Origem comum

A visão moderna do cosmo aproxima as pessoas

Lendo os jornais, assistindo aos noticiários na TV, ou simplesmente prestando atenção ao que se passa à nossa volta, não há nada mais óbvio do que as diferenças da sociedade; conflitos políticos, raciais, domésticos, disparidades financeiras, preconceitos arraigados, enfim: um quadro que mostra o quanto somos diferentes uns dos outros e o quanto ainda temos que lutar para que essas diferenças sejam diminuídas.

Nessas horas, imagino que ninguém pense muito no que as ciências físicas e biológicas têm a dizer. Ninguém imagina que a visão moderna do cosmo nos aproxima uns dos outros de modo profundo, essencial. Talvez essa visão não ofereça consolo ao vermos uma criança pedindo esmola na rua, ou baleada no tráfico de drogas. Mas, se interpretada de forma correta, deveria oferecer um novo modo de pensar sobre o mundo e sobre nosso lugar nele. Seria ao menos um começo.

A pressão pela sobrevivência é e sempre foi a mola que propulsiona a vida, com todas as coisas boas e ruins que ela traz. A diferença humana é que adicionamos ao que é necessário quantitativamente -comida, abrigo, reprodução- aquilo que é qualitativamente aprazível. Não queremos apenas comer, queremos comer bem; não queremos apenas procriar, queremos ... bem, você me entende. Mas me pergunto se não está na hora de repensarmos nossa dependência das leis que regem a evolução, se não podemos, tal como tentamos fazer com as doenças, repensar a doente condição humana, combatê-la com nossa arma mais poderosa, nossa capacidade de reflexão.

Talvez precisemos começar do começo para que as coisas mudem, do começo não só da civilização, mas do começo de tudo. Somos todos, ricos e pobres, reis e camponeses, grilos, baleias e samambaias, produtos do cosmo, das mesmas leis que regem a natureza, compostos dos mesmos elementos químicos, forjados há bilhões de anos nas mesmas estrelas.

Nossa história, a minha, a sua, a de todo mundo nesse planeta, começou ao mesmo tempo, cerca de 14 bilhões de anos atrás, quando nosso universo começou sua expansão. Foi então que essa massa de energia começou a moldar as partículas que formam tudo o que existe, os primeiros elétrons, os prótons e nêutrons, os primeiros núcleo atômicos. Passados 400 mil anos, com o Universo ainda na sua infância, surgiram os primeiros átomos, os tijolos fundamentais da matéria.

Conglomerados de átomos, atraídos pela gravidade, formaram nuvens de matéria que, girando de forma instável, contraíram-se para formar as primeiras estrelas. Essas viveram pouco, vítimas de sua enorme massa. Ao morrer, entraram em colapso, forjando em suas entranhas os elementos químicos mais pesados -carbono, oxigênio, ferro- lançados ao espaço em seus últimos estertores. Esses átomos espalharam as sementes da vida pelo espaço. Outras estrelas nasceram e outras morreram cosmo afora.

Passados quase 10 bilhões de anos, nasceram o Sol, os planetas, a Terra e a Lua, todos com infâncias violentas: cometas e asteróides bombardeando suas superfícies, radiação solar letal e poucas chances de a vida surgir. Mas em um deles, por não estar nem muito longe nem muito perto do Sol, a água pôde manter-se líquida; por ter a massa certa, criou uma camada protetora à sua volta, a atmosfera. Aos poucos, os elementos químicos foram se combinando, formando moléculas complexas. Delas, surgiu a vida. E dela, surgimos nós. Nossa história, se contada assim, do começo, é a mesma.

Precisamos de 10 mil anos de civilização para aprendermos isso. Espero que não sejam necessários outros 10 mil para usarmos esse conhecimento com sabedoria.

O jovem Einstein

O físico de vinte e poucos anos vestia-se bem e era boa pinta


Talvez uma das fotos mais conhecidas do século 20 seja aquela de Albert Einstein (1879-1955) com a língua de fora. No seu aniversário de 72 anos, dia 14 de março de 1951, Einstein estava cansado dos jornalistas que não o deixavam em paz. Quando deparou-se com o exército de fotógrafos que o esperava, Einstein pôs a língua de fora, na esperança que os fotógrafos desistissem dele e fossem realmente embora.

