Biofísica para(didático) Biologia

Acesse o livro!

Ao longo dos últimos 10 anos, fui professor da disciplina Biofísica Geral para o curso de graduação em ciências biológicas da Universidade Federal do Rio de Janeiro. Tendo sido também aluno desse mesmo curso 20 anos atrás, eu acredito que possuo uma perspectiva única sobre ele, que me motivou a organizar um livro.

Há 20 anos não havia internet e nem redes sociais. Não havia telefones celulares e muito menos os smartphones e todas as possibilidades que eles oferecem hoje. Não havia o mesmo número de computadores nos domicílios brasileiros que existem hoje, as notícias circulavam em jornais impressos e ainda que a biblioteca da UFRJ se parecesse muito com o que é hoje, ela tinha um papel mais importante já que toda informação científica publicada em periódicos estava armazenada nas suas estantes e para descobrir o que havia de novo tínhamos de vasculhar guias como o Current Contents por artigos a partir de palavras chaves do título e resumo. Eu usei muito os leitores de microfilmes, onde podíamos buscar quais os periódicos, volumes e números estavam disponíveis em quais bibliotecas do Brasil. Havia umas poucas livrarias no Rio de Janeiro onde podíamos comprar livros importados, apenas em inglês, com as últimas novidades da ciência. Eram os últimos suspiros de uma era. Hoje tudo está diferente.

(…)

Estamos expostos diariamente a uma quantidade de informação proporcional ao conteúdo de 6 jornais. No entanto, nosso cérebro não pode armazenar mais informação do que armazenava antes. Sabemos sobre mais coisas, mas somos mais superficiais.

Esse volume todo de informação começou a estimular fortemente a pesquisa científica nas áreas da neurociência da cognição. Nunca se publicou tanto sobre emoções, memória, visão, audição e aprendizagem. Sabemos hoje mais sobre como aprendemos do que em nenhuma outra época. Ainda assim, nossos métodos de ensino e estudo permanecem os mesmos. Estamos preparando as novas gerações com métodos obsoletos para um mundo obsoleto. Enquanto a tecnologia avança e os computadores e robôs substituem os seres humanos em trabalhos braçais e repetitivos, temos uma necessidade crescente de mão de obra para trabalhos intelectuais, aquele que as máquinas (ainda?) não podem nos substituir.

A criatividade, no entanto, ainda que seja uma habilidade inata dos seres humanos, uma propriedade emergente do nosso cérebro complexo, como a nossa consciência, depende fortemente do nosso conhecimento das coisas. Para criarmos inovação, nos baseamos naquilo que já sabemos, naquilo que temos em nossas cabeças, em nossa memória de longa duração e não aquilo que temos armazenado nas nossas estantes de livros, pendrives ou nos HDs virtuais da Google e da Amazon.

(…)

Vivemos em um mundo de caos. Nosso papel não é resistir a ele, mas sim abraçá-lo. Nesse novo mundo, não há mais espaço para o professor da minha época. E nem para o aluno que eu fui.

O professor há 20 anos era o único que dominava o conteúdo. Fora os anos de experiência, era o único que oportunidade de uma vez ao ano ir a um congresso no exterior, comprar livros atualizados e preparar aulas com as últimas informações disponíveis sobre determinado assunto. Se o aluno nas aulas se dedicasse a prestar atenção, teria a oportunidade única de ser exposto a um conteúdo que, de outra maneira, seria praticamente impossível de acessar. Mas hoje tudo está acessível ao toque dos dedos, em diferentes mídias, linguagens, línguas. Tanto que é difícil decidir qual informação é a mais viável ou correta. O aluno não pode mais confiar plenamente no professor como fonte porque não há como o professor estar atualizado. O aluno tem que decidir por si só em quem confiar e para isso, mais do que interesse e atenção, vai precisar de organização e autonomia. Nesse mundo, o papel do professor é ensinar o aluno a ter critério é selecionar a informação mais importante.

(…)

Ao longo desses 10 anos, ficou claro que os alunos chegam ao 4º período do curso de biologia sem ter uma ideia clara do que seja biofísica. É possível que a biofísica tenha sido a primeira, talvez após a bioquímica, das ciências que foram formadas pela união de duas outras categorias mais básicas. Hoje temos a bioinformática, bioengenharia, bioeconomia… Mas como decidir o conteúdo para ser colocado em um período limitado de tempo e espaço?

É o momento no qual cabe ao professor fazer escolhas e assumir compromissos.

Foi o que fizemos nesse livro, criando uma nova ementa, da maneira que explicamos no texto de abertura. Esperamos que, mais do que ‘o que é biofísica’, você aprenda sobre como devemos estudar e aprender nesse admirável mundo novo.

O livro foi feito com a colaboração de muitas pessoas, inclusive da turma do Scienceblogs, edição da Numina Labs e apoio da FAPERJ.  Acesse preferencialmente de dispositivos móveis conectados a internet.

Desapega!

@vcqebiologo: Assistindo a palestra do sensacional Paulo Saldiva na abertura do Toxi-Latin 2014.
@dbotaro: Ele é pop!

Fui convidado por Afonso Bainy para uma apresentar os dados do nosso laboratório sobre as consequências das altas taxas de polimorfismos dos invertebrados aquáticos para o uso de biomarcadores no Congresso latino americano de toxicologia clínica e ambiental. Eu não gosto especialmente de Porto Alegre, mas como fiz meu mestrado em Rio Grande (que eu tenho de confessar, não gosto nem um pouco) criei um vínculo com a cidade e com os gauchos, principalmente com minhas amigas Ada e Cris que sempre me acolheram tão bem. Por isso, ir a Porto Alegre significa rever amigos queridos, como José Monserrat, meu guru científico, que estava lá também.

