Existe água líquida em Marte!… (e dai?…)

Animação que ilustra um sobrevoo das encostas da Cratera Hale, um dos lugares onde os rastros que parecem indicar a presença de água líquida em Marte, foram observados

A NASA anunciou hoje, com grande estardalhaço, ter encontrado fortes indícios da ocorrência de água no estado líquido no nosso vizinho de Sistema Solar, Marte. A imprensa, convocada desde a última sexta feira para uma coletiva onde se prometia algum tipo de “solução para um velho mistério sobre Marte”, já publicou com fanfarras esta notícia. Então, o que realmente podemos tirar de conclusões sobre a bombástica “descoberta” da NASA?

A primeira coisa a considerar é que os exobiólogos vêm falando, há tempos, sobre a tal “Zona Cachinhos Dourados” (“Goldylocks Zone”) – “não muito quente, nem muito frio” – uma faixa de distância entre um planeta e sua estrela-mãe que permitiria a existência de água em estado líquido e, por consequência, de vida (tal como a existente na Terra).

Entretanto, aqui mesmo na Terra, já foram encontrados organismos vivos em ambientes que, se pensava, eram totalmente hostís e inviáveis para a vida. Tais organismos foram chamados de extremófilos. Um dos tipos mais sofisticados de extremófilo é o bastante popular urso d’água, capazes de resistir à exposição prolongada ao espaço exterior em estado de hibernação e “ressuscitarem”. Isso me sugere que a tal “Zona Cachinhos Dourados” deveria ser um pouco extendida, mas… vá lá!…

Um urso d’água seria perfeitamente capaz de sobreviver nas condições que a NASA sugere que existem em Marte (e eu – que sou fã incondicional de Fred Hoyle – adoraria que as sondas terrestres encontrassem alguns ursos d’água em Marte, mas… deixa pra lá!…)

O que, efetivamente, a NASA observou? Do press-release linkado acima, extraímos o seguinte trecho;

Usando um espectrômetro de imageamento no Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), os pesquisadores detectaram as assinaturas de minerais hidratados nas encostas onde se vê rastros misteriosos no Planeta Vermelho. Esses rastros mais escuros parecem brotar e sumir ao longo do tempo. Eles ficam mais escuros e parecem escorrer pelas íngremes encostas durante as estações quentes e então esmaecerem durante as estações mais frias. Eles aparecem em diversos lugares em Marte quando as temperaturas sobem acimade -23°C e desaparecem em temperaturas mais baixas.

Esses rastros de sais hidratados foram identificados como percloratos (uma mistura de perclorato de magnésio, clorato de magnésio e perclorato de sódio, para ser mais exato). E alguns percloratos são conhecidos como anti-congelantes, mantendo a solução deles em estado líquido em temperaturas da ordem de -70°C. Na Terra, são frequentemente encontrados em desertos (onde deixam rastros muito parecidos nas encostas). Ah!… Sim… E – a título de bonus – os percloratos são usados para fazer combustível de foguetes.

Então – a menos que ocorra algum tipo de reação química desconhecido na Terra – é perfeitamente possível que uma salmoura escorra pelas encostas e até que algum tipo de extremófilo viva nelas (e hiberne, tal como um urso d’água, até a próxima estação “quente”).

Mas parece que os homenzinhos verdes não andam por lá…

A fotossíntese vista do espaço

24 de julho de 2013

Cientistas da NASA estabeleceram uma nova maneira de utilizar satélites para medir o que acontece dentro das plantas a nível celular

Plantas crescem e prosperam através da fotossíntese, um processo que converte a luz do Sol em energia. Durante a fotossíntese, as plants emitem o que se chama de fluorescência – uma luz invisível a olho nu, porém detectável pelos satélites que orbitam a centenas de quilômetros acima da Terra. Os cientistas da NASA conseguiram estabelecer um processo para transformar esses dados dos satélites em mapas globais do fenômeno sutil com um detalhe sem precedentes.

Crédito: NASA’s Goddard Space Flight Center

 

Plantas saudáveis usam a energia da luz do Sol para realizar a fotossíntese e re-emitem parte dessa luz na forma de um brilho tênue porém mensurável. Em essência, uma abundante fluorescência indica uma ativa fotossíntese e uma planta saudável, enquanto que pouca ou nenhuma fluorescência indica que a planta está estressada ou morrendo. Mapas desse fenômeno dão aos cientistas um vislumbre direto da saúde das plantas.

Os novos mapas – produzidos por Joanna Joiner do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland, e seus colegas – anunciam um aumento de 16 vezes na resolução espacial e de 3 vezes na resolução temporal maiores do que os mapas de prova-de-conceito apresentados em 2011, obtidos de outro instrumento de satélite. Melhores medições globais podem ser úteis para fazendeiros interessados em indícios antecipados de estresse sobre colheitas e para ecologistas que procuram compreender melhor os processos globais da vegetação e dos ciclos de carbono.

“Pela primeira vez, somos capazes de mapear em escala global as mudanças da fluorescência no espaço de um único mês”, diz Joiner. “Isto nos permite usar a fluorescência para observar, por exemplo, a variação da duração da estação do crescimento”.

A dinâmica da vegetação, inclusive a migração em direção ao Norte durante a primavera no Hemisfério Norte, já é observada indiretamente por dados de satélites usados para medir a “verdejância” da luz refletida pela superfície da Terra. As medições da fluorescência complementam aquelas medições, fornecendo informações imediatas sobre a produtividade das plantas. Por exemplo, os pesquisadores observaram plantas que começavam a caducar, antes que suas folhas mudassem de cor. Da mesma forma, foram capazes de detectar o crescimento antecipado das plantas durante a primavera quente de 2012.

Esses mapas se tornaram possíveis devido ao desenvolvimento de uma nova maneira de identificar o tênue sinal de fluorescência coletado pelo Instrumento nº 2 de Monitoramento de Ozônio Global (Global Ozone Monitoring Instrument 2 = GOME-2) no Metop-A, um satélite meteorológico Europeu. A aquisição da medição é complicada pela mistura dos sinais de fluorescência com o da luz solar refletida pela superfície e pela camada de nuvens da Terra, e pela absorção da luz solar pelos gases da atmosfera.

 

diagram of the chloroplasts inside plant cells and how they convert sunlight to energy
O mecanismo dentro dos cloroplastos das células das plantas converte a luz do Sol em energia, emitindo fluorescência durante o processo. Os cientistas podem detectar a “digital” da fluorescência a partir dos dados coletados pelos satélites.
Crédito da imagem: NASA Goddard’s Conceptual Image Lab/T. Chase

 

Para identificar a fluorescência, Joiner e seus colegas tiraram vantagem do fato de que cada um desses sinais tem sua própria e inconfundível assinatura espectral, tal como uma impressão digital – o que permite distinguir os da fluorescência dos da superfície da Terra ou da atmosfera. Basta encontrar a “digital” da fluorescência e os cientistas serão capazes de expurgar os dados dos demais tipos de luminescência.

O expurgo das influências atmosféricas foi uma das complexidades ausentes da pesquisa pioneira de 2011, quando Joiner e seus colegas produziram os primeiros mapas globais que comprovaram o conceito da medição global da fluorescência das plantas do espaço. Esse primeiro estudo se apoiou em dados obtidos por um espectrômetro a bordo do Satélite de Observação de Gases de Efeito-estufa (Greenhouse Gases Observing Satellite =GOSAT), um satélite japonês. Os pesquisadores analisaram uma seção incomumente escura da parte infravermelha do espectro solar, onde há pouca luz de fundo, o que torna possível distinguir o fraco sinal da fluorescência.

A despeito das complexidades, o novo processo permite medições mais frequentes, capazes de produzir mapas com maior resolução. As observações anteriores com o GOSAT dependiam da média dos dados de áreas de 200 km² a cada mês. Agora, com o GOME-2, os cientistas tiram a média dos dados de áreas com apenas 50 km² a cada 10 dias. O estudo foi publicado online para revisão em abril em Atmospheric Measurement Techniques.

“As amostragens mais precisas e frequentes são valiosas, permitindo nos concentrarmos nas regiões com os sinais de fluorescência mais fortes”, explica Joiner. “Nossos dados indicam que as áreas agrícolas do meio-oeste dos Estados Unidos são das terras mais produtivas do mundo. E agora também podemos fazer a correlação entre nossos dados de medição de fluorescência por satélites e as observações das torres de medição de dióxido de carbono absorvido pelas plantas”.

A pesquisa também pavimenta o caminho para estudos de fluorescência com base em medições de futuras observações atmosféricas ou específicas de fluorescência. Tais observações podem vir do Observatório Orbital de Carbono n° 2 da NASA (Orbiting Carbon Observatory-2), uma missão destinada a medir dióxido de carbono, cuja previsão de lançamento é para julho de 2014, e a missão da Agência Espacial Européia, Exploradora de Fluorescência, que pode ser lançada a partir de 2015 até o final da década.

 

As ondas lentas do sono profundo


Technische Universitaet Muenchen

O ritmo fascinante das ondas lentas do cérebro

Cientistas sondam a fonte de um sinal pulsante em um cérebro adormecido

 IMAGEM: Gerada por uma simulação em computador, esta imagem mostra como um breve pulso de luz dirigido sobre um pequeno grupo de neurônios se propaga por todo o córtex. A experiência é realizada com cérebros vivos de camundongos anestesiados  Clique aqui para mais informações.

Novas descobertas esclarecem como e onde as “ondas lentas” do cérebro se originam. Acredita-se que esses pulsos rítmicos de sinais que se espalham pelo cérebro durante o sono em uma taxa de um ciclo por segundo, exerçam um papel em processos tais como a consolidação das memórias. Pela primeira vez, pesquisadores demonstraram de maneira conclusiva que essas ondas lentas começam no córtex cerebral, a parte do cérebro responsável pelas funções cognitivas. E eles também descobriram que essas ondas podem ser emitidas a partir de um pequeno aglomerado de neurônios.

“O cérebro é uma máquina com ritmos que produz todos os tipos de ritmos o tempo todo”, explica o Prof. Arthur Konnerth da Technische Universitaet Muenchen (TUM). “São como relógios que ajudam a manter várias partes do cérebro em sintonia”. Um desses cronômetros produz o que se chama de ondas lentas do sono profundo, as quais se acredita estejam envolvidas na transformação dos fragmentos da experiência e aprendizado diários em memórias permanentes. Elas podem ser observados nos primeiros estágios do desenvolvimento [do cérebro] e podem ser corrompidas por doenças tais como o Mal de Alzheimer.

Estudos anteriores, feitos principalmente com base em medições elétricas, não eram capazes de proporcionar uma resolução espacial que permitisse mapear o início e a propagação das ondas lentas de maneira precisa. Mas, com o uso da luz, a equipe de Konnerth com base em Munique e em colaboração com pesquisadores em Stanford e na Universidade de Mainz , foi capaz de tanto estimular a emissão das ondas lentas, como de observá-las em detalhes sem precedentes. Um dos principais resultados foi a confirmação de que as ondas lentas têm sua origem apenas no córtex cerebral, o que descarta diversas outras hipóteses há muito discutidas. “A segunda descoberta mais importante”, diz Konnerth, “foi que, dos bilhões de células no cérebro, não é necessário mais do que um aglomerado local de neurônios – de 50 a 100 deles – em uma camada profunda do córtex, chamada camada 5, para criar uma onda que se espalha por todo o cérebro”.

 IMAGE: A nova técnica da optogenética permite que os pesquisadores insiram canais sensíveis à luz em neurônios específicos (representados em verde). Por meio de fibras ópticas tanto é possível emitir estímulos luminosos, como mapear espacialmente as respostas dos neurônios. Clique aqui para mais informações.

Novas luzes sobre um mecanismo neural fundamental 

A despeito do considerável número de investigações acerca das ondas lentas cerebrais, as respostas definitivas acerca dos circuitos cerebrais subjacentes continuavam elusivas. Onde ficava o marca-passo deste ritmo? Onde as ondas começam e onde elas param? Este estudo – com base na sondagem óptica de cérebros intactos de camundongos anestesiados – fornece finalmente as bases para uma visão detalhada e compreensiva.

“Nós implementamos uma abordagem optogenética combinada com a detecção óptica da atividade neuronal para explorar as características causadoras dessas oscilações lentas, ou seja: dessa atividade liga-desliga, que representam o ritmo predominante na rede [de neurônios] durante o sono”, explica o Prof. Albrecht Stroh da Universidade Johannes Gutenberg em Mainz. Optogenética é uma técnica nova que permitiu aos pesquisadores inserir canais sensíveis à luz em tipos específicos de neurônios, tornando-os suscetíveis a estímulos luminosos. Isto permitiu o estímulo seletivo e definido em termos espaciais de pequenos números de neurônios corticais e talâmicos.

O acesso ao cérebro por meio de fibras ópticas permitiu tanto o registro microscópico, quanto o estímulo direto dos neurônios. Flashes de luz perto dos olhos dos camundongos também foram usados para estimular os neurônios do córtex visual. Por meio do acompanhamento do fluxo dos íons de cálcio – um sinal químico que permite uma leitura espacial mais precisa da atividade elétrica – os pesquisadores tornaram as ondas lentas visíveis. E eles também correlacionaram as leituras ópticas com medições elétricas mais convencionais. Como resultado, foi possível observar as frentes de onda individuais se propagarem – como as ondulações causadas por uma pedra atirada em um lago tranquilo – primeiro através do córtex e, daí, através de outras estruturas cerebrais.

Um novo quadro começou a emergir: Não só é possível que um pequeno aglomerado local de neurônios inicie uma onda lenta que irá se propagar até longe, recrutando várias regiões do cérebro a participar de um único evento, como isto parece ser um evento típico. “Em condições espontâneas”, afirma Konnerth, “à medida em que isto acontece comigo e você e todos os demais, todas as noites durante o sono profundo, cada parte do córtex pode ser o local de início”. Além disto, um protocolo de comunicação surpreendentemente simples pode ser visto no ritmo das ondas lentas. Durante cada ciclo de um segundo, um único aglomerado de neurônios envia seu sinal e todos os outros ficam silenciosos, como se estivessem funcionando em turnos para banhar o cérebro com fragmentos de experiências, ou de aprendizado, unidades de construção da memória. Os pesquisadores veem suas descobertas como um passo na direção de uma melhor compreensão do aprendizado e da formação de memórias, um tópico investigado pelo grupo de Konnerth com o financiamento do Conselho Europeu de Pesquisas. Ao par disto, eles também estão investigando como as ondas lentas se comportam no caso de doenças [cerebrais].

 IMAGEM: Estas medições foram feitas com o registro óptico do fluxo de íons de cálcio em neurônios modificados pela optogenética. A sequência de quatro pulsos alternados – os gerados pelo estímulo visual do córtex marcados pelo “sol” e os gerados por fibra óptica, marcados “OG”, evidencia que o estímulo artificialmente lançado sobre um pequeno grupo de neurônios causa uma resposta similar a um estímulo externo sobre todo o córtex visual. Clique aqui para mais informações.

 

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A pesquisa foi financiada pela Fundação Alemã de Pesquisas (DFG), o Instituto de Estudos Avançados da TUM e o Núcleo de Excelência SyNergy (Núcleo de Munique para Neurologia de Sistemas), a Fundação Friedrich Schiedel Foundation e a Comissão Européia (Projeto Corticonic).

Publicação:

Making Waves: Initiation and Propagation of Corticothalamic Ca2+ Waves In Vivo. Albrecht Stroh, Helmuth Adelsberger, Alexander Groh, Charlotta Ruehlmann, Sebastian Fischer, Anja Schierloh, Karl Deisseroth e Arthur Konnerth.

Neuron 77, 1136-1150, March 20, 2013,

DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.neuron.2013.01.031

Vai um pouquinho de arsênico aí?…

Photobucket

[ Traduzido de:New Bacteria Widens Search For Extraterrestrial Life ]

Alerta do Tradutor: A notícia está traduzida do original linkado acima. O tradutor não só não se responsabiliza pela exatidão da mesma, como já leu em outras fontes que o alarde sobre a real significância desta notícia pode estar altamente exagerado

Uma nova bactéria devoradora de arsênio muda a visão dos cientistas dobre a vida em outros planetas.

2 de dezembro de 2010

Por Carrie Arnold, Colaborador do ISNS
Inside Science News Service

Arsenic Bacteria

Imagem ampliada

A cepa GFAJ-1 de bactérias usa arsênibo onde outras espécies usam fósforo.

Crédito da imagem: Cortesia da Science/AAAS

WASHINGTON (ISNS) — Uma espécie de bactérias descoberta na California pode ser capaz de sobreviver em condições dignas de outro planeta. Ela pode fazer um lanchinho de arsênico como se o veneno fosse requeijão e biscoitos.

O arsênico é um notório veneno que tem tido um papel importante em novelas de crime e mistério. No entanto, um estudo recente mostra que esta bactéria não só pode tolerar a toxina metálica, como pode incorporar impunemente o arsênico em seu DNA e proteínas.

“Esse estudo é uma novidade muito entusiasmante”, declarou o bioquímico Barry Rosen da Universidade Internacional da Florida em Miami que não participou do estudo. “Nenhum outro organismo já identificado é capaz de fazer isso”. 

Muitas outras bactérias podem transformar o arsênico em compostos químicos inofensivos, diz Rosen, mas este é o primeiro micróbio que realmente incorpora o arsênico em suas bio-moléculas.

Todas as espécies de vida – desde micróbios até os mamíferos, passando por aquilo que podemos um dia encontrar em Marte – precisa de seis elementos: carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, fósforo e enxofre. Sem esses elementos, os biólogos acreditam que a vida não pode existir. 

Entretanto, o arsênico é um parente próximo do fósforo. Tão próximo que alguns astro-biólogos – cientistas que estudam a origem e a evolução da vida no universo – se perguntavam se alguns organismos poderiam usar arsênico no lugar do fósforo em suas reações bioquímicas.

As bactérias que vivem nas profundezas salobras e ricas em arsênico do Lago Mono no Leste da California, claramente evoluíram de modo a poder tolerar o arsênico, mas a equipe de cientistas liderada por Felisa Wolfe-Simon do Instituto de Astro-biologia da NASA em Menlo Park, California, foi um passo adiante. Uma vez que o arsênico é tóxico para os seres humanos precisamente porque nossos corpos o usam como um (mau) sucedâneo para o fósforo, Wolfe-Simon questionou se alguns organismos não poderiam ter-se adaptado para realizar essa substituição.

O resultado da pesquisa, publicado hoje online na Science,
apresentou ao mundo um tipo de bactéria Halomonadaceae [nota do tradutor: uma família de Proteobactérias] amantes do sal chamado GFAJ-1, que podem usar o arsênico em substituição ao fósforo, sem efeitos adversos aparentes.

Wolfe-Simon e seus colegas coletaram amostras de lodo do fundo do Lago Mono e tentaram cultivar as bactérias em um ambiente isento de fósforo. Incapacitado de formar fosfatos, organismo algum deveria ter prosperado. Porém, Wolfe-Simon descobriu que a GFAJ-1 realmente prosperava em um meio isento de fósforo.

“Para ser honesta, eu pensei que tinha feito alguma lambança”, confessa Wolfe-Simon. Repetidas experiências mostraram a Wolfe-Simon que ela não tinha cometido um erro: as [colônias de] bactérias estavam realmente crescendo sem fósforo.

Os resultados iniciais de Wolfe-Simon indicavam que a GFAJ-1 não precisava de arsênico para crescer – na verdade elas cresciam 1,6 vezes mais rápido quando dispunham de fósforo, em lugar de arsênico – mas também não dependiam só de fósforo.

Os pesquisadores então cultivaram a GFAJ-1 em arsênico radioativo, para ver se elas estavam realmente usando arsênico no lugar do fósforo. Em células normais, os grupos de fosfatos são ligados às proteínas, ligando e desligando estas, o que afeta o metabolismo das células. Moléculas de gordura com grupos de fosfatos formam a membrana da célula e a estrutura da molécula de DNA é feita de açúcares e fosfatos.

Depois que as GFAJ-1 tiveram tempo de incorporar o arsênico radioativo,
Wolfe-Simon isolou e separou as bactérias em proteínas, lipídios e ácidos nuclêicos. Os pesquisadores encontraram radiatividade em cada uma das três frações, o que indicava que a GFAJ-1 estava usando o arsênico em suas biomoléculas.

De acordo com Rosen, ainda são necessários mais estudos para demonstrar que o arsênico realmente substituiu o fósforo.

“Eles não demonstraram que qualquer molécula específica tenha arsênico nela e, se ela contiver arsênico, que ela ainda está ativa e funcional”, pondera Rosen. “Isso tem várias implicações para a vida extraterrestre que pode usar um tipo de química diferente daquela que temos na Terra”.

Astro-biólogos normalmente procuram por sinais de vida em outros planetas na forma de traços químicos dos seis elementos necessários para a vida. Essas descobertas podem significar que os cientistas precisam abrir o leque de assinaturas químicas da presença de vida. Embora mais estudos sejam necessários para comprovar que o arsênico foi realmente empregado no lugar do fósforo, tanto Rosen, como Wolfe-Simon declararam que as implicações são relevantes.

“[O presente estudo] implica em mudarmos a maneira como pensamos em ciência e mudarmos a maneira como pensamos a respeito de vida”, declarou Wolfe-Simon. “Se sabemos tão pouco sobre a vida aqui na Terra, como vamos encontrá-la em outro lugar?”


A física dos tubarões

American Institute of Physics

O segredo do sucesso dos tubarões


IMAGEM:

Tubarão-mako.

Imagem ampliada e mais informações.

WASHINGTON, D.C., 23 de novembro de 2010 — Novas pesquisas realizadas na Universidade do Sul da Florida sugerem que um dos segredos da evolução dos tubarões está oculto em uma de suas características menos aparentes – escamas flexíveis no corpo desses predadores sem par tornam eles caçadores mais eficientes por permitir que eles mudem de direção enquanto se movem a toda velocidade.

A chave para essa capacidade reside no fato de que as escamas controlam a turbulência do fluxo de água ao longo do corpo das criaturas, afirma Amy Lang da Universidade do Alabama que vai apresentar o trabalho feito em conjunto com seus colegas da Universidade do Sul da Florida, hoje, no encontro anual da Divisão de Dinâmica de Fluidos da Sociedade Americana de Física em Long Beach, California.

A turbulência dos fluxos é um problema em sistemas tais como o projeto de aeronaves, explica Lang, porque isso tende a causar vórtices que prejudicam a velocidade e a estabilidade.

“Na natureza, se examinarmos as superfície [dos corpos] dos animais, descobrimos que elas não são lisas”, argumenta ela. “Elas tem padrões. Por que? Uma das utilidades comuns em criar um padrão em uma superfície é controlar o fluxo – como é o caso dos pequenos recessos nas bolas de golfe que permitem que a bola voe mais longe. Nós acreditamos que as escamas dos tubarões, nadadores bem rápidos, servem para um propósito semelhante: o controle da turbulência de fluxo”.

Com base nas medições experimentais e nos modelos de escamas de tubarão, a equipe da Dra. Lang descobriu que as bases das escamas da espécie tubrão-mako (que são, literalmente, pequenos dentes que recobrem seu corpo) são mais estreitas na base, onde se fixam no corpo, do que nas extremidades externas. Esse formato cônico permite que as escamas sejam facilmente manipuladas em ângulos de 60º ou mais, dotando-as de um movimento capaz de compensar as turbulências, eriçando os dentículos. 


IMAGEM:
As escamas da lateral de um tubarão-mako. Essas escamas mostradas na foto foram “eriçadas” manualmente e medem aproximadamente 0,2 mm…

Imagem ampliada e mais informações.

Mais ainda, essas escamas flexíveis só são encontradas nas partes do corpo onde a turbulência de fluxo é mais provável de acontecer, tal como por trás das guelras na lateral do corpo.O eriçamento dos dentículos é, provavelmente, o mecanismo de controle da turbulência de fluxo para o tubarão-mako. 

“Enquanto nos aprofundamos nas investigações, ficamos imaginando as aplicações no controle de turbulência de fluxo para o projeto de aviões, helicópteros, turbinas eólicas – tudo aquilo onde a turbulência de fluxo seja um problema”, acrescenta Lang. .

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O resumo da apresentação, “Recent Observations on Shortfin Mako Scale
Flexibility as a Mechanism for Separation Control” pode ser encontrado aqui:  http://meetings.aps.org/Meeting/DFD10/Event/134387

O trabalho foi financiado pela Fundação Nacional de Ciências (NSF)

Crédito das imagens:P. Motta/Univ. South Florida.


Nota do tradutor: por que será que a Lucia Malla me veio à lembrança?…

Lulas luminescentes

22 de novembro de 2010

[ Livremente traduzido de: Glowing Squid ]

Simbiose “brilhante”: as lulas e suas amigas bactérias

Humboldt squid

O oceanógrafo Kelly Benoit-Bird da Universidade do Estado do Oregon e seus colegas conseguiram rastrear por sonar a lula de Humboldt. A capacidade de rastrear as lulas pelo sonar pode revelar novos detalhes sobre como funcionam os ecossistemas oceânicos.
Crédito: Kelly Benoit-Bird, Oregon State University

Nas águas profundas dos oceanos, algumas vezes é difícil se esconder dos predadores. Por isso mesmo tantas criaturas marinhas desenvolveram métodos de camuflagem extraordinários.

Cefalópodes, tais como polvos, lulas e sépias, são mestres na camuflagem, de dia ou de noite. Na verdade, a lula havaiana tem vários métodos de disfarce para sua auto-preservação.

“Durante o dia, se elas forem expulsas das areias, elas saem e repousam sobre a superfície com uma capa de areia, tentando ficar invisíveis”, conta Margaret McFall-Ngai, professora de microbiologia médica e imunologia na Universidade de Wisconsin-Madison. “E, se isso não funcionar, elas soltam tinta. Elas próprias ficam completamente brancas, tão transparentes quanto possível, e deixam para trás aquela bolha de tinta do mesmo tamanho que elas”.

Com o apoio da Fundação Nacional de Ciências (NSF), McFall-Ngai e sua equipe estudam outra forma de camuflagem da lula havaiana: uma que brilha no escuro!

Esse pequeno animal noturno tem um relacionamento mutuamente benéfico com uma bactéria chamada Vibrio fischeri
que vive por baixo da lula. As bactérias permitem que a lula produza uma luz que, por sua vez, permite que a lula escape das coisas que poderiam fazer dela uma refeição. “A lula emite uma luminescência ventral que, frequentemente, é muito próxima da qualidade da luz que vem da Lua e das estrelas à noite”, explica McFall-Ngai.

Assim, do ponto de vista dos peixes que olham de baixo para cima, à procura de algo para comer, as lulas ficam camufladas contra o fundo do céu estrelado, uma vez que não lançam uma sombra.

photo showing a petri dish swabbed with a culture of bioluminiscent marine bacteria

Bonnie Bassler passa seus dias ouvindo a conversa entre as bactérias e o que ela escutou pode surpreender você. Acontece que esses pequenos organismos unicelulares estão “contando cabeças” para entrar em ação.
Crédito: Jennifer Henke, Princeton University

“É como um ‘dispositivo de invisibilidade Klingon’ “, acrescenta ela.

No entanto, as Vibrio fischeri não ficam na lula o tempo todo. Todos os dias, respondendo à marcação da aurora, a lula ejeta 90% das bactérias de volta para o mar. “E aí, enquanto a lula repousa quieta sobre a areia, as bactérias se reproduzem na cripta, de forma que, quando a lula sai no entardecer, está com uma tripulação completa de Vibrio fischeri  luminescentes, conta McFall-Ngai.

A chave para este relacionamento simbiótico entre as lulas e as bactérias é um “órgão de luz”.

“O órgão de luz tem semelhanças morfológicas e anatômicas notáveis com os olhos. Tem uma lente, um sucedâneo de iris e tecido refletor”, explica ela.

Pouco depois que os ovos da lula eclodem, os recém-nascidos “convidam” as bactérias jeitosas a entrar.

a moray eel in a coral reef

Um novo estudo revela que esta moréia – que pode chegar até quase três metros – captura e consome suas presas (usualmente grandes peixes, polvos e lulas) com uma estratégia sem paralelos que envolve dois conjuntos de mandíbulas.
Crédito: Rita Mehta, University of California at Davis

A pesquisadora assistente (pós-graduação) Elizabeth Heath-Heckman realiza estudos microscópicos das lulas recém-nascidas, com apenas alguns dias de vida. “Existem algumas  estruturas que são específicas do órgão de luz dos bebes, em oposição ao órgão de luz de um adulto”, diz ela. “Os jovens tem protrusões chamadas apêndices que os ajudam a coletar água do mar, trazendo as bactérias para dentro do órgão de luz”.

“As bactérias vivem dentro da lula, mas não dentro das células da lula”, continua Heath-Heckman. “Assim, temos essa espécie de caverna, este tipo de ninho que a lula cria para as bactérias”. 

Então, que vantagem as bactérias tiram desse relacionamento?
“Sempre que as bactérias estiverem em um ambiente onde possam obter nutrientes e aumentar sua população, esse será um bom lugar para estar”, explica McFall-Ngai.

Essa estratégia de contra-iluminação anti-predadores pode ter várias aplicações para a espécie humana. .

Experts em ciências de materiais da Força Aérea dos EUA já estão estudando possíveis melhoramentos nas camuflagens por meio das qualidades refletoras da simbiose lulas-bactérias. Os cientistas também querem saber mais sobre como as duas espécies se comunicam.

squid egg mass

A fêmea da lula sépia Euprymna scolopes bota camadas de 100 a 200 ovos no cascalho de coral e os recobre com uma camada de areia. Após cerca de 20 dias, os ovos eclodem e os animais recém-nascidos imediatamente ficam prontos para serem colonizados pelas Vibrio fischeri presentes nas águas vizinhas.
Crédito: M. J. McFall-Ngai e E. G. Ruby, Universidade do Hawaii

“Então, no nível mais básico, nós estamos perguntando como as células animais falam com as células bacterianas: qual é a linguagem comum às duas e o que foi conservado ao longo da história evolutiva desta conversa”, prossegue McFall-Ngai, que também está tentando que tipo de sinal as lulas recém-nascidas usam para atrair inicialmente as “boas” bactérias. “Como é que o animal sabe que elas são um simbionte benéfico e não um patógeno”? Esse é outro aspecto do estudo que pode auxiliar o conhecimento da fisiologia e da medicina para seres humanos.

As lulas havaianas vivem apenas por um ano, mas existem populações saudáveis delas onde McFall-Ngai e seus colegas coletam os animais na Baia Kaneohe, na ilha havaiana de Oahu. McFall-Ngai diz, também, que esse é um animal fascinante para ser estudado.

“Elas são animais realmente bonitos. Elas também são de tamanho adequado, nem muito grandes, nem muito pequenas. Alguém me disse certa vez: ‘estude algo do tamanho de seu polegar’ e esse é exatamente o tamanho delas, mas elas são realmente exóticas”, acrescenta ela.

E são “cabeças”!

“Elas são parentes dos polvos, animais realmente espertos. Elas muito provavelmente são mais espertas do que os peixes, com cérebros bem grandes com relação ao tamanho do corpo”, observa ela.

Do ponto de vista da pesquisa em geral, McFall-Ngai diz que se sente realmente afortunada em ser uma cientista. “Eu acho que deve ser uma dádiva para qualquer cientista, se encontrar em uma carreira e estar sempre animada acerca da próxima pergunta e sobre o que os estudantes estarão descobrindo”.

Miles O’Brien, Correspondente da Science Nation
Marsha Walton, Produtora da Science Nation

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Cientistas bisbilhotam a “conversa” entre bactérias

Traduzido de: Scientists Eavesdrop on Bacteria Conversation

A descoberta de como as bactérias se comunicam entre si pode levar a novos tipos de antibióticos e a meios de melhorar o desempenho das bactérias “amigas”

Photo showing a petri dish swabbed with a culture of bioluminiscent  marine bacteria.

No lado esquerdo desta Placa de Petri aparecem quatro moléculas de RNA que controlam o sentido de quorum dessas bactérias.
Créditos e imagem ampliada

30 de junho de 2010

Por Raima Larter, National Science Foundation, [email protected]

Bonnie Bassler passa seus dias escutando as bactérias conversando entre si e o que ela ouviu, pode lhe surpreender.

Acontece que esses minúsculos organismos unicelulares estão fazendo uma chamada. Cada conversa sussurada é uma tentativa de contar quantas delas de um mesmo gênero estão presentes, antes de tentarem montar um ataque contra o organismo hospedeito que pode muito bem ser o seu corpo.

Como Bassler explica, as bactérias “são pequenas demais para causar um impacto no ambiente se agirem como indivíduos isolados”. No entanto, o que elas não tem em tamanho, tem nos números. Enquanto nosso corpo contem cerca de um trilhão de nossas próprias células, nós tambem somos hospedeiros para 10 trilhões de células bacterianas que moram em nossa pele ou no interior de nossos órgãos.

Embora nem todas essas bactérias sejam nocivas para nós, algumas são invasoras que querem nos causar mal, e quando os números das bactérias – de cólera, por exemplo – aumentam até um nivel crítico, se cuide! – esse bate-papo pode se tornar em um ataque coordenado onde as bactérias de cólera começam a liberar toxinas a uma. 

As bactérias se comunicam por meio de uma linguagem química, liberando pequenas moléculas no meio circundante que podem ser detectadas por receptores na superfície das outras células bacterianas. Quando um nivel crítico de moléculas sinalizadoras é atingido, cada batéria isolada sabe que um número suficiente de suas amigas está por perto para entrar em ação. Esse processo é conhecido como sentido de quorum.

O trabalho de Bassler sobre a comunicação entre bactérias nasceu de seu interesse em saber como as informações fluem entre as células de nossos próprios corpos. “Se pudermos entender as regras ou paradigmas que governam o processo entre as bactérias”, argumenta ela, “o que aprendermos pode ser válido para organismos mais complexos”.

Muito embora o sentido de quorum seja usado por bactérias virulentas para infectar seus hospedeiros, ele tambem é usado por outros micróbios mais benignos para ações coordenadas. Um exemplo vívido ocorre dentro da Lula “de Cotoco” Havaiana (Hawaiian Bobtail Squid), que caça à noite usando uma luz produzida dentro de seu próprio corpo. Na verdade, a luz não é criada pela lula, mas por uma massa de microorganismos marinhos luminescentes, conhecidos como Vibrio fischeri, que a lula carrega consigo.

Cada bactéria V. fischeri produz sua própria luz, mas o brilho seria tão tênue que seria indetectável, de forma que o micróbio fecha seu maquinismo produtor de luz quando o número de bactérias presentes é pequeno. Dessa forma, ela pode armazenar suas moléculas geradoras de luz até que um número suficiente de irmãs esteja presente para produzir uma luz brilhante e bem visível.

A tripulação de bactérias luminescentes da lula cresce e se multiplica durante o dia dentro do corpo da lula, enviando, de vez em quando, sinais químicos para realizar um recenseamento. Com o cair da noite, a população atinge um nivel significativo para a produção de uma intensidade de luz visivel. Quando esse ponto é atingido, a população de bactérias V. fischeri  liga simultaneamente sua aparelhagem de iluminação e a lula brilhante sai para caçar.

Uma vez que micróbios virulentos, tais como a bactéria Vibrio cholerae que causa a doença chamada cólera, depende do sentido de quorum para coordenar seu ataque a nossos corpos, o trabalho de Bassler está ajudando os cientistas a projetarem novos tipos de antibióticos.

As novas drogas funcionariam bloqueando ou a liberação das moléculas de sinalização de quorum, ou desativando seus receptores – em outras palavras, tornando as bactérias surdas ou mudas. Assim, as bactérias jamais saberiam se o número delas presentes é o suficiente para começar a emissão de toxinas, de forma que a infexção é evitada.

Essa maneira de interferir na comunicação das bactérias, constituiria uma classe de antibióticos inteiramente nova, o que poderia particularmente bom para lidar com bactérias resistentes a antibióticos que surgiram ultimamente.

E, além de atrapalhar as bactérias nocivas como a V. cholerae, Bassler sugere que suas descobertas sobre o sentido de quorum podem ser úteis para melhorar o desempenho das boas bactérias existentes em nosso corpo, tais como aquela em nosso instestino que auxilia a digestão de alimentos. Ela acredita tambem que a compreensão dos mecanismos de comunicação das bactérias pode levar a uma compreensão mais profunda de como a vasta rede de células e nossos corpos trabalha como um todo integrado.

Nossas células usam um mecanismo de comunicação muito semelhante ao sentido de quorum. Algumas das células de nosso corpo liberam sinais químicos, tais como hormônios ou neurotransmissores, que são detectados por outros tipos de células através de um processo espantosamente semelhante ao das bactérias quorum-sensíveis. Essa comunicação química é, na verdade, usada por nossas células para se manterem organizadas – nós jamais vemos células cardíacas ficando confusas e agindo como células da pele ou dos rins, por exemplo.

E é aos mais humildes organismos – bactérias – a quem devemos agradecer por essa complexa sinfonuia de sinais químicos que mantem as células de nosso corpo oranizadas por local e função. Nosso corpo funciona como um todo integrado graças a um simples processo de comunicação química, desenvolvido há muito tempo por pequeninas criaturas por uma simples razão: contar “cabeças” e descobrir quantos amigos havia nas vizinhanças.


Abelhas que fazem ninhos com pétalas

American Museum of
Natural History

Traduzido daqui: Bees that nest in petals

Cientistas dos EUA, Turquia, Suiça e Iran descrevem o ninho de uma rara abelha solitária


IMAGEM:
 
Uma abelha fêmea da espécie solitária Osmia
avosetta 
levando uma pétala para o ninho que está construindo no subsolo.

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Em uma rara coincidência, grupos de pesquisadores que trabalhavam simultaneamente na Turquia e no Iran descobriram no mesmo dia como uma rara espécie de abelhas constroi seu ninho subterrâneo. As fêmeas da espécie solitária Osima
(Ozbekosima) avoseta
embrulham os alvéolos com pétalas de flores cor de rosa, amarelas, azuis e roxas. Os alvéolos fornecem os nutrientes necessários para o crescimento e amadurecimento das larvas e protegem a próxima geração até o fim do inverno. A nova pesquisa foi publicada em fevereiro em American Museum Novitates.

“Foi uma total coincidência nós todos termos descoberto este comportamento incomum no mesmo dia”, diz Jerome Rozen, curador da Divisão de Zoologia de Invertebrados do Museu Americano de História Natural. Rozen e seus colegas estavam trabalhando próximos de Antalya, Turquia, enquanto outro grupo de pesquisadores estava no campo na província de Fars, Iran. “Eu estou muito orgulhoso de termos tantos autores contribuindo para este artigo”.


IMAGEM:
Alvéolo fechado da espécie Osima
avosetta
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As abelhas são os animais polinizadores mais importantes que vivem hoje, e muitas plantas florescentes dependem de abelhas para se reproduzirem. Acontece que cerca de 75% das espécies de abelhas —  e há cerca de 20.000 espécies descritas — são solitárias. Isso signiifica que, para a maioria das abelhas, uma fêmea constroi um ninho para ela e provê cada alvéolo do ninho com alimentos para as larvas de sua descendência. Quando cada alvéolo fica pronto, a fêmea deposita um ovo e fecha o ninho se houver só um alvéolo por ninho. Os ninhos — encontrados em buracos no chão — precisam ser protegidos de várias ameaças potenciais a sua estrutura fíisica, tais como a compactação do solo, ressecamento, ou aquecimento excessivo. A sobrevivência das espécies de abelhas solitárias também depende de proteção contra fungos, virus, bactérias, parasitas e predadores.

Na espécie O. avosetta, a fêmea faz seu ninho com uma ou duas câmaras verticais, próximas da superfície, ou de 1,5 a 5 cm abaixo dela. Entrando por cima, a fêmea reveste cada câmara com pétalas superpostas de baixo para cima. Então a fêmea leva uma lama tipo argilosa para o ninho, espalha uma camada fina (cerca de 0,5 mm de espessura) sobre as pétalas e dá o acabamento ao revestimento com outra camada de pétalas. O ninho é basicamente um sanduiche de pétalas, construido no escuro.

Quando a estrutura fica pronta, a fêmea da O. avosetta
recolhe provisões de uma mistura pegajosa de néctar e pólen e a deposita no fundo da câmara. Um ovo é posto sobre o suprimento e a câmara cuidadosamente fechada dobrando as pétalas no topo. Então o ninho é lacrado com uma tampa de lama, selando a jovem abelha em uma câmara úmida que enrijece e protege a larva enquanto ela consome as provisões, tece um casulo e cai em um sono de 10 meses até a primavera. Os ninhos da espécie pode ser parasitados por uma vespa que ponha um ovo na câmara e mate o ovo de O. avosetta com suas mandíbulas largas e devore as provisões.


IMAGEM:

Vista do ninho construido pela fêmea da abelha Osima avoseta com a tampa de lama retirada e interior exposto.

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“Nessa espécie, a fêmea decora as paredes de seus alvéolos com grandes pedaços de pétalas ou mesmo pétalas inteiras, frequentemente de várias cores”, diz Rozen. “Infelizmente, suas larvas jamais apreciam as cores brilhantes do ninho porque não tem olhos — e, de qualquer forma, precisariam de uma lanterna!”

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Alem de Rozen, os autores do artigo são Hikmet Özbek do Departamento de Proteção de Plantas da Universidade Atatürk, em Erzurum, Turquia; John S.
Ascher da Divisão de Zoologia de Invertebrados do Museu; Claudio
Sedivy e Andreas Müller do ETH de Entomologia Aplicada de Zurique, Suiça; Christophe Praz do Departamento de Entomologia da Universidade Cornell em Ithaca, Nova York, EUA; e Alireza Monfared do Departamento de Proteção de Plantas da Universidade Yasouj, em Yasouj, Iran. Os fundos para esta pesquisa foram fornecidos por Robert G. Goelet, o Museu Americano de História Natural e outros indivíduos e instituições.


Nota do Tradutor: não sei se me espanto mais com minha ignorância sobre o assunto, ou se com o fato de ser tão pouco conhecido o fato de que a maioria das espécies de abelhas não vive em colméias…

Magnetômetros no bico

Goethe
University Frankfurt


Um magnetômetro na parte superior dos bicos das aves?

Como identificar sistemas magneto-sensíveis em vários organismos

FRANKFURT — Pequenos ramos de nervos que contém ferro, na parte superior dos bicos das aves pode servir como um magnetômetro para medir o vetor (intensidade e inclinação) do campo magnético da Terra e não somente funcionarem como uma bússola magnética que indica apenas a direção das linhas do campo magnético. Já fazem alguns anos que os neuro-biólogos de Frankfurt, Dra.Gerta Fleissner e seu marido Prof. Dr. Günther Fleissner, descobriram essas estruturas em pombos-correio e, em estreita cooperação com o físico experimentar Dr. Gerald Falkenberg (DESY Hamburg), identificado os óxidos de ferro essenciais.”Após termos exibido o sistema de dendritos com compartimentos sub-celulares distintos contendo ferro em pombos-correio, a questão imediata que se seguiu foi se poderíamos encontrar sistemas dendríticos semelhantes em outras espécies de aves também”, comenta Gerta Fleissner, a principal investigadora. Neste meio tempo, eles foram capazes de descrever estruturas similares e potencialmente satisfatórias nos bicos de diversas espécies de aves. Medições de fluorescência em Raios-X feitas no DESY, demonstraram que os óxidos de ferro dentro desses dendritos nervosos são idênticos. Estas descobertas foram publicadas, há poucos dias, em PlosOne.

Um número maior do que cerca de 500 dendritos na periferia codifica a informação sobre o campo magnético que é integrada pelo sistema nervoso central em um mapa magnético. Obviamente não vem ao caso se a ave usa esse mapa magnético para navegação magnética de longa distância, ou não: o equipamento pode ser encontrado em pássaros migratórios, tais como os piscos-de-peito-ruivo e felosas-das-figueiras, assim como nas galinhas domésticas. “Essa descoberta é surpreendente, já que os pássaros estudados têm diferentes estilos de vida e têm que realizar tarefas de orientação diferentes: pombos-correio, treinados para retornar de diferentes lugares para sua casa, migratórios de curtas distâncias como o pisco-de-peito-ruivo, migratórios de longas distâncias como felosas-das-figueiras e os decididamente domésticos como as galinhas”, explica Gerta Fleissner.

A fim de produzir indícios convincentes, foram realizadas vários milhares de medições comparativas. O tecido dos bicos foi estudado sob o microscópio para identificar os locais “quentes” que continham ferro, como base para subsequentes análises fisico-químicas. No Hamburg Synchrotron
Strahlungslabor no DESY, a distribuição e a quantidade de vários elementos foi topograficamente mapeada por um dispositivo de raios-X de alta resolução. “Aqui, o tecido dos bicos pode ser investigado sem destruição por processos histológicos referentes à posição e à natureza detalhada dos compostos magnéticos ferrosos dentro dos dendritos”, explica Gerta Fleissner, enfatizando que a cooperação com o físico experimental Gerald Falkenberg como líder do projeto no DESY foi essencial para essa descoberta científica.

Os compostos ferrosos especializados dentro dos dendritos amplificam localmente o campo magnético da Terra e, assim, induzem um potencial receptivo inicial. Muito provavelmente, cada um desses mais de 500 dendritos codifica apenas uma direção do campo magnético. Esses dados espaciais são processados no cérebro da ave e, devidamente integrados, servem para compor um mapa magnético que facilita a orientação espacial. Se esse mapa magnético é consultado ou não, depende da espécie de ave e de sua motivação corrente para fazê-lo: pássaros migratórios, por exemplo, exibem orientação magnética apenas durante seu período de inquietação migratória, como demonstrado nas várias experiências de comportamento realizadas pelo Prof. Wolfgang
Wiltschko, que descobriu a navegação guiada por campos magnéticos nas aves. A cooperação com sua equipe de pesquisas sugere que a bússola magnética e o sentido de mapa magnético se baseiam em mecanismos diferentes e se funcionam em locais diferentes: a bússola funciona nos olhos e o magnetômetro no bico.

“Os resultados agora publicados claramente desmentem os velhos mitos referentes à magneto-sensitividade ser processada em locais aleatórios do corpo [das aves], tais como o sangue, o cérebro, ou os ossos da cabeça. Em lugar disto, eles apresentam um conceito sólido sobre como identificar os sistema magneto-sensíveis em vários organismos”, relata alegremente Günther Fleissner. Esses dados claros e facilmente reproduzíveis podem ser usados como base para futuros projetos experimentais que podem elucidar os variados passos entre a percepção do campo magnético e seu uso como um farol de navegação.

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O projeto foi finanaciado pelas Fundações de Frankfurt (Stiftung
Polytechnische Gesellschaft e Kassel-Stiftung), pelo “Freunde und
Förderer” da Universidade Goethe, pelo ZEN-program do Hertie-Stiftung e o Deutsche Forschungsgemeinschaft. As medições elaboradas no HASYLAB foram patrocinadaas pela Fundação Helmholtz.

Referência: Falkenberg G, Fleissner Ge, Schuchardt K, Kuehbacher M,
Thalau P, et al. (2010) Avian Magnetoreception: Elaborate Iron Mineral
Containing Dendrites in the Upper Beak Seem to Be a Common Feature of
Birds. PLoS ONE 5(2): e9231. doi:10.1371/journal.pone.0009231
([email protected])


Nota do Tradutor:

Eu adoraria ver experiências semelhantes serem realizadas em diversos outros tipos de animais, especialmente nos répteis… mais especialmente ainda em repteis pré-históricos.

Nas pegadas da natureza

[ Livremente traduzido de Following in the Footsteps of Nature ]

Pesquisadores chegam um passo mais perto da natureza com o desenvolvimento de polímeros e adesão direcional que seguem o modelo das patas de uma lagartixa

Video showing gecko feet.


Video
available
Veja aqui o vídeo

Pesquisadores finanaciados pela NSF colaboraram para o desenvolvimento de um adesivo sintético “tipo lagartixa”.
Crédito e imagem ampliada

9 de fevereiro de 2010

A nanotecnologia não só aproximou a natureza da engenharia, como também encorajou a colaboração entre pesquisadores de diferentes disciplinas. Em uma dessas colaborações, dois pesquisadores exploraram a extraordinária capacidade de grudar dos pés das lagartixas para desenvolver um adesivo sintético para ajudar robos a escalar paredes.

Os pesquisadores financiados pela NSF Mark Cutkosky, engenheiro da Universidade Stanford, e Kellar Autumn, um biólogo do Lewis and Clark College, trabalharam em conjunto para desenvolver um adesivo sintético “tipo lagartixa” que funciona da mesma forma que as cerdas nas patas das lagartixas para aplicações em aparelhos escaladores. A equipe descobriu os princípios de física fundamentais por trás da adesividade das lagartixas que permitiu a invenção de uma nano-estrutura adesiva.

A inspiração veio da lagartixa Tokay, uma das lagartixas maiores e mais pesadas.

“O desafio era simplesmente levar os robos a um lugar onde jamais tinham estado, por exemplo, escalando paredes de edifícios”, descreve Cutkosky. “Se os robos puderem escalar superfícies verticais, eles poderão ser usados na inspeção de edifícios, pontes e outros locais de difícil acesso”.

Cutkosky recebeu uma verba de pesquisa no valor de US$ 1 milhão da National Science Foundation, ao longo de quatro anos, para desenvolver o primeiro adesivo “tipo lagartixa” (gecko-like synthetic adhesive = GSA) que funciona de forma igual às verdadeiras cerdas de lagartixas. Autumn recebeu dois financiamentos para a contínua pesquisa sobre a adesividade das lagartixas. A equipe de Cutkosky trabalhou em conjunto com Kellar Autumn e seu laboratório de lagartixas para estabelecer se um adesivo sintético poderia ser empregado em robos.

Photo of a gecko's foot.

O pé de uma lagartixa tem um sofisticado sistema de adesão que emprega forças de van der Waals.
Crédito e imagem ampliada

“A cooperação com o grupo de Mark foi incrivelmente produtiva. Com base nas medições das micro-forças, nós estabelecemos a hipótese de que uma ação conjunta da tensão de cisalhamento e a adesão era a responsável pelo sistema de aderência das lagartixas”, explica Autumn.

A pata de uma lagartixa possui um sistema de aderência sofisticado que emprega as forças de van der Waals, a atração básica entre moléculas. As forças de van der Waals permitem que as lagartixas escalem e se pendurem em uma superfície lisa e vertical com apenas um dedo.

Cutkosky e sua equipe vêm desenhando robos bio-inspirados que usam as forças de van der Waals. Seu projeto mais recente é o “stickybot” (literalmente: “robo-grudento”), um robo que tem suportes semelhantes às patas das lagartixas que lhe permitem escalar paredes e edifícios.

Projeto bio-inspirado em nano-escala

O intrincado trabalho da natureza  ocorre eu uma escala minúscula, abaixo dos limites de nossa visão. Por baixo da superfície da pata de uma lagartixa existe uma hierarquia de três níveis de estruturas. O primeiro nível é composto de lâmelas que são uma série de estruturas que se parecem com flapes em um microscópio. As lâmelas se dividem em estruturas menores, mais finas do que um cabelo humano. Estas, por sua vez, se ramificam em pequenas extremidades chamadas espátulas que têm apenas algumas centenas de nanômetros.

Photo of Sangbae Kim and Mark Cutkosky with the robot stickybot.

Sangbae Kim e Mark Cutkosky desenvolveram um robo, inspirado em lagartixas, chamado “stickybot”.
Crédito e imagem ampliada

“O que acontece, então, é que a lagartixa é capaz de se acomodar a superfícies que vão de dezenas ou centenas de nanômetros até a ordem dos centímetros”, explica Cutkosky. “É algo muito legal, quase de natureza fractal”

As estruturas que compõem os diferentes níveis da hierarquia tem um comportamento similar em várias escalas de comprimento.

A estrutura dos dedos da lagartixa só fica adesiva quando exerce esforço em uma determinada direção e a lagartixa pode controlar a adesão alinhando suas micro-estruturas e as pondo em contato imediato com a superfície. O “stickybot” segue os mesmos princípios de uma lagartixa, porém precisa ajustar a orientação de seus pés enquanto escala, para se assegurar que os dedos estejam sempre exercendo esforço na direção apropriada para a adesão.

Cutkosky e Autumn fizeram estruturas sintéticas que seguem o projeto da pata de uma lagartixa. No presente, eles obtiveram uma hierarquia de duas camadas de polímero com adesão direcional. Não é o suficiente para que o “stickybot” consiga escalar paredes, porém sempre se pode fazer aperfeiçoamentos.

“Tudo se resume em quanta adesão se consegue por unidade de área. A lagartixa pode aguentar facilmente seu próprio peso em um único dedo. Na verdade, dá e sobra. Sem os mais recentes e melhores adesivos, eu acho que o “stickybot” mal pudesse suportar seu peso em um único dedo. Nós não chegamos nem perto de uma lagartixa. Fundamentalmente, isso se resume [à correlação entre] o peso do robo e quantos pascais se pode tirar de seu material”, afirma Cutkosky.

O Pascal é uma medida de força por unidade de área que permite aos pesquisadores, Cutkosky, estabelecer quanta tensão a adesão sintética pode tolerar. Isso ajuda a calibrar como o adesivo será desenvolvido e como ele poderá ser modificado no futuro.

O futuro do “stickybot”

O “stickybot” emprega três princípios principais para escalar superfícies lisas: ajustagem hierárquica para se adequar em níveis dos micrômetros aos centímetros, adesão direcional para se prender e desprender suavemente de uma superfície e controle de força para controlar as forças de atrito nos pés. Apesar do “stickybot” conseguir escalar superfícies verticais e lisas, Cutkosky espera desenvolver um robo capaz de escalar uma ampla gama de superfícies.

Photo of the robot stickybot.

O “stickybot” emprega os mesmos princípios que uma lagartixa, fazendo uso da adesão seca para escalar paredes.
Crédito e imagem ampliada

“Vamos continuar tentando melhorar o adesivo seco em si, mas, independente disso, estamos trabalhando em um novo [modelo de] “stickybot”. Tornar os tornozelos do robo giratórios é, provavelmente, o primeiro passo, mas também queremos melhorar o sensoreamento e o controle. Atualmente, o “stickybot” não tem muitos sensores, de forma que, se ele estiver escalando e ficar em dificuldades, ele não fica sabendo disso e acaba caindo”, disse Cutkosky.

A pesquisa em conjunto de Cutkosky e Autumn mostrou que a ciência de materiais está tentando seguir os passo da natureza.

“A natureza tem a enorme vantagem de poder criar e diferenciar célula por célula. Enquanto isso, quando fabricamos coisas, usamos processos que vão “de cima para baixo” e, assim, cada camada fica difícil e cara para obter”, conclui Cutkosky.

—  por Gwendolyn Morgan


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