesso. Na semana passada, tudo mudou.

Um grupo da Universidade de Manchester, na Inglaterra, após dez anos de tentativas, conseguiu sintetizar dois dos quatro nucleotídeos. O interessante é que a reação foi por um caminho muito diferente do que outros tentaram antes. Em vez de tentar juntar um açúcar e uma base e depois o fosfato, a reação foi feita em ordem diversa, com ingredientes que supostamente existiam na Terra primitiva. Os químicos descobriram outro caminho para chegar ao mesmo lugar.

Até mesmo radiação ultravioleta, que era abundante na superfície da Terra, foi usada na síntese. A descoberta foi recebida com entusiasmo. Ela torna mais viável um cenário para a origem da vida que pode ser testado no laboratório. Mas é bom sermos cautelosos. Viabilidade não é prova: a natureza pode ter usado um caminho diferente do que o dos cientistas.

Melhores de 2008

Publicação lista as descobertas importantes do ano passado

Recebi recentemente um exemplar da publicação americana "Science News" com uma lista das 20 mais importantes (de acordo com eles) descobertas científicas de 2008. Resolvi fazer uma seleção das que são mais relevantes aos temas de que tratamos aqui na coluna.
Gostaria de incluir outras, mas o espaço é curto. Aqui vão:

1. Planetas extrassolares fotografados: dois grupos de astrônomos apresentaram as primeiras fotografias de planetas girando em torno de outras estrelas. Um deles, usando o Telescópio Espacial Hubble, identificou um planeta em torno da estrela Formalhaut, a 25 anos-luz de distância da Terra. O outro, usando dois enormes telescópios no topo da montanha Mauna Kea, no Havaí, fotografou nada menos do que três planetas girando em torno da estrela HR 8799, a 130 anos-luz da Terra. Ou seja, pela primeira vez na história, astrônomos fotografaram um outro sistema solar.

A caça a planetas extrassolares começou há pouco mais de dez anos. E já são mais de 300 deles. Isso leva os cientistas a uma conclusão muito importante: se a maioria das estrelas tem seus planetas, o número de planetas por galáxia é gigantesco. Só na nossa, que tem em torno de 300 bilhões de estrelas, pode haver mais do que um trilhão de planetas. E isso sem contar as luas! Se estamos interessados em vida extraterrestre, esses números indicam que não faltam possíveis casas onde a vida pode ter surgido.

2. O gigantesco acelerador de partículas LHC é ligado -e desligado: localizado na fronteira entre a Suíça e a França, o acelerador passou o em seu primeiro teste quando foi ligado, no dia 10 de setembro. Prótons viajaram pelo percurso de 27 quilômetros em túneis cem metros abaixo do subsolo com velocidades próximas à da luz. O objetivo do acelerador é colidir prótons com outros prótons, transformando sua energia de movimento em matéria segundo a famosa fórmula E = mc2. (Quanto mais rápidos os prótons, mais energia têm e mais matéria pode ser gerada em suas colisões).

Uma das perguntas a que os cientistas querem responder com o LHC é de onde vem a massa de partículas como o elétron e os quarks, componentes dos prótons. Infelizmente, um vazamento de hélio líquido que refrigera os ímãs supercondutores no túnel levou ao fechamento do acelerador até julho deste ano. Com o filme "Anjos e Demônios" saindo agora (que se passa, em parte, no laboratório onde fica o LHC), a popularidade do experimento é enorme. Como são, também, as expectativas de resultados.

3. Macaco controla braço mecânico com seu cérebro: eletrodos foram implantados nos cérebro de macacos na região que controla o movimento muscular. Usando o seu pensamento, ou a intenção de mover o braço, os macacos conseguiram aperfeiçoar seu controle do braço mecânico a ponto de alimentar-se com ele. Um computador traduziu a atividade elétrica dos neurônios dos macacos em sinais para o braço. A promessa de próteses é enorme. Infelizmente, no momento, os eletrodos implantados no cérebro de macacos ou mesmo de pessoas acabam atacados pelo sistema imunológico como invasores.

4. Nova evidência indica que vida na Terra começou bem cedo: cristais de zircão datando de 4,2 bilhões de anos atrás indicam possível atividade biológica. Até então, os primeiros sinais de vida na Terra datavam de, no máximo, 3,8 bilhões de anos atrás. Se comprovada, essa descoberta indicará que a vida aqui surgiu bem antes do que o esperado e sob condições bem dramáticas: muito vulcanismo e quedas de asteroides. Se isso ocorreu aqui, a possibilidade de ter ocorrido em outros planetas aumenta bastante.

Metabolismo e reprodução são propriedades essenciais

Definindo vida

A vida é uma dessas coisas mais fáceis de identificar do que de definir. É incrível que, passados tantos séculos desde que começamos a pensar cientificamente sobre o mundo, ainda não tenhamos uma definição universalmente aceita sobre o que é a vida.

Por exemplo, sabemos que uma pedra não está viva. E por quê? Uma pedra não come, não bebe, não se reproduz. Comer e beber significa que atribuímos aos seres vivos a necessidade de se alimentar e de transformar alimentos em energia. Ou seja, seres vivos exibem alguma forma de metabolismo. A reprodução, a capacidade de fazer cópias de si mesmo, é outra característica fundamental dos seres vivos. A espécie que não se reproduz desaparece. Portanto, metabolismo e reprodução são as duas propriedades mais importantes da vida. Qualquer definição do que seja vida tem que incluí-las. Mas e o fogo? Se alimenta também, consumindo oxigênio e a matéria que entra em combustão. E se reproduz, espalhando-se por onde pode. Porém, todos concordam que o fogo não é considerado um ser vivo.

Estrelas, também, podem confundir. Por meio da fusão nuclear, consomem o hidrogênio em seu interior, transformando-o no elemento hélio, um processo que libera enormes quantidades de radiação. Numa espécie de autofagia, as estrelas se alimentam da própria matéria. De certa forma, estrelas também se reproduzem: quando uma "morre", explode com enorme violência, espalhando sua matéria pelo espaço. Se essa matéria colidir com uma nuvem de hidrogênio, causará instabilidades que fazem com que a nuvem entre em colapso e se transforme, caso tenha matéria suficiente, numa nova estrela. Dentre outras coisas, a diferença entre o fogo ou uma estrela e uma ameba ou uma mariposa está na composição química: seres vivos são formados por compostos orgânicos, moléculas complexas que incluem proteínas e ácidos nucléicos, o RNA e DNA usados na reprodução.

Vemos na insistência de uma definição da vida uma limitação da linguagem. Não é que não saibamos como definir a vida; talvez a vida seja indefinível, ao menos de forma precisa e universal. Talvez tenhamos que nos contentar com uma definição operacional: a vida é um sistema de reações químicas autossustentáveis capazes de extrair energia do ambiente e de se replicar. Mesmo que essa definição não mencione compostos orgânicos, é difícil incluir o fogo e as estrelas nela. Em discussões sobre o que é a vida, sempre se fala nos vírus e nos príons como casos limite. Os vírus só se reproduzem em contato com uma célula viva, e os príons nem material genético têm. Por não terem autonomia, ambos são considerados "replicadores" em vez de seres vivos. Essas distinções e definições não são apenas questões de interesse acadêmico.

Com a exploração de outros planetas e luas, é cada vez mais importante compreendermos as várias facetas da vida. Mesmo que limitados no momento pelo que estudamos aqui na Terra, nossas definições precisam ser gerais o suficiente para englobar formas de vida inesperadas. É difícil prever em detalhe o que nos espera em outros mundos. Talvez nada, ao menos a julgar pelo que encontramos até agora. Contudo, como dizia Carl Sagan, a ausência de evidência não é evidência de ausência. (Aliás, essa definição funciona também para fadas, duendes, Deus...)

Devemos manter a cabeça aberta e nossas definições amplas, para englobar o desconhecido. Seja o que for, se estiver vivo precisará de energia e terá de se reproduzir. Com relação a isso, não temos do que duvidar.

Sobre a origem da vida

Mesmo se existirem, os extraterrestres devem ser raros

Dos grandes mistérios que despertam enorme interesse tanto de especialistas quanto do público em geral, poucos são tão fascinantes quanto a questão da origem da vida. Existem várias facetas diferentes, cada uma com seu conjunto de questões em aberto. Uma das mais óbvias diz respeito à possível existência de vida extraterrestre. Se existe vida na Terra, por que não supor que ela exista também em outros planetas?

Essa pergunta em geral é respondida com outra pergunta. Do que a vida precisa para existir? Se usarmos a Terra como base -e só conhecemos a vida aqui-, consideramos que são essenciais a água líquida, certos compostos químicos e calor ou alguma outra fonte de energia. Água líquida impõe que o planeta não esteja muito distante ou muito perto de sua estrela.

Caso contrário, teria apenas água congelada ou vapor. A água líquida cria o meio onde as reações químicas que sustentam a vida podem ocorrer. Não é à toa que somos mais de 60% água.
Planetas que podem ter água líquida estão na chamada "zona habitável", um cinturão cuja distância varia com o tipo de estrela. No caso do Sol, cobriria Vênus, Terra e Marte.

Imediatamente, vemos que estar na zona habitável não é suficiente. Vênus tem uma temperatura que vai além de 500C, por causa de um acentuado efeito estufa. Marte, como foi descoberto recentemente, teve água líquida no passado, tem alguma hoje e também tem gelo, mas não foram encontrados rios, oceanos ou lagos. A possibilidade de vida lá hoje não é nula, mas é remota.

Aprendemos que composição e densidade da atmosfera e a história do planeta são determinantes. A vida precisa de certos elementos químicos. Carbono, nitrogênio, oxigênio e hidrogênio são essenciais. Fósforo, ferro, cálcio, potássio também são importantes. Esses elementos são sintetizados em estrelas durante seus últimos estágios de vida. Quando a estrela "morre", explode com tremenda violência, emitindo esses e todos os outros elementos da tabela periódica pelo espaço interestelar. Planetas capazes de desenvolver formas de vida precisam estar numa região com os ingredientes certos. Fora isso, os ingredientes precisam ser combinados corretamente. Pelo que vemos aqui, mesmo as formas mais primitivas de vida dependem de compostos orgânicos consistindo de cadeias muito longas de átomos de carbono ligados a uma série de radicais.

Os átomos de carbono são os ossos da espinha dorsal, dando suporte ao resto. Como que esses átomos formaram cadeias tão complexas? Essa questão permanece em aberto. Mas em 1953, Stanley Miller fez uma grande descoberta: combinando substâncias que acreditava terem feito parte da atmosfera primitiva (metano, gás carbônico, água e outros), Miller isolou-as num frasco e passou faíscas elétricas que simulavam raios.

Para sua surpresa, ao examinar os compostos acumulados no fundo do frasco, percebeu que tinha sintetizado alguns aminoácidos, componentes fundamentais das proteínas. Miller não produziu a vida no laboratório, mas demonstrou que processos naturais podem tornar uma química simples numa química complexa.

Assim como o experimento de Miller, a vida precisa de uma fonte de energia. Aqui, estamos acostumados com o Sol. Mas a descoberta de formas de vida que vivem na mais completa escuridão, em fossas submarinas profundas, demonstra que processos químicos independentes da luz podem gerar a energia capaz de impulsionar os mecanismos da vida. Não basta afirmar que o vasto número de planetas no cosmo torna a vida extraterrestre inevitável. O que aprendemos é que, mesmo se existir, será rara.