Grande engano! A imagem tornou-se um ícone do gênio, excêntrico e brincalhão. Incontáveis filmes, desenhos animados e peças teatrais exploram o mito do cientista meio louco meio gênio, cabelos despenteados, sotaque carregado, roupas amarrotadas e sapatos desamarrados. Poucos sabem que esse Einstein tem muito pouco a ver com o outro Einstein, o jovem que criou teorias mirabolantes sobre o espaço, o tempo e a matéria, teorias que revolucionaram toda a visão que se tinha sobre o cosmo na época.

O jovem Einstein era um rapaz problemático, ao menos segundo os olhos de seus professores. Não que fosse um mau aluno: em 1896, graduou-se no então científico com as melhores notas da turma, mesmo que um ano mais novo. Seu problema maior era o autoritarismo do sistema educacional europeu. Os professores achavam-se literalmente intocáveis, incapazes de errar e muito menos de serem criticados por estudantes metidos.

Pois Einstein era justamente um desses estudantes que vivia questionando seus professores, tentando encontrar erros em seus argumentos, sem medo de se expor ou de criar controvérsia. Em 1898, quando cursava o Instituto Politécnico de Zurique, Weber, um dos maiores físicos da Europa e seu professor, afirmou: "Você é muito inteligente, mas jamais aceita a opinião dos outros". Einstein estava irritado com Weber, que limitava-se a ensinar a física pré 1850. Matava aulas e usava as notas de seu amigo Marcel Grossmann. Weber acabou opondo-se à sua carreira e Einstein não conseguiu emprego como seu assistente e também ficou de fora de uma universidade.

Acabou encontrando um emprego no escritório de patentes em Berna, na Suíça, graças à influência do pai de Grossmann. Nessa altura, Einstein tinha um círculo de amigos que se reunia sempre nos cafés da cidade para discutir filosofia e física, a chamada Academia Olímpia.

Enquanto lia os textos dos grandes filósofos e físicos, Einstein escrevia também seus próprios artigos. Era clara a sua liberdade e coragem intelectual. Esse Einstein, de vinte e poucos anos, vestia-se bem, era boa pinta e engraçado. Em 1904, seu melhor amigo, Michele Besso, juntou-se a ele no escritório de patentes.

Einstein diria dele: "Não poderia ter encontrado pessoa melhor para discutir minhas idéias em toda a Europa". Em 1905, Einstein publicou quatro artigos que mudaram a ciência. A teoria da relatividade especial foi apenas um deles. Qualquer dos outros trariam fama imortal ao seu autor. Tinha apenas 26 anos.

Na relatividade, Einstein vai contra 300 anos de física, demonstrando contra tudo e todos que o problema do éter, o meio que supostamente dava suporte à propagação da luz, não era um problema: o éter simplesmente não existia.

Anos de reflexão levaram a uma conclusão fantástica: "O tempo não pode ser absolutamente definido". O jovem rebelde traz a noção de perspectiva à ciência, ressaltando o papel do observador nas medidas de tempo e de espaço.

Se a elegância foi-se com a idade, ficou ao menos a rebeldia, se não tanto nas idéias ao menos na língua.

A primeira célula

Para entender a vida, temos de buscar a origem de sua unidade

A prendemos em biologia, numa das primeiras lições: a célula é a unidade fundamental de um organismo, consistindo de uma membrana circundando um núcleo que flutua em citoplasma.
Sabemos que células podem sobreviver por conta própria. Muitos organismos microscópicos, como a ameba ou o paramécio, consistem em apenas uma célula. Um vírus é uma entidade ainda mais simples, mas que não é propriamente viva: consistindo de uma cápsula feita de proteína e um interior com material genético, só consegue se replicar quando está dentro de uma célula viva.

Portanto, podemos dizer que a célula é a unidade fundamental da vida. Se quisermos entender a origem da vida, temos que entender como surgiram as primeiras células.

Alguns cientistas estão tentando fazer exatamente isso. Em seus laboratórios, procuram sintetizar uma célula primitiva, capaz de se reproduzir e sobreviver por si mesma. Em ciência, a mesma questão pode ser abordada de várias formas diferentes. No caso da origem da primeira célula, existem três caminhos.