Atualmente, ir a um congresso é sempre um desafio. Já escrevi aqui que gostaria que todos os congressos científicos dessem uma renovada no seu formato e fossem como a FLIP. Como eles não são… não consigo achar nenhum deles interessante. Ou pelo menos interessante o suficiente para justificar o quanto custam. Ainda assim, se você quiser fazer uma coisa legal pelo seu congresso, convide o médico patologista e professor da USP Paulo Saldiva pra falar. Ele vai conseguir fazer a poluição, principalmente a do ar, que é a que ele estuda com mais propriedade, mas também, talvez, a mais perigosa, já que a gente não vê mas respira o tempo todo; te tocar. Sério, mas despretensioso; objetivo, mas leve. Como poluição é a minha área de pesquisa há 20 anos, eu já havia ouvido o nome do prof Saldiva antes, mas virei fã depois de assistir a palestra dele no TEDxSP (que vocês podem assistir acima). Como disse Dani Botaro enquanto eu tuitava a palestra dele: ele é pop!

@vcqebiologo: as megacidades como causa de toxicidade. O primeiro sistema de saneamento básico em cidades apareceu em Roma e chamava ‘Maxima Cloaca’

Primeiro sistema de condução de esgotos do mundo (em vermelho)

Primeiro sistema de condução de esgotos do mundo (em vermelho)

@vcqebiologo: São Paulo: apenas o centro histórico tem IDH alto. Na mesma cidade temos Oslo e Maputo.
@vcqebiologo: O que vai nos matar no futuro? Em 2012, 7 milhões de pessoas morreram no mundo por causa da poluição. 
@vcqebiologo: O mapa da ineficiência energética no mundo e racismo ambiental: o uso seletivo d tecnologia limpa d acordo c o pais
@vcqebiologo: As cidades deixaram de produzir bens para vender serviços. Isso requer mobilidade e a consequência é que vivemos em chaminés.
@vcqebiologo: A relação entre o risco de ‘morrer no dia seguinte’ e ‘poluição’ é uma linha reta
@vcqebiologo: Entre os comportamentos listados por pacientes infartados antes do infarto está o tráfego!
@vcqebiologo: A poluição para as cidades, é como o cigarro para os indivíduos. E todo mundo sabe que tem da parar de fumar!

Mas o melhor estava por vir. Ao final do congresso, quando fui pegar o transfer de volta para o aeroporto, Paulo estava no mesmo carro. Ele foi conversando com o motorista que, quando soube que ele era médico, logo pediu conselhos sobre a sua hérnia de disco, sem se preocupar em saber a diferença entre um ortopedista e um patologista. Depois de responder atenciosamente todas as dúvidas do motorista, ele fala que está na hora de se aposentar:
– “Se eu ficar no meu instituto, vou atrapalhar todos os jovens que estão por lá”.

Opa, me meti na conversa:
– “Como assim professor?”

Ele explicou:
– “Eles nunca vão poder crescer. Veja, todos os artigos saem no meu nome, todos os projetos saem no meu nome, todos os financiamentos saem no meu nome. O INCT (sigla dos Institutos Nacionais de Ciência e Tecnologia, os maiores projetos financiados pelo CNPq) está no meu nome… enquanto eu estiver lá, não haverá espaço para ninguém crescer.”

Abismado com a lucidez, sensibilidade, clareza e coragem do comentário, perguntei se ele se importaria de repetir tudo para eu poder gravar. Era uma brincadeira, mas com fundo de verdade.

– “No ano passado nós publicamos na Nature e na Lancet (a maior de todas as revistas científicas e a maior de todas as revistas médicas). Eu sei que não vou ganhar um Nobel, então eu já contribui tudo que poderia contribuir para o meu instituto. Agora, o que eu tenho que fazer é ir para uma faculdade de medicina, dessas que estão nascendo aos borbotões em cada esquina, e ajudar eles a fazer um bom trabalho.”

Uau! Chegamos ao aeroporto e a mega fila para deixar a bagagem me impediu de continuar a conversa. É lindo ver que a auto-confiança gerando desapego. Algo que eu procuro exercitar sempre, mas que acredito que apenas as mentes mais evoluídas podem alcançar.

Que não reste dúvida: ele se tornou o meu maior ídolo acadêmico vivo.

Um isopor explosivo (ou como enviar amostras com gelo seco pela transportadora)

Subst perigosas diversas 9

Saio do ostracismo involuntário para tratar de um assunto pouco interessante mas, para você que é pesquisador, de qualquer nível, muito importante: como enviar amostras biológicas preservadas em gelo seco, de um lugar para outro do Brasil, por uma transportadora aérea.

O pior é que nem é difícil. É trabalhoso, mas difícil… difícil não é. Difícil é física quântica, é biologia molecular. Mas quando a gente não sabe… a dor de cabeça e o trabalho podem estragar o seu dia. Como estragou o meu ontem, tendo que ir 3 (três) vezes ao setor de cargas da TAM para conseguir ter minha amostra (1 tubo de 500 µL contendo 10 µL de DNA sintético) enviada do Rio para São Paulo. O problema é que não existem instruções claras sobre como empacotar o seu material, preparar a embalagem e os documentos necessários EM NENHUM LUGAR! O que me levou a escrever esse guia.

