Antepassados não tão distantes

Os chimpanzés sofrem quando perdem a mãe ou um amigo

Quando Darwin afirmou, no século 19, que somos descendentes de macacos, que temos mais a ver com criaturas peludas e barulhentas com rabos longos e dentes afiados do que com anjos celestes, os vitorianos ficaram ultrajados. Por 3.000 anos, a história que vinha sendo contada era diferente. Seríamos criação de Deus, quase tão perfeitos quanto ele. Não fosse a ousadia de Adão e Eva, estaríamos até agora passeando nus pelo Jardim do Éden, sem sabermos da existência do pecado original.

Muita gente ainda se ofende com a insistência dos cientistas em nos chamarem de macacos evoluídos. Mas deveríamos nos orgulhar de nossos antepassados, que encontraram meios de sobreviver em um ambiente austero e cheio de predadores.

Há 30 milhões de anos, babuínos, chimpanzés e humanos eram indiferenciáveis. Desde então, variações genéticas submetidas à pressão da seleção natural foram criando as diferenças que resultaram nos três primatas. Babuínos mostram uma grande sofisticação social, vivendo em grupos de aproximadamente 150 indivíduos que reúnem em torno de oito famílias.

Pesquisadores como Dorothy Cheney (nenhuma relação com o vice-presidente americano) e Robert Seyfarth, que passam longos períodos nas florestas de Botsuana, verificaram que babuínos, especialmente as fêmeas, desenvolvem fortes alianças familiares, defendendo membros da família em caso de desavenças com outros babuínos ou em ataques de predadores.
Para tal, os primatas desenvolveram meios de identificar seus parentes visualmente e por meio de vocalizações.

Não há dúvida de que o agrupamento dos babuínos exibe traços que podemos identificar na nossa sociedade. Quantas famílias têm um assobio especial que usam quando estão em lugares muito cheios?

Mas nossos parentes mais próximos são os chimpanzés, com quem dividimos 98,4% dos nossos genes. Jane Goodall, a pesquisadora inglesa que revelou ao mundo a sofisticação dos nossos primos, passou anos nas florestas da Tanzânia observando seu comportamento.

Diferentemente dos babuínos, a característica mais marcante dos chimpanzés não é o agrupamento, mas a sofisticação de seu comportamento.

Chimpanzés estão entre os poucos animais que usam ferramentas para efetuar tarefas. Cortam galhos longos para "pescar" formigas e cupins em troncos e cupinzeiros.

Como os babuínos, caçam em grupos e defendem seu território em ferozes guerras tribais. Como os humanos, sofrem quando perdem a mãe, o pai ou um irmão, ou quando um companheiro de longa data morre. Esses achados tornam difícil distinguir se somos um pouco macacos ou se os macacos são um pouco humanos. Certamente, eles nos remetem às nossas origens evolucionárias.

Recentemente, um experimento na Universidade de Kyoto, no Japão, comparou a memória dos chimpanzés com a dos humanos. Seqüências de cinco números de um a nove foram mostradas a estudantes e chimpanzés por frações de segundo na tela de um computador. Após 650 milésimos de segundo, os números do monitor viravam quadrados brancos. O teste envolvia tocar os quadrados em ordem numérica crescente.

Tanto os estudantes quanto o chimpanzé acertaram 80% das vezes. Quando o intervalo baixou para 210 milisegundos, os humanos acertaram 40% das vezes e o chimpanzé 80%. Perdemos para um macaco. "Talvez", disse um dos pesquisadores, "nossa habilidade para contar atrapalhe". No mínimo, o experimento mostra que nossos primos são bem menos distantes do que pensamos.

Matéria elusiva

Cientistas tentam achar partículas misteriosas há duas décadas

Uma das revelações mais importantes da ciência moderna é que somos feitos da mesma matéria que as estrelas. Todos os átomos de carbono, ferro, oxigênio etc. que compõem tudo o que existe têm a mesma origem, forjados durante os estágios finais da vida de estrelas.

São elas os grandes alquimistas cósmicos, capazes de transformar hidrogênio (o elemento químico mais simples e abundante no cosmo) em todos os outros elementos químicos. Nossa união com o Universo ocorre já ao nível mais fundamental: somos uma química animada por pensamentos.

Mas existe outra revelação importante e ainda bem misteriosa da ciência moderna. Os átomos feitos nas estrelas são uma pequena parcela, 5% aproximadamente, da matéria que preenche o Universo. Os outros 95% vêm em duas outras formas: 25% de matéria escura e 70% de energia escura. Da energia escura sabemos pouco: não é composta por partículas, como é caso dos átomos, compostos de prótons, nêutrons e elétrons, e mesmo da matéria escura.

É uma espécie de fluido, espalhado igualmente por todo o espaço. Mas ninguém sabe que fluido é esse; apenas que passou a dominar a evolução do cosmo há alguns bilhões de anos, causando uma inesperada aceleração em sua expansão: a energia escura atua como uma forma de antigravidade, aumentando cada vez mais as distâncias entre as galáxias.

A energia escura é uma descoberta recente. Seus efeitos foram observados pela primeira vez em 1998, causando um verdadeiro furor na comunidade científica. Mas a matéria escura é bem mais antiga. Sua existência foi conjecturada durante a década de 1930 pelo astrônomo Fritz Zwicky, que trabalhava no Instituto de Tecnologia da Califórnia, o Caltech. Zwicky estudava as propriedades de grupos de galáxias agregados por sua gravidade mútua. Medindo as velocidades das galáxias, Zwicky notou que eram bem maiores do que se fossem causadas pela matéria visível nelas.

Concluiu que existia matéria invisível -a matéria escura- que, como já diz o nome, não emite luz. Sua presença é sentida através de sua massa, de seus efeitos gravitacionais.

Medidas precisas da expansão cósmica e das propriedades das galáxias mostram que a matéria escura também é formada por partículas. Só que essas partículas são muito diferentes das partículas dos átomos, constituindo um novo tipo de matéria.

É esse caráter exótico da matéria escura que a torna fascinante e, claro, muito difícil de ser detectada. Durante as duas últimas décadas, vários grupos têm tentado achá-la.

Os experimentos mais promissores procuram medir os efeitos de uma colisão entre uma partícula de matéria escura e núcleos de matéria comum. Por exemplo, cristais de germânio e silício ou de iodeto de sódio.

Quando uma colisão ocorre, vibrações são sentidas no material, como quando pedras de vários tamanhos são jogadas numa piscina. Essas vibrações podem ser detectadas e a energia da colisão medida. Com isso, é possível obter a massa da partícula de matéria escura.

Recentemente, um grupo na Itália afirmou ter encontrado sinais promissores. Imediatamente, a comunidade científica se mobilizou, examinando o experimento e criticando os seus resultados. Esse ceticismo é fundamental em ciência: descobertas importantes precisam ser confirmadas por grupos diferentes. A controvérsia ainda não foi resolvida. Mas não há dúvida de que a descoberta da matéria escura terá um impacto enorme na nossa compreensão do Universo e de seus constituintes mais básicos.

Inteligência seletiva

Talvez o segredo da longevidade dos dinossauros seja a sua estupidez

Uma das confusões mais comuns quando se discute o processo de seleção natural proposto por Charles Darwin é a afirmação de que a evolução das espécies marcha em direção à complexidade crescente, isto é, que a vida tende a criar animais cada vez mais complexos, como se tivesse um plano.

O perigo de tal afirmação é -fora o fato de estar definitivamente errada- que ela põe o ser humano no ápice da criação: nós como objetivo final da vida. Nada mais conveniente para alimentar o discurso dos criacionistas, que diriam que, como a complexificação da vida leva invariavelmente aos humanos, não há dúvida de que somos mesmo a imagem de Deus.

Pensemos nos dinossauros. Os primeiros surgiram no Período Triássico, há 230 milhões de anos. Pelo menos esses são os fósseis mais antigos, aliás achados no Brasil e Argentina. Dada a sofisticação de seus esqueletos, muito provavelmente seus primos reptilianos já existiam bem antes disso.

É sempre bom lembrar que o registro fóssil é necessariamente incompleto, já que é impossível recuperar todas as espécies que viveram há centenas de milhões de anos. De qualquer forma, lá estavam eles, dominando a cadeia alimentar por dezenas de milhões de anos. Os últimos dinossauros são encontrados há 65 milhões de anos, a data da gigantesca colisão de asteróide que selou o destino dos grandes répteis e de mais de 40% da vida na Terra. Arredondando, para simplificar, se os dinossauros surgiram há 250 milhões de anos e sumiram há 50 milhões, viveram por mais ou menos 200 milhões anos. Nada mau, comparado ao nosso 1 milhão.

Se os dinossauros sobreviveram por tanto tempo, podemos supor duas coisas: ou eram muito mais inteligentes do que imaginamos ou inteligência não é necessariamente o caminho da seleção natural. Em outras palavras, a vida não leva necessariamente à inteligência.

Examinemos a primeira hipótese, a de que os dinossauros talvez fossem brilhantes e, por isso, sobreviveram por tanto tempo. Análises dos fósseis de dinossauros demonstram que não eram particularmente inteligentes. Suas caixas cranianas eram pequenas comparadas ao seu tamanho, e não há evidência de córtex frontal avantajado. Também não são encontrados artefatos junto aos ossos petrificados. A conclusão é que não eram mais inteligentes do que uma sucuri ou um jacaré.

A longa existência dos dinossauros e a ausência de qualquer indicação de que tivessem inteligência superior demonstra que a vida não tem um plano que leva necessariamente à inteligência. De fato, a seleção natural não tem nenhum plano. Ela é completamente acidental, levando simplesmente à preponderância das espécies que têm maior facilidade de sobreviver em determinadas condições. Quando essas condições mudam, espécies que antes estavam bem adaptadas podem desaparecer. Por exemplo, se a temperatura do planeta cair rapidamente, animais de sangue frio, como os répteis, terão dificuldade de sobreviver. Caso a temperatura aumente drasticamente, serão os animais peludos e de sangue quente que sofrerão mais. Sempre fico angustiado quando vejo um São Bernardo na praia de Ipanema em pleno verão.

Se estamos aqui há menos de um milhão de anos, temos um grande desafio pela frente. Dado o que já fizemos com o nosso planeta, não é óbvio que iremos sobreviver por tanto tempo quanto os dinossauros. Se a inteligência leva ao domínio sobre as outras espécies e a um maior controle sobre as flutuações climáticas, ela cria novas ameaças. Talvez o segredo da longevidade dos dinossauros seja justamente a sua estupidez.

Realidade surreal

A física quântica acomodou as bizarrices dos átomos

Na virada do século 20, os físicos sabiam que tinham um grande problema pela frente. Ao descobrir o elétron em 1897, J. J. Thomson havia demonstrado que átomos não eram indivisíveis e sim compostos de pedaços de matéria com carga elétrica.

Quando, em 1911, Ernest Rutherford descreveu a estrutura do átomo como tendo um núcleo pesado e positivamente carregado, circundado por elétrons com carga negativa, a situação piorou. Segundo as leis do eletromagnetismo, que descrevem as propriedades das cargas elétricas em movimento, um elétron em órbita seria instável: logo, ele espiralaria sobre o núcleo como um avião camicase.

Resumindo, a física clássica previa que os átomos não poderiam existir. A situação era complicada.

Passados 15 anos, tudo seria diferente. Uma nova física, a física quântica, surgiu para acomodar as propriedades bizarras dos átomos e das suas partículas constituintes. Mas os físicos pagaram um preço alto para conquistar o mundo do muito pequeno.

Se, antes, a física clássica orgulhava-se de oferecer uma descrição determinística do mundo, onde o futuro poderia ser previsto com precisão, no mundo dos átomos esse determinismo tinha que ser abandonado.

Em 1926, o alemão Werner Heisenberg propôs o princípio da incerteza, que seria a marca registrada da nova física: é impossível determinar a posição e a velocidade de uma partícula ao mesmo tempo com precisão arbitrária (quanto mais precisa a medida da posição da partícula, mais imprecisa será a da sua velocidade).

Ou seja, não dá para saber exatamente o local da partícula. Podemos apenas demarcar uma região do espaço onde ela deve estar. Esse "deve estar" incomodava muita gente. A perda do determinismo clássico levou a uma física probabilística, em que pode-se apenas estimar onde está a partícula.

A questão que fervilhava na cabeça de Heisenberg, Bohr, Einstein e outros era: esse indeterminismo faz parte da realidade, é uma assinatura de como a natureza de fato é? Ou será que é apenas uma limitação da física quântica, algo que uma teoria mais profunda poderia explicar?

Caso existisse mesmo uma barreira quântica, a física teria que se contentar com uma descrição incompleta da realidade. Einstein não gostava nada disso. Por preconceito, ele e outros diziam que não poderia ser assim, que a natureza tinha de ter uma ordem fundamental oculta por trás das probabilidades quânticas. Bohr, Heisenberg e outros diziam que a natureza era assim mesmo, que a realidade era surreal, exibindo um indeterminismo inerente. Como decidir?

Em 1935, Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen (EPR) escrevem um artigo criticando a física quântica. Imagine um elétron como um pião, girando. Imagine outro elétron girando no sentido oposto. O par de elétrons forma um todo, com uma "quantidade de giro" (ou "spin") nula.

No artigo, EPR diziam que, segundo a física quântica, se separássemos o par e invertêssemos a direção do giro de um elétron, o outro inverteria instantaneamente sua direção de giro de forma que o spin total continuasse nulo. Mas uma troca instantânea de informação viola a lei da causalidade, que diz que nada pode viajar mais rápido do que a luz. Algo de podre existe no reino quântico, EPR afirmaram.

Nos anos 60, o físico John Bell propôs um teste para resolver a questão. Experimentos foram realizados nos anos 70 e 80 e o veredicto foi, para muitos, surpreendente. Não existe qualquer indicação de que a física quântica esteja incompleta. A realidade aparenta mesmo ser surreal, limitando o quanto podemos saber.

A lua está sempre no céu?

John Wheeler foi uma mistura de artesão, matemático habilidoso e poeta

Essa foi a pergunta que Einstein fez ao então jovem professor de física da Universidade de Princeton John Wheeler.


Einstein criticava a posição da física quântica, que estuda as propriedades dos átomos e das partículas subatômicas, segundo a qual apenas por meio do ato de medir podemos inferir a existência de alguma coisa: no caso, a Lua só existe se alguém a observar. Claro, Einstein estava sendo sarcástico, tentando expor a posição paradoxal do mundo quântico em que a realidade é determinada pela interação entre o observador e o observado.

Só podemos afirmar que um elétron existe ao medirmos suas propriedades. Imagino que Wheeler, que foi aluno do também legendário Niels Bohr - um dos pioneiros da física quântica -, tenha insistido que, no caso dos átomos e das partículas, a situação era estranha mesmo. Wheeler, que morreu na semana passada aos 96 anos, foi um dos grandes nomes da física do século 20, testemunha de acontecimentos que mudaram a história.

Freeman Dyson, outro monstro sagrado da física que felizmente ainda está vivo, encontrou o melhor modo de definir Wheeler: uma mistura de artesão, matemático habilidoso e poeta. Wheeler foi um daqueles raros cientistas visionários, capazes de enxergar os caminhos futuros da física antes de seus colegas.

Um exemplo disso foi o modo como ele, nos anos 1950, transformou o estudo da teoria da relatividade geral de Einstein em algo aceitável no currículo de física. A teoria, devido às poucas observações e testes acessíveis na época, estava relegada ao quase esquecimento.

Wheeler começou a ensinar relatividade geral em Princeton, influenciando toda uma geração de físicos teóricos. Dentre eles, o grande físico brasileiro Jayme Tiomno, que obteve vários resultados fundamentais quando trabalhou com Wheeler.

Outra característica de Wheeler era sua habilidade de combinar idéias de áreas diferentes, criando algo novo.

No final dos anos 1930, junto com Bohr, visualizou o núcleo atômico como uma gota. Quando a gota era atingida por um nêutron, ela se dividia (fissionava). Essa idéia explicava de forma simples o processo de fissão nuclear, que está por trás da bomba atômica e da geração de energia em usinas como Angra 2, no litoral do Rio. Wheeler trabalhou no Projeto Man-hattan, que desenvolveu a bomba atômica entre 1942 e 1945, e mais tarde no desenvolvimento da poderosa bomba de hidrogênio, motivado por um patriotismo que incomodou vários de seus colegas mais liberais.

Talvez sua contribuição mais popular seja ter inventado o nome "buraco negro" para designar o estado final do processo de colapso gravitacional sofrido por estrelas com massas bem maiores do que a do Sol.

O nome, aparentemente, foi inspirado por uma pergunta durante uma palestra que Wheeler deu em Nova York no ano de 1967. Quando uma estrela chega ao fim de sua vida, implode sobre si mesma com tremenda violência. A gravidade à sua volta aumenta de tal forma que nem mesmo a luz pode escapar: o resultado é um buraco no espaço, de onde nada (ou quase nada) sai. Daí o nome.

Lembro-me de uma conferência em Princeton em 2003, celebrando seu nonagésimo aniversário. Wheeler ouviu as várias apresentações, inclusive a minha, em completo silêncio.
Ao fim, levantou-se e, com voz trêmula, agradeceu a todos os presentes. Declarou sua tristeza em ver o mundo divido em cruzadas religiosas e previu que uma grande conflagração ocorreria antes de chegarmos à paz. Espero que essa sua última previsão esteja errada.

Verdades relativas

O conhecimento científico é cumulativo, dependente de novas tecnologias e idéias

Na semana passada, quando dava uma aula sobre o sistema astronômico do alexandrino Ptolomeu, que viveu em torno de 150 d. C., uma estudante perguntou: "Professor, esse sistema de epiciclos está todo errado, não?" A resposta imediata -e incorreta- é: "Claro, todo mundo sabe que esses círculos imaginários não existem nos céus". A resposta correta é bem mais sutil. Nas ciências naturais, certo, errado, verdadeiro ou falso são condições que muitas vezes devem ser interpretadas no contexto em que foram determinadas. Coisas que nos parecem erradas hoje eram consideradas certas no passado.

Para quem não estava na minha aula, Ptolomeu é famoso por ter proposto um modelo completo dos movimentos celestes, capaz de prever as posições futuras do Sol, da Lua e dos seis planetas conhecidos então com uma precisão aproximada de duas luas cheias, um feito muito acima de qualquer outro modelo celeste da Antigüidade. Se alguém queria saber, por exemplo, onde Marte estaria em dois meses, ou dois anos, bastava usar o modelo de Ptolomeu para calcular a sua posição futura.

Para os astrólogos, precisão era sinônimo de sucesso: quanto mais preciso o modelo, melhores seriam as previsões astrológicas derivadas dele.

O modelo ptolomaico, com a Terra no centro (ou quase), era tão eficiente que sobreviveu, com pequenas alterações feitas por astrônomos árabes, até meados de 1500, quando entram em cena Copérnico e Ticho Brahe.

Portanto, para um astrônomo do século 6 ou 12, o modelo de Ptolomeu era a verdade. Não que as pessoas imaginassem que os planetas estavam presos a círculos que, por sua vez, estavam presos a outros círculos que giravam nos céus. O objetivo de Ptolomeu não era explicar as causas dos movimentos celestes, como seria o caso com Kepler e Newton no século 17, quando foi proposta a força da gravidade. Na época de Ptolomeu, não existia essa preocupação com causas.

A pergunta "mas o que causa os movimentos celestes?" não fazia parte do discurso científico. Bastavam modelos capazes de prever as posições planetárias com precisão, mesmo sendo compostos de círculos imaginários.

Com Kepler e Newton, ficou claro que as órbitas planetárias em torno do Sol eram resultado de uma atração invisível. Em 1609, Kepler propôs que essa atração era de origem magnética.

E, de quebra, que as órbitas não eram circulares, mas elípticas. Em 1686, Newton mostrou que a força era a gravitacional, a mesma que faz uma maçã cair no chão. O enorme sucesso e a enorme precisão da teoria newtoniana rapidamente tornaram-na a verdade sobre o cosmo. Objetos com massa exercem uma força mútua que cai com o quadrado da distância entre eles. Essa foi a "verdade" até 1916.

Naquele ano, Einstein propôs uma nova teoria da gravidade, na qual a atração entre dois corpos era conseqüência da curvatura do espaço entre eles. A massa deforma o espaço e a aceleração atribuída à força gravitacional vem do movimento nesse espaço curvo. Essa é a nossa "verdade".

Mas sabemos, ou ao menos deveríamos saber, que essa história não tem fim. Excluindo as verdades matemáticas do tipo 2 + 2 = 4, o conhecimento científico é cumulativo, dependente do desenvolvimento de novas tecnologias e idéias. Nossas verdades sobre a natureza permanecem verdadeiras até que alguém demonstre que elas são aproximações incompletas. No mínimo, essa perspectiva deveria nos ensinar a defender nossas verdades temporárias com a humildade de quem aprende com o passado.

Máquinas maravilhosas

São essas as nossas pirâmides e catedrais, monumentos à nossa curiosidade

Imagino que em todas as eras as pessoas se maravilhem com as invenções de seus cientistas e engenheiros. Penso na sensação que Arquimedes causou na Grécia antiga, ao conseguir repelir o exército romano com suas catapultas enquanto, segundo a lenda, suas lentes mirabolantes queimavam os navios invasores. Ou como Galileu enfeitiçou o Senado de Veneza com seu telescópio e Anton von Leeuwenhoek revelou mundos invisíveis com seu microscópio.

Nossa era não é diferente. Penso imediatamente em três máquinas, ou melhor, instrumentos, que juntos vêm ampliando nosso conhecimento do mundo em três fronteiras: o muito grande, o muito pequeno e o biológico.

No muito grande, o leitor deve já ter adivinhado, é impossível não mencionar o Telescópio Espacial Hubble, considerado por alguns o instrumento científico mais importante de todos os tempos. Não sei se concordo com a adjetivação exagerada, mas não há dúvida de que as imagens que o Hubble nos trouxe do espaço ajudaram em muito a transformar nossa concepção do cosmo.

Planetas extra-solares e berçários de estrelas, detalhes de mundos distantes, como as luas de Júpiter e Saturno, a espetacular colisão entre o cometa Shoemaker-Levy 9 e Júpiter, galáxias das mais variadas formas, a expansão do Universo medida com grande precisão, supernovas explodindo, enfim, um cosmo dinâmico, de uma beleza inigualável, que nos remete às nossas origens.

Na esfera da biologia, o Projeto Genoma, que revelou o genoma humano e o de muitas outras espécies, só foi possível devido ao desenvolvimento de máquinas de seqüenciamento automático de DNA, que combinam química e lasers para acelerar a leitura das séries das quatro bases químicas A, G, C e T (adenina, guanina, citosina e timina) que compõem os genes.

No caso dos humanos, são 30 mil genes, cerca de 3 bilhões de pares de bases, cuja leitura e ordenação seriam impossíveis manualmente.

Dessa informação, será possível identificar o componente genético de várias doenças, possibilitando novos tipos de tratamento e o estudo de como pessoas com certos genes reagirão a remédios diferentes -o mesmo medicamento pode não surtir efeito semelhante em pessoas com diferenças genéticas específicas.

É importante lembrar que a predisposição genética não age sozinha, já que fatores exógenos também contribuem para o surgimento de muitas doenças. No entanto, saber que existe uma predisposição genética pode ser extremamente útil na prevenção de vários males.

Eu mesmo fui testado outro dia para câncer no pâncreas, o mal que causou a morte de meu pai. (Felizmente, por enquanto tudo bem!)

Outro uso é na comparação do genoma entre espécies diferentes. Por exemplo, diferimos em cerca de 1% dos chimpanzés, com foco nas áreas reprodutiva e imunológica.

Finalmente, a maravilhosa máquina do muito pequeno: o Grande Colisor de Hádrons (LHC, do inglês Large Hadron Collider) -a maior máquina já construída, um túnel subterrâneo de 27 km de circunferência acoplado a detectores do tamanho de prédios de cinco andares e a mais de 30 mil computadores. O LHC deve entrar em funcionamento no final deste ano, ajudando os físicos a responderem a uma das questões mais fundamentais da ciência: a origem da massa.

De quebra, essa máquina poderá nos dar pistas sobre a existência de dimensões extra do espaço e mesmo produzir miniburacos negros. São essas as nossas pirâmides e catedrais, monumentos à nossa curiosidade e à incrível inventividade humana.