No primeiro, investigado no Instituto J. Craig Venter, cientistas procuram uma célula mais básica: usando o micróbio parasita Mycoplasma genitalium, responsável por infecções urinárias, partem do mais complicado para o mais simples. O parasita tem apenas 528 genes no seu DNA, dos quais muitos são supérfluos. A questão é quais são eles e qual é o número mínimo de genes numa célula capaz de sobreviver. O processo é lento: combinações de genes são extraídas metodicamente e a célula resultante é testada.

Um dia os pesquisadores esperam chegar ao conjunto mínimo de genes capaz de manter a célula viva. Uma vez que estes sejam encontrados (se forem encontrados), o plano é recriar o DNA sinteticamente. A tarefa é complexa: ninguém conseguiu criar um DNA com centenas de milhares de unidades. Mesmo se o projeto falhar, as técnicas que estão sendo desenvolvidas permitirão o reparo e a reconstrução de material genético. Por exemplo, seria possível criar uma célula capaz de converter detritos orgânicos em hidrogênio combustível.

Críticos afirmam que esse procedimento não leva de fato à resolução do enigma da primeira célula. Afinal, esse parasita evoluiu durante centenas de milhões de anos para chegar ao seu estado atual. Outro grupo publicou uma receita para a construção de uma célula usando partes avulsas, como num kit de montagem de aeromodelo. Nessa receita, o maquinário molecular responsável pela vida seria baseado num genoma sintético com 151 genes e mais algumas proteínas. Uma vez encontrado, esse material é circundado por uma membrana de gordura (lipídios). Ao menos a membrana foi construída com sucesso. E proteínas foram sintetizadas em seu interior, o começo de algo semelhante à vida.

Mesmo esse processo usa moléculas modernas, produtos de bilhões de anos de evolução. O desafio é começar do começo, criando vida a partir do que não vive, como ocorreu na Terra há aproximadamente 3,8 bilhões de anos. Um terceiro grupo, da Universidade Harvard, vem tentando fazer isso: uma célula consistindo de uma membrana e uma única molécula de RNA capaz de se auto-replicar.

O desafio aqui é encontrar essa molécula. Estamos em desvantagem: a vida teve centenas de milhões de anos para realizar seus experimentos até encontrar a combinação certa. Por outro lado, temos nossa curiosidade e o conhecimento acumulado de centenas de anos de ciência. Com paciência e persistência, não se surpreenda se, em algumas décadas, gerar vida no laboratório virar rotina.

A infernal estrela-d'alva

Estudar o horrendo efeito estufa em Vênus poderá ser útil

Nada mais poético do que a visão da estrela-d'alva, brilhando ao pôr-do-sol feito um diamante nos céus. Quantos poemas e canções já não foram inspirados por esse emblema de beleza e pureza? É irônico que a nossa deusa da beleza, a Vênus celeste, seja, na realidade, um planeta verdadeiramente infernal.

O segundo planeta a partir do Sol - também o mais próximo da Terra- tem uma atmosfera composta principalmente de gás carbônico (96,5%) e nitrogênio, com praticamente nada de oxigênio. Nuvens de ácido sulfúrico flutuam a grandes altitudes. O planeta já foi comparado a uma panela de pressão: a temperatura na superfície é, em média, de 500 C; a atmosfera é tão densa que é impossível visualizar sua superfície de longe, como fazemos com a Lua ou Mercúrio. O único jeito é ir até lá, o que não é fácil.

Um dos mistérios com relação a Vênus é a ausência de água. Claro, com temperaturas de 500 C qualquer água na superfície teria evaporado.

Mas deveria ser encontrada ainda na atmosfera, em forma de vapor. Talvez, no passado, Vênus tenha sido um planeta diferente. Afinal, possui várias características muito semelhantes à Terra: o tamanho e a massa, por exemplo, indicando que sua composição rochosa não é muito diferente.
Carl Sagan, há muitos anos, propôs que Vênus foi vítima de um efeito estufa acelerado. Não que os incas venusianos (quem via "National Kid" quando era criança nos anos 60 e 70, coisa saudosa da minha geração, sabe do que estou falando) tenham poluído o planeta. O acúmulo de gás carbônico é que teria criado um cobertor permanente sobre o planeta, que a radiação solar e as erupções vulcânicas (Vênus talvez ainda tenha vulcões ativos) torraram ainda mais quente a atmosfera.

Os russos foram os pioneiros da exploração de Vênus. Em meados dos anos 70, duas sondas, Venera 9 e Venera 10, conseguiram enviar fotos durante uma hora, antes de seus circuitos virarem sopa metálica. Não encontraram os incas, mas encontraram rochas com pouco sinal de erosão.

Vênus é um planeta estranho: enquanto Mercúrio, Terra e Marte giram em torno de seus eixos no mesmo sentido do seu movimento em torno do Sol, Vênus gira ao contrário. Na verdade, quase não gira: seu "dia" é de 177 dias terrestres, mais da metade de seu ano, de 244 dias. A razão para essa anomalia não é conhecida; mas a conjectura é que Vênus tenha sofrido uma gigantesca colisão na infância, que alterou completamente sua rotação. Algo semelhante ao que ocorreu com a Terra e deu nascimento à Lua.

Recentemente, outra missão, desta vez da ESA (Agência Espacial Européia), aventurou-se sob as espessas nuvens de ácido de Vênus. Seu objetivo era resolver o mistério da água venusiana: se o planeta é tão parecido com a Terra, onde foi parar sua água?

A sonda encontrou evidência de que o planeta teve mais água no passado, o suficiente para cobrir sua superfície inteira com uma profundidade de 4,5 metros. (A Terra, como comparação, seria coberta por 2,8 km de água). Se essa água evaporou rapidamente, ela pode ter contribuído para o horrendo efeito estufa que domina Vênus.

Estudar o que ocorreu lá nos ajuda a evitar que algo semelhante ocorra aqui. O aquecimento de um planeta depende de vários fatores: a temperatura na superfície e suas variações, a composição de sua atmosfera, a emissão de gases e vapores de seu interior.
No mínimo, Vênus demonstra que o inferno existe, não no centro da Terra, mas nos céus.

O drama da descoberta

A natureza nem sempre corresponde aos nossos anseios

A ciência muitas vezes é considerada uma atividade sem emoções, destituída de drama, fria e racional. Na verdade, ela é justamente o oposto disso.A premissa da ciência é a nossa ignorância, nossa vulnerabilidade em relação ao desconhecido, ao que não sabemos. Existe sempre uma sensação de insegurança, de não termos certeza de estar indo na direção certa.

Nos casos mais comuns, quando experimentos revelam novos aspectos da natureza que não haviam nem sequer sido conjecturados, a enorme surpresa, a sensação de tatearmos no escuro, pode levar ao desespero. Nenhum exemplo na história da ciência é mais revelador desse drama do que o nascimento da física quântica, a físca que descreve o comportamento dos átomos e das partículas subatômicas -e que essencialmente está por trás de toda a revolução digital que rege a sociedade moderna. Ao final do século 19, a física estava com muito prestígio.

A mecânica de Newton, a teoria eletromagnética de Faraday e Maxwell, a compreensão dos fenômenos térmicos, tudo levava a crer que a ciência estava perto de chegar ao seu objetivo final, a compreensão de toda a natureza. Ao menos assim pensavam vários físicos. Grande engano. Para a surpresa de muitos, experimentos revelaram fenômenos que não podiam ser explicados pelas teorias da chamada era clássica.

Não se entendia por que corpos aquecidos acima de certas temperaturas brilhavam com aquela luz avermelhada que vemos nas brasas de uma boa fogueira. Não se entendia por que a luz violeta podia carregar eletricamente uma placa metálica neutra, enquanto a luz amarela nada fazia. Não se sabia se átomos eram ou não entidades reais, já que a física clássica previa que seriam instáveis, com os elétrons espiralando em direção ao núcleo.

Gradualmente, ficou claro que uma nova física era necessária para lidar com o mundo do muito pequeno. A questão era o quanto essa física seria diferente. Ninguém queria mudanças muito radicais. Ou quase ninguém. A primeira idéia da nova era veio de Max Planck, que, em 1900, propôs que átomos recebem e emitem energia em pequenos pacotes, que chamou de "quanta". Antes disso, qualquer sistema emitia e recebia energia continuamente, como quando aquecemos um bule d'água.

Eis como Planck descreveu seu estado emocional ao propor a idéia do quantum: "Resumidamente, posso descrever minha atitude como um ato de desespero, já que por natureza sou uma pessoa pacífica e contrária a aventuras irresponsáveis. Quaisquer que fossem as circunstâncias, qualquer que fosse o preço a ser pago, eu tinha de obter um resultado positivo". O uso da palavra "desespero" é revelador.

Planck viu-se forçado a propor algo de fundamentalmente novo, que ia contra tudo o que havia aprendido até então e que acreditava ser correto sobre a natureza. Abandonar o velho e propor o novo requer muita coragem intelectual. Planck o fez pois sabia que a física tinha como missão explicar o mundo natural, mesmo que a explicação contrariasse seus preconceitos.

Os experimentos não deixavam dúvida de que algo de novo era necessário. Planck, um modelo da integridade de um cientista, sabia que seu compromisso com a natureza era o único que importava. Como esse, existem muitos outros exemplos de cientistas que, deparados com resultados misteriosos e surpreendentes, lutam para propor e aceitar idéias que vão de encontro ao que acreditam ser correto.

Talvez essa seja a lição mais importante da ciência, que a natureza nem sempre corresponde aos nossos anseios e que precisamos encará-la com a humildade de quem sabe muito pouco.

O homem biônico

Em breve, os atletas mais velozes do mundo não terão pernas

Na semana passada, o mundo se deparou com uma notícia que parecia coisa de ficção científica. O atleta sul-africano Oscar Pistorius foi proibido pela Associação Internacional das Federações Atléticas (IAAF) de participar da Olimpíada de Pequim. A decisão foi acatada pelo Comitê Olímpico Internacional.

O motivo não foi doping.Segundo os membros da IAAF, Pistorius tem uma vantagem mecânica sobre seus adversários. Nascido sem o perônio nas duas pernas -o osso que conecta o joelho ao calcanhar-, Pistorius teve as duas pernas amputadas sob o joelho quando tinha onze meses. Em seu lugar, usa uma prótese de fibra de carbono com a forma da letra "J", fabricada por uma companhia da Islândia. Sempre interessado em atletismo e esportes, Pistorius conquistou o recorde mundial dos 100, 200 e 400 metros na Paraolimpíada, a olimpíada para atletas portadores de deficiência física. A coisa complicou quando Pistorius começou a marcar tempos que o qualificavam para representar seu país na Olimpíada.

Ano passado, chegou em segundo lugar na prova de 400 metros do campeonato sul-africano. O atual recorde mundial é de 43,18 segundos. Pistorius consegue marcar 46,56 segundos. E seu tempo está baixando progressivamente. Para chegar ao seu veredicto, a IAAF submeteu a prótese de Pistorius a uma série de testes no laboratório do cientista alemão Gert-Peter Brueggemann. Os testes foram claros: Pistorius pode correr na mesma velocidade que atletas sem deficiência usando 25% menos energia. O cientista concluiu que a lâmina protética retorna três vezes mais energia do que o calcanhar humano sob tensão máxima.

Temos aqui um dos primeiros casos nos quais a tecnologia modifica o corpo a ponto de criar um ser híbrido que não pode mais, ao menos segundo as regras do atletismo internacional, ser considerado humano. Claro, Pistorius está chocado com a decisão e promete que vai apelar. Seu exemplo inspira milhões de jovens com limitações físicas. Mas imagine a cena: Jogos Olímpicos de 2008, atletas preparando-se para a prova final dos 400 metros. Dentre eles, um rapaz com pernas de fibra de carbono.

Que impacto emocional sua presença teria sobre os outros atletas? Será que afetaria sua performance? Em julho passado, na competição da Liga de Ouro em Roma, Pistorius chegou em segundo lugar da prova B. A situação é constrangedora. Queremos ver o esforço de Pistorius reconhecido. Porém, sem tornar a competição injusta. Afinal, é uma questão de tempo até que fibras de carbono ainda mais sofisticadas estejam disponíveis, oferecendo uma vantagem ainda maior. Em breve, os atletas mais velozes do mundo não terão pernas. Ao menos pernas de carne e osso.

Vamos extrapolar um pouco. Membros mecânicos não são as únicas próteses possíveis. Casando materiais com eletrônica, não é absurdo especularmos que, num futuro não muito distante, será possível implantar chips no cérebro para vários fins. Por exemplo, já existem implantes que permitem que pessoas cegas distingam sombras e contrastes de claro e escuro; na semana passada, eletrodos no cérebro de uma macaca nos EUA fizeram um robô andar no Japão.

E se encontrarmos um implante que aumente o QI de uma pessoa? Será que os estudantes ricos que puderem ter esses implantes devem fazer vestibular com os outros? Se juntarmos esses avanços à genética, a coisa complica ainda mais. Logo chegaremos a um admirável mundo novo, conforme previu Aldous Huxley em seu romance de 1932. Só espero que sejamos mais sábios.

O rombo cósmico

É como se a natureza desse uma pista para que seus segredos sejam decifrados

Ahistória do Universo está escrita nos céus. O duro é interpretá-la. A situação é parecida com a dos paleontólogos, que tentam reconstruir o passado da vida na Terra com base nos fósseis, ou a dos geólogos, que tentam reconstruir a evolução da Terra desde sua infância por meio do estudo das rochas.

Por trás de cada uma dessas atividades está a convicção de que processos que ocorreram no passado foram causais, ou seja, resultados de causas que podem ser explicadas pela investigação científica. Existe, portanto, uma continuidade, uma história que pode ser resgatada com o auxílio das pistas certas. A cosmologia, que estuda a evolução do cosmo desde a sua formação até o presente, também conta com pistas -fósseis de seu passado.

O mais importante dos fósseis cosmológicos é a chamada radiação cósmica de fundo, formada quando surgiram os primeiros átomos, há aproximadamente 14 bilhões de anos. Se visualizarmos o Universo como o espaço interno de uma banheira, essa radiação seria a água. As galáxias, com todas as suas estrelas e planetas, seriam pequenos objetos flutuando nesse "oceano" de radiação, como grãos de poeira. Ou seja, essa radiação, prevista por Ralph Alpher, George Gamow e Robert Herman -os três cientistas que propuseram o modelo do Big Bang no final da década de 1940- está por toda parte. Como toda radiação eletromagnética, incluindo a luz que vemos com nossos olhos (a porção visível do espectro eletromagnético), ela é formada por fótons, as partículas de luz propostas por Einstein em 1905. Cálculos indicam que há cerca de 400 fótons por centímetro cúbico de espaço (um cubo com a extensão da sua unha). Esses fótons pertencem à radiação de microondas, sendo, portanto, invisíveis e muito frios.

Tal como a água da banheira, que pode ser mais quente aqui ou ali, a radiação de fundo também sofre variações de temperatura. No caso, essas variações são devidas aos puxões gravitacionais sofridos pelos fótons quando eles se aproximam de uma concentração de massa. A gravidade atrai toda forma de matéria e radiação, inclusive a luz, fazendo com que ela perca energia, diminuindo sua temperatura. Os buracos negros são o caso extremo, onde a atração é tão forte que nem os fótons -a luz- podem escapar. Essas variações de temperatura foram medidas com enorme precisão durante os primeiros anos deste milênio pelo satélite da Nasa WMAP.

Inicialmente, os dados indicavam que tudo parecia se comportar conforme o esperado, com flutuações distribuídas igualmente em torno de uma média: tantos locais mais quentes quanto locais mais frios. Recentemente, foi descoberta uma enorme região anômala na radiação cósmica de fundo, um rombo frio com um ângulo aproximado de 5 graus. Como comparação, a Lua cheia ocupa em torno de 1 grau no céu. A probabilidade de tal desvio é de apenas 1,85%, bem pequena. Quando deparados com anomalias dessa magnitude, cientistas ficam animados: é como se a natureza estivesse dando uma pista para que seus segredos sejam decifrados.

No caso, o passado do Universo, bem próximo de sua infância. Os processos que imprimiram esse buraco estavam presentes logo após o Big Bang, no primeiro milhão de anos de existência do Universo. Várias explicações foram já propostas. Uma delas sugere que o rombo tenha sido causado por um defeito cósmico, uma cicatriz deixada pela ruptura de simetrias que ligavam todas as forças da natureza numa só.

Neste caso, o micro, a física que usa essas simetrias para explicar como as partículas de matéria interagem, deixaria sua assinatura no macro, no Universo como um todo.