Quando você vai pela primeira vez ao aeroporto, você descobre que existe um ‘check-list’, que eles usam para verificar se o seu pacote está pronto para viagem. Ajudaria bastante ter essa check-list na mão, não é? Então veja a  figura 1. Nela você descobre as etiquetas que precisam estar (e as que não podem estar também) coladas no lado externo do pacote. Veja principalmente a parte do ‘marcado e etiquetado’:HP0025

Use uma embalagem decente. Uma boa caixa de isopor, com paredes sólidas. Ela também não deve estar quebrada ou rachada, obviamente. Não abuse no gelo seco. Você pode usar até 200kg em uma embalagem, mas para amostras biológicas de laboratório em geral precisamos de bem pouco. Mas de uma forma ou de outra, você precisa do PESO LÍQUIDO DE GELO SECO que está sendo embarcado. Ele precisará constar na etiqueta da embalagem (abaixo), no formulário de despacho e na declaração de segurança.

As etiquetas são: Gelo Seco (ou Dry Ice) junto com o código da ONU UN1845 (não esqueça de anotar o peso de gelo seco na embalagem)

DRY ICE UN 1845

E a outra é etiqueta da IATA para identificação de ‘substâncias perigosas diversas’ que ilustra o início desse texto.

Sim, o gelo seco, que é dióxido de carbono na forma sólida, é uma substância perigosa. Mas como, se o ar está cheio de dióxido de carbono e nós expiramos ele a todo momento?

Bom, o porque ele é perigoso não importa muito, já que existe uma norma que diz que tem que ser assim e se não cumprir isso não levam a sua carga, mas se você é que nem eu que não se contenta com esses argumentos, eu vejo duas razões claras: a primeira é que ele é sólido a temperaturas inferiores a -50oC, o que pode gerar sérias queimaduras na pele. A segunda é que a temperatura ambiente, ele é um gás. Com isso, a sublimação do sólido pode gerar muito gás, aumentar a pressão dentro do recipiente e… explodir. É muito pouco provável que isso aconteça, mas… é possível. E é por isso que um ponto importante, não dito em nenhum lugar até você chegar no aeroporto, é que sua embalagem NÃO PODE ESTAR HERMETICAMENTE FECHADA! É preciso ter algum ponto de escape para o gás. Não vede todas as tampa do isopor com fita adesiva!

Muito bem. Falta ainda descobrir o que são as tais ‘etiquetas irrelevantes’ no check-list. Eu sou cientista e não gosto de nada impreciso. Por exemplo: o endereço do destinatário é irrelevante? Ele consta no documento chamado ‘conhecimento aéreo’ que acompanha a carga, por isso, em teoria, é irrelevante; mas na prática, não é. Então, OUTRAS DUAS ETIQUETAS que você precisa ter na sua embalagem, são o ENDEREÇO DO REMETENTE E DO DESTINATÁRIO.

Não terminamos ainda. O material biológico precisa ser acompanhado de uma declaração de periculosidade. Se a sua amostra, como as nossas sempre são, não apresentam qualquer perigo a saúde, você precisa de uma DECLARAÇÃO DE SEGURANÇA em papel timbrado, assinada por um profissional de saúde (médico, biólogo, veterinário…). O texto pode ser algo como:

DECLARAÇÃO DE SEGURANÇA

A quem interessar possa,

O material contido nessa amostra é composto por DNA sintético , NÃO apresentado qualquer PERIGO para a saúde humana, animal ou ambiental.  É NÃO TÓXICO e NÃO INFECCIOSO

Atenciosamente, (assinatura do profissional de saúde com seu número no registro profissional)

Abre parênteses: Se a sua amostra de material biológico for perigosa, você precisará de uma declaração  assinada por um profissional de saúde (médico, biólogo, veterinário, dentista, etc.), atestando que o material está enquadrado na UN 3373 e garantindo que a ‘Instrução de Embalagem 650 (embalo triplo, com etiqueta UN3373 afixada do lado de fora) foi cumprida. Fecha Parênteses.

Mas essa NÃO É A ÚNICA declaração! Outra, que não está listada em nenhum lugar que eu tenha encontrado, e nem na tal check-list, e que me fez ter de voltar mais uma vez ao aeroporto, é UMA OUTRA DECLARAÇÃO DE PERICULOSIDADE dizendo que sua embalagem contém Dióxido de Carbono sólido, gelo seco ou dry ice (e quanto contém).

DECLARAÇÃO DE SEGURANÇA

 A quem interessar possa,

 A embalagem em anexo contem até 2kg de dióxido de carbono sólido (gelo seco – dry ice).

 Atenciosamente,  Atenciosamente, (assinatura do profissional de saúde com seu número no registro profissional).

 Quase tudo pronto, agora você só precisa preencher a minuta de despacho. Aqui embaixo tem um exemplo, com os campos que você terá de preencher marcados. É importante ter o CPF/CNPJ do destinatário, sabendo que esse número vincula quem poderá receber a carga.

HP0024

Finalmente, lembre-se que como carga com gelo seco é considerada perigosa, a TAM pelo menos, não entrega no endereço do destinatário, sendo que alguém terá de ir no aeroporto fazer a retirada. Se o seu destinatário for uma pessoa jurídica, o responsável pela coleta terá de levar MAIS UMA DECLARAÇÃO, EM PAPEL TIMBRADO DA EMPRESA, AUTORIZANDO a retirada da carga XXX (identificada pelo número do conhecimento aéreo) por… (Nome e RG do portador da declaração).

Como eu disse, é muito papel, é chato, mas não é difícil. Pelo menos agora que alguém se dispôs a explicar tudo direitinho.

A valsa das Aplysias

A primeira vez que vi uma Aplísia foi na Ilha Grande (RJ) na primeira viagem que fiz com minha turma do então primeiro período da faculdade de Biologia da UFRJ. Foi também minha primeira viagem a Ilha. Fiquei encantado com esse lindo animal! Um encanto NERD eu confesso e concordo. Essa foto (e o balé abaixo) foi tirada duas semanas atrás em Ponta da Lagoinha, em Búzios, um lugar lindo que eu, surpreendentemente, não conhecia.

Foi só no semestre seguinte, nas aulas de ZOO II que eu fui aprender sobre esses intrigantes moluscos que, apesar de fazerem parte da ordem Gastropoda (são todos primos dos caramujos e caracóis) não tem concha aparente. O ‘Manto’, que tem esse nome super apropriado já que recobre internamente a superfície das conchas dos moluscos, no caso das aplysias recobre a concha EXternamente.

O apelido de lebre do mar vem provavelmente das duas antenas que suportam os olhos e parecem com as orelhas da lebre. Ou pelo menos esse é o meu chute, já que elas são de uma lenteza enebriante.

“Ah, mas só sendo biólogo para se encantar com lebres do mar” você pode dizer.
Biólogo ou não, se você não se encanta com o balé natatório desses lindos moluscos, então… você não tem senso de estética e não pode saber o que é beleza. E se eu acreditasse em alma, diria ainda que você não tem uma.

Reflexo IN-condicionado

ResearchBlogging.org

(Essa é uma postagem casada e você pode querer ler o post anterior antes desse aqui)

Quanto tempo leva entre você querer mexer o seu braço, o seu cérebro se preparar para mexer o seu braço e o seu braço efetivamente se mexer? Você nunca deve ter pensado nisso, porque, a não ser que você seja NERD que nem a gente, isso não importa: cai tudo na definição de ‘automático’. Mas nós, cientistas NERDs, damos valor a diferenças bem pequenas, desde que elas seja consistente. Então vamos lá, todos sabemos que todo movimento voluntário começa no cérebro. Mas quando?

Bom, bravos cientistas foram medir. Mais precisamente, foram medir o ‘Potencial de antecipação’ (PR), que é uma pequena mudança na corrente elétrica passando pelo couro cabeludo antes (1s ou mais) de um movimento rítmico tanto involuntário (como o batimento cardíaco) quanto voluntários (como mexer o braço. Uma medida é feita pelo eletroencefalograma (EEG), que é parecido com o eletrocardiograma, só que é feito no cérebro, com um monte de eletrodos colados na sua cabeça (pesquise no Google pra ver as imagens).

Mas a pergunta que eles queriam responder era outra. Eles, os bravos pesquisadores, estavam da ‘urgência’ (W), também chamada de ‘preparação’ (W), termos definidos pela auto-consciência do movimento: aquele exato momento em que você sente que seu braço… vai se mexer. Você nunca percebeu isso? bom, como eu disse, é porque tudo acontece muito rápido e nunca paramos para notar. Mas apesar de  um evento subjetivo, sua existência é muito bem caracterizada e documentada. A estimulação de certas zonas do cérebro durante uma neurocirurgias de crânio aberto, induzem nos pacientes uma “vontade involuntária e inexplicável de rolar a língua” ou de “mexer o braço”. A questão é que o 1s entre a alteração no EEG e o movimento do braço, pareciam um tempo muito grande para uma ação voluntária e os pequisadores queriam saber se a urgência se ainda mais cedo.

Para isso bolaram o seguinte experimento:

Um grupo de voluntários ficava sentado confortavelmente, com eletrodos em suas cabeças e braços, olhando para uma parede onde um circulo, com raios parecidos com o de um relógio, estava desenhado. Como eu disse, parecia um relógio, mas não era. Os raios estavam nas mesmas posições 12 posições, mas um volta completa do ponteiro, na verdade um ponto de lazer vermelho, levava apenas 2,56 s para completar a circunferência.

A tarefa dos voluntários era simples: tinham de movimentar livremente, espontaneamente, quando quisessem o seu pulso e os dedos da mão direita (todos os voluntários eram destros). Quando fizessem esse movimento, olhando apenas para o relógio a sua frente, tinham de guardar (para relatar posteriormente – o que faz toda diferença em um experimento onde as variações ocorrem em milisegundos) a posição do ponto de luz veremelha no momento exato em que ‘percebiam’ a ‘preparação’. A ‘urgencia’ do movimento.

Vamos combinar, foi uma grande sacada dos pesquisadores (que eram psicólogos). O ponteiro de luz vermelha era emitido por um computador, ao qual também estavam conectados o EEG e o ‘eletromiograma’ (EMG), o sensor que media o potencial de ação do musculo esquelético do braço e que marcava o início ‘real’ do movimento. Com isso, ao relatar a posição do ponteiro de luz, como a anotação do tempo marcado no relógio para um evento, os pesquisadores foram capazes de transformar uma experiência subjetiva em uma medida computável. E assim, o momento da ‘preparação’ (W) pode ser comparado com o ‘potencial de antecipação’ (PR), anterior ao ato, no escalpo e com o momento da contração voluntária do pulso, medido pelo eletromiograma (EMG).

Abre parênteses: foram feitos diversos tipos de terinamentos e controles com os participantes, para reduzir tendenciosidade e outros tipos de interferências, ou de artefatos, nas medidas ou nos relatos.

Por exemplo, “Os movimentos foram voluntários, com instruções explicitas para que fossem o mais espontâneos possível (sem planejamento). Mas também, foram externos, induzidos por um observador que tocava as costas da mão a pessoa.” ou “Após 40 atos voluntários, os participantes eram questionados quanto a existência de algum movimento que não tivesse despertado a urgência (um tipo de movimento surpresa). Essas perguntas foram feitas para tentar eliminar Bias na reportagem de eventos por parte dos participantes e aumentar a confiança nos tempos que foram efetivamente reportados.” Ou ainda “Dois tipos de controle foram empregados. Um relato dos tempos de percepção de realização do movimento (M) e outro de percepção do estimulo na mão para a realização do movimento (S)”. De acordo com os autores, os participantes ainda eram capazes, facilmente, de diferenciar entre a ‘urgência’ e qualquer outro tipo de percepção planejadora ou que não levasse a um movimento. Vai entender…

Fecha parênteses.

Os resultados foram muito claros: os RP apareciam em torno de -500 ms, antes, dos potenciais de ação medidos pelo EMG, que foram tomados como ‘tempo zero’, para as medidas comparativas. Até ai tudo bem: o movimento do pulso (medido pelo EMG) era precedido por uma atividade cerebral (medida pelo PR) em aproximadamente 500 milisegundos. A coisa ficou estranha quando mediram os tempos de ‘urgência’ (W) (a percepção introspectiva e subjetiva da decisão de mover o braço): eles foram em media de – 200 ms (também em relação ao EMG)! Ou seja: A decisão sobre mover o pulso era percebido 300 ms DEPOIS do cérebro ter iniciado o processo de movimentação do pulso! As consequências são perturbadoras: se o cérebro começa a agir antes da decisão consciente, então… o livre-arbítrio pode simplesmente não existir!

Os autores fazem diversas ressalvas: “Os RP medidos no estudo, ainda que bons indicadores, representam a atividade de uma pequena área, a região motora suplementar no neocortex mesial” sendo que outras áreas poderiam estar sendo ativadas para a ‘decisão’ em outro local do cérebro. Na verdade, uma infinidade de mecanismos de ‘iniciação’ e ‘integração’ do sinal no cérebro, antes dele virar consciente e se tornar uma ação, poderiam atuar no cérebro. Um ‘pensamento’ não gera diferença de potencial suficiente para gerar um registro no EEG, e justamente por isso é tão difícil avaliar essa percepção subjetiva de forma objetiva. E é também por isso que os autores ressalvam : Podemos ainda especular que exista uma fase anterior da consciência do movimento que não sejamos capazes de recapitular, ou que não possa ser armazenada na memória recente, dado que a habilidade de relatar esteja vinculada a memória recente.” Mas nenhuma dessas ressalvas mudam o fato de que a decisão sobre o movimento  acontece de forma inconsciente. Nas palavras dos autores: “Concluímos que a iniciação de um ato voluntário no cérebro, como dos estudados aqui, pode começar, e usualmente começa, inconscientemente”

Abre parênteses: O termo inconsciente refere-se simpesmente a todos os processos que não são expressos como uma experiência consciente. Isso pode incluir, e não se distingue de, preconsciência, subconsciência e outros processos de inconsciência não reportáveis. Fecha parênteses.

É claro que a evidência de iniciação inconsciente de um ato voluntário relatada nesse artigo se aplica a um número muito limitado de atos. No entanto, um simples ato motor voluntário como o relatado aqui sempre foi considerado com incontroversamente e exemplo ideal de um ato engdógeno e livremente voluntário.

“Essas cpnsiderações parecem limitar o potencial dos indivíduos para exercer controle consciente (como iniciar) sobre seus atos. Considerando que atos voluntários espontâneos possam ser iniciados inconscientemente, ainda poderíamos imaginar duas condições em que um controle consciente poderia ser exercido: um ‘veto’ consciente que ‘aborta’ o processo espontâneo inconsciente (o que parece encontrar evidência mesmo nos resultados desse experimento) e em processos onde os atos voluntários não são espontâneos e nem de resposta rápida.”

Na melhor das hipóteses, assustador. Mas pelo menos agora você tem a desculpa perfeita para aquela olhada para o lado quando passa um bum-bum bonito ou um decote mais ousado.

Libet B, Gleason CA, Wright EW, & Pearl DK (1983). Time of conscious intention to act in relation to onset of cerebral activity (readiness-potential). The unconscious initiation of a freely voluntary act. Brain : a journal of neurology, 106 (Pt 3), 623-42 PMID: 6640273

Você sabe o que é deglacear?

Eu me acho muito inteligente. Ainda assim, tenho plena consciência de todas as coisas que não sei. O que não impede que eu me impressione quando descubro uma delas, ou mais de uma, ao mesmo tempo. Foi com essa surpresa que descobri a palavra deglacear.

Uma das minhas primeiras lembranças culinárias é do bife com batatas fritas da minha mãe. Depois de fritos os bifes, ela fazia essa coisa estranhíssima, porém deliciosa, que era jogar água na frigideira. Ssshhhhhhhh…. Fazia a água ao evaporar na frigideira, enquanto solubilizava a crosta de bife frito e produzia o molho escuro que transformava o sabor do bife. Se tivesse sido frito na manteiga… ai era um manjar dos deuses.

Minha mãe estava deglaceando, que é o nome que os franceses, mais especificamente um francês, Auguste Escoffier, dava a essa atividade.

Minha segunda surpresa foi, depois de ler o capitulo sobre esse cozinheiro francês do final do século XIX no espetacular livro de Jonah Leher ‘Proust foi um neurocientista (como a arte antecipa a ciência)’, que eu, sendo cientista e adorando cozinhar, nunca tivesse ouvido falar dele.

Nas palavras do autor, “Escoffier levou o ethos cientifico para o lado pessoal: desejava fazer para a comida pomposa o que  Lavoisier fizera para a química, e substituir as antigas superstições culinárias da cozinha por uma nova ciência culinária”.

O segredo do sabor da deglaceação começa na Reação de Maillard, que eu tive de pesquisar para saber o que era. As proteínas se desnaturam com a temperatura e formam uma rede, uma crosta, que impede a saída da água.

Quando o bife é retirado da panela, sobra o Fronde (pedaços de proteína queimados grudados no fundo da panela) restos de carne e gordura, que a água (mas também pode ser caldo de carne, vinho do Porto, conhaque ou até mesmo vinagre – e provavelmente um pouco de cada para solubilizar diferentes tipos de substâncias) solubilizar no cadinho que minha mãe jogava de volta em cima do bife, já no prato. Na época eu era criança e não gostava de cebola, mas hoje… Jogar a cebola na frigideira quente por alguns segundos antes de deglacear, torna o molho uma obra de arte.

Mas a pergunta que não quer calar é: porque o resto de carne, gordura e crosta de bife queimado deixam o filet mais gostoso? A resposta também é biológica e molecular: o Umami!

A palavra que em Japonês significa delicioso foi o 5o gosto descoberto do nosso paladar (os outros são o doce, Salgado, amargo e azedo). O Umami é na verdade o gosto do L-glutamato (C5H9NO4) um aminoácido dominante na composição da vida e liberado das células pelo processo de proteólise, que é a quebra das proteínas que compõe uma célula nos aminoácidos que formam a sua estrutura. A proteólise acontece sempre que a célula se rompe, porque o ‘ambiente’ estável para uma proteína tem que ser controlado, e quando as condições se modificam, as proteínas tendera perder a sua estrutura (se desnaturarem) e se desestruturarem.

O Umami recebe esse nome estranho como homenagem do seu descobridor, o japonês Kikunae Ikeda, ao Dashi: o ‘delicioso’ caldo da alga marinha Kombu e que era repleto de L-glutamato.

Na verdade, era rico em Ácido Glutâmico, que em si não tem gosto nenhum, mas depois do cozimento, se degenera em L-Glutamato, que é um aminoácido que a língua pode detectar.

E ao ler isso, descobri tantas coisas: porque a carne de churrasco, ou os queijos envelhecidos, ou as saladas com molho Soyo, que eu gosto tanto, são tão gostosos: eles era proteína pura e depois de cozidos ou envelhecidos, aumentam a concentração de ‘Umami‘.

Depois da descoberta de Ikeda, os cientistas descobriram dois receptores de L-glutamato na língua, um modificado dos receptores de doce e outro levemente diferentes dos receptores do glutamato que é neurotransmissor no sistema nervoso. (Recentemente também foram descobertos os receptores VR1 para a capsaicina, que é o receptor de dor modificado para sentir o apimentado).

Enquanto os outros sabores são sentidos um em relação ao outro, o Umami é sentido sozinho. Isso porque as proteínas são tão importante para nós que temos um receptor de gosto só para elas (ou para o produto de degradação delas).

“Nosso corpo produz mais de 40g de glutamato por dia (…) somos treinados desde o nascimento para saborear Umami: o leite materno possui 10x mais glutamato que o leite de vaca.”

A evolução funciona de maneira curiosa e nos dá prazer para que tenhamos uma motivacao a mais para buscar as coisas que sao importantes para nos. Nas palavras do autor: “A língua adora o que o corpo necessita”

Jesus e a ciência da arte da restauração de Afrescos

“A maior parte das pessoas, quando vê uma representação qualquer pintada em uma parede, chama de ‘Affresco‘. Uma pintura na parede, a óleo, tempera, acrílica ou cera, é somente um mural. ‘Affresco‘ é oooooutra coisa”

 

Minha querida amiga Francesca Radiciotti é restauradora. A visita que fiz ao canteiro de obras de uma igreja na pequena vila de Sermoneta na Lazio em 2010, além de uma tarde agradabilíssima (me dá água na boca só de lembrar do Carpaccio de Buffalla com Azeite de Oliva de primeira prensada) foi uma aula de história da arte.

“A técnica dos afrescos é antiquíssima, nascendo na Itália com os afrescos romanos, e terminando (a não ser por um episódio nostálgico do facismo) no séc XIX. Os afrescos são encontrados quase exclusivamente na Itália (também no oriente médio, mas apenas afrescos bizantinos). Mesmo aqueles encontrados em outros lugares, foram feitos por um italiano ou por um bizantino. A particularidade está na execução de uma técnica genial, responsável pela sua conservação até os dias de hoje: é o único caso onde a cor é aplicada na parede sem o uso de um fixador (protéico, oleoso, acrílico etc..), mas aproveitando a reação química da carbonatação do cimento para fixar, para sempre, o pigmento simplesmente diluído em água”.

Até então, tinha para mim que restauradores eram artistas. E artistas, como sabemos, são a antítese dos cientistas. Será que são mesmo? Ou um artista também é um cientista? Veja a explicação, sempre da Radiciotti, que se segue:

“O processo químico é idêntico àquele da formação dos mármores coloridos, onde o óxido de ferro e vários outros metais de cores variadas são englobados no material carbonato durante a sua formação. Sobre o reboco úmido, formado de areia e cimento (hidróxido de cálcio) e água, são espalhados os pigmentos (mas só aqueles adequados, ou seja, que resistem ao ambiente fortemente alcalino) diluídos em água. Durante de secagem, ou seja, da evaporação do H2O, o hidróxido de cálcio reage com o oxigênio do ar e forma CaCO2, englobando dentre de si o pigmento, fixando ele para sempre sempre. É o único caso onde o pigmento não está aderido a superfície (a parede) por um fixador aderente, mas sim ‘dentro’ da própria superfície (de novo, a parede), formando com ela uma unidade, da mesma forma que uma pedra colorida”

Eu estou lendo o interessantíssimo ‘Proust foi um neurocientista‘, presente da minha amiga neurocientista Silvana Allodi, que fala de como alguns artistas, mesmo sem conhecimento científico, apenas (sic) da natureza humana, anteciparam a ciência e algumas das mais modernas e atuais teorias científicas. Será que a antitese não é verdadeira? Ou será que os artistas, mais que os alquimistas, foram os primeiros químicos, antecipando a ciência que estava por nascer?

“É por isso que o pintor tinha tão pouco tempo para pintar. (…) A pintura tinha que ser feita velozmente (…) ou a obra poderia se tornar apenas pó. É uma técnica que não admite erros e hesitação. O traço deve ser conciso e decidido. Não é possível apagar nada (a não ser colocando todo o reboco a baixo e recomeçando do zero). A grandeza do artista pode ser vista ainda na medida das porções de reboco pintado: quanto maior o afresco, mais rápido foi o artista (o da capela Sistina de Michelangelo é  enorme!) O artista que pintava ‘a fresco’ era o melhor de todos (o mais capaz e o mais bem pago), porque deveria saber quando o reboco estava pronto para ser pintado e quando deveria suspender a pintura: eram inúmeras variáveis com a massa, a espessura do reboco (os romanos  chegavam a fazer 9 camadas de reboco), o microclima do ambiente etc…. Mais que arte, era uma ciência!”

E ela continua “Você pode se perguntar para que tanto trabalho: porque não simplesmente aderir a tinta na superfície? Não era só porque a técnica aumentava em muito a durabilidade das pinturas, mas principalmente porque um reboco pintado dessa maneira, refletia e refratava a luz em uma maneira impressionante. Talvez somente subindo nos balcões próximos ao teto da Capela Sistina para compreender verdadeiramente: Michelangelo trabalhava os afrescos de uma maneira tal que ao final a matéria parecia se desmaterializar e transformar-se em luz pura. E portanto, espírito puro, qualquer coisa de sobrenatural”.

Sobrenatural, para mim, era o talento desses homens. A dificuldade era enorme. Eram montados andaimes e o artista passava muitas e muitas horas deitado próximo ao teto, desenhando e pintando.

Quando chegaram a Sermoneta, os restauradores começaram os testes para fazer a restauração. Pequenas áreas da pintura são tratadas com diferentes substâncias químicas para identificar qual pode ter a melhor resposta (veja a foto abaixo). Foi ai que tiveram uma surpresa: riscos que sugeriam uma figura que não era a figura aparente. Enquanto o desenho mostrava a manga da vestimenta de nossa senhora, mas as incisões sugeriam a presença de uma mão.

Haveria alguém riscado o sagrado afresco? Muito pior.

“Uma das formas de se transportar para a parede o desenho preparado antecipademente, era riscar no reboco fresco as formas que seriam pintadas. Nem sempre foi assim. Essa prática é usada desde o renascimento, mas antes disso, os romanos e os bizantinos desenhavam diretamente as figuras com pincel. Não é preciso que haja riscos para que seja um afresco. Mas se os riscos estão lá… com certeza é um”.

Nesse caso, os riscos eram uma evidência mais marcante da presença de um afresco do que a pintura aparente. Alguém, ainda muito tempo atrás, resolvera pintar um mural em cima do afresco verdadeiro e original. O espírito humano é tão poderoso quando as intempéries mais duras e, com certeza, muito mais rápido. Mas apenas as incisões não bastavam como evidência e era preciso mais para ter certeza de qual era o desenho original.

” É quando entram em cena os cientistas da restauração: os químicos, físicos e biólogos que determinam as causas da degradação da obra de arte. Nesse caso coletamos uma amostra do reboco para análise estratigráfica no microscópio óptico de polarização, de camadas finas e opacas, para determinar a composição mineralógica dos extratos de cores (e descobrir se o que havia sob a pintura era verdadeiramente um afresco) e a posição estratigráfica relativa (para verificar se o que havia sobre era uma pintura a óleo). Outra opção seria fazer uma FTIR (espectrofotogrametria) para analisar a composição dos fixadores orgânicos que mostram que você não está em frente a um afresco, mas simplesmente a frente de um mural”.

As análises mostraram que realmente havia um afresco sob a pintura a óleo e começou então o trabalho artístico de restauração. Minha amiga é uma artista! Aos poucos as mãos de Maria Madalena aos pés de um Jesus crucificado foram aparecendo, como na figura abaixo.

O resultado desse belíssimo trabalho de investigação científica e habilidade artística, vocês viram na imagem que abre esse texto. Lindo, avassalador!

Tudo fica mais bonito quando se sabe a ciência que está por trás.

Diário de um biólogo – Sexta, 01/07/2011 – Blues Etílicos

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O que faz pessoas se reencontrarem depois de mais de 20 anos e descobrirem coisas em comum? Qualidade e Critério.
Mas me deixem começar do começo.
Três da tarde e eu entro em sala de aula. O ar-condicionado está desligado por causa da greve dos funcionários e o humor dos alunos não é o melhor. Ou seria o meu? Não, não estava de mau humor, só estava com pressa. Mas a aula era sobre homeostase, tema que tem grande potencial para uma boa aula, e isso me animou a respirara fundo e começar.
O potencial vem dos conceitos de fisiologia e toxicologia que trabalhamos como dose, limite, tolerância, resistência e resiliência. São conceitos importantes no nosso dia-a-dia e para toda vida. É fácil sair com algum exemplo que tire os alunos do torpor do último tempo de aula do dia e da semana. E me faça esquecer por duas horas que não tenho nada pronto para o super jantar que tenho de oferecer hoje a noite.
Quando falo sobre toxicologia é inevitável provocar os alunos com exemplos de substâncias entorpecentes. Sem dar um julgamento moral, discutimos como se metaboliza o THC e o Etanol. Acho que foi a leve dor de cabeça de fundo, fruto da ressaca e das poucas horas dormidas depois do reencontro na noite anterior com amigos do colégio que não via há mais de 20 anos, que me fez usar o álcool como exemplo. E deve ter sido a expectativa da primeira cerveja do final de semana que fez os alunos adorarem.
“Quando uma substância é essencial ao correto desenvolvimento de um organismo, a sua ausência caracteriza o que chamamos de deficiência…”

Nossa… será que eu falo assim desse jeito?!
Quem acha que o álcool não é necessário ao correto desenvolvimento de um organismo não considera felicidade como um elemento de correção. Humprey Bogart dizia que o “o homem nasceu 3 doses de whisky abaixo do normal”. Ou terá sido o Vinícius de Morais? Impossível de determinar consultando o Google, mas foi assim que começamos.
A concentração aumenta e chegamos a um estado ideal. O Álcool é um depressor do sistema nervoso central, mas felizmente, em pequenas doses, a primeira coisa que ele deprime são os centros de controle, causando estimulação e desinibição.
Esse estado pode ser mantido ainda que a dose aumente consideravelmente por causa dos nossos mecanismos de homeostase. O principal é o mecanismos de destoxificação, que quebra o álcool em aldeído e mantém o efeito sob controle.
Nos livramos rápido do álcool convertendo ele em Acetoaldeído. Temos 3 formas de fazer isso. A princípal é a enzima álcool desidrogenase, a segunda é o citocromo P450 2E1 (CYP2E1) e a terceira é a enzima catalase. Porque você deveria saber isso? Não consigo pensar em nenhuma boa razão nesse momento. A verdade é que eu acho divertido saber o que acontece com a gente e com o corpo da gente, mas isso me faz muito nerd, e eu procuro guardar pra mim essas motivações. Ainda assim, eu poderia dizer, por exemplo, que a via secundária do CYP2E1 é indutível, o que explica porque as vezes você está mais, ou menos, sensível ao álcool. Porque as vezes você pode tomar 10 chopps e fica bem e outras toma apenas 1 e já está legal. Se você ficar muito tempo sem beber, seus CYP2E1 ficam em baixa, e pouco álcool já é suficiente para causar a desinibição. Se você bebe constantemente, acumula CYP2E1 e isso faz com que você precise consumir mais álcool para ter o mesmo efeito. Ou que os japoneses possuem uma variável polimórfica dessa enzima que é menos induzida e menos eficiente, e por isso eles têm menor tolerância ao álcool. Mas continua papo de Nerd.
Horas depois, jantando com meus amigos, usamos todas as nossas desidrogenases, citocromos e catalases, mas ainda assim faltou para dar conta do Prosseco Voldobiene, do Primitivo da Manduria, do Mastro da Campania, do Rust en Vrede…
E quando seus mecanismos de homeostase não conseguem dar mais conta de tanto álcool, outros atores entram em cena: os efeitos. A metabolização do álcool consome muita água, que desidrata o corpo, levando a dor de cabeça e ressecamento da pele. A tonteira e o enjôo vem do efeito no fígado, a euforia passa para depressão, a alegria vira agressividade, e por ai vai. Nesse momento foi ultrapassado o seu limite de resiliência e a ressaca no dia seguinte é inevitável. Não há Engove que te salve (ainda que consumir muita, muita água durante a bebedeira, possa ajudar muito). Nossa capacidade de julgamento também se foi e… que Deus te proteja da ressaca moral dos seus atos nesse período. Seus mecanismos de resistência entram em ação, para tentar adiar o coma alcoólico, que será inevitável se você não interromper a ingestão. E é uma ilusão que a Glicose na veia pode reverter esse processo. Em geral quem apaga por causa de bebida é porque não comeu nada, então é sempre bom dar um gás antes de mandar o infeliz pra casa.
“Aonde vou conseguir tomates maduros pra fazer molho as 6 da tarde de uma sexta-feira?” eu pensava enquanto respondia para um aluno que nunca poderemos abrir mão dos testes com animais porque não há como prever quais são os limites de tolerância e resiliência sem testá-los, forçá-los e ultrapassá-los. E por isso não podemos nos tornar quem somos, e não podemos desenvolver nossos critérios, sem uma ou outra ressaca. Física e moral.
IMG_1366.jpgSaio da UFRJ e vou para COBAL, o único lugar que poderia salvar meu molho. Escolher os ingredientes certos é o que determina a qualidade e o sucesso de um jantar. E é uma questão de critério. Seguir a receita depois, é mole. Dar o ponto certo na massa também requer critério. E foi isso que me fez voltar para a bancada e colocar mais farinha no impasto. Atrasou, mas ficou ótimo.
Sob a égide de Baco, e mais abençoados por Champagne que por Champagnat, falamos sobre limites, sobre tolerância, sobre dose, sobre resistência e resiliência, sobre as euforias e as ressacas que nos tornaram quem nós somos.
Terminamos com Limoncello, Barbera Chinato, Amarula e… chocolate.
E se a ressaca é inevitável… relaxa e goza.

Sinais de fumaça


Um dia fui no laboratório da minha amiga Silvana Allodi falar não sei o que (trabalhamos no mesmo instituto, co-orientamos alunos, temos projetos conjuntos, gostamos dos mesmos vinhos…) mas ela estava de saída para a ABC (Academia Brasileira de Ciências), ver a palestra do Dr. Wolpert Lewis. Ela me chamou e eu resolvi ir também. Nunca tinha ido na ABC e se ela estava indo ver o cara, apesar de eu nunca ter ouvido falar dele, ele deveria ser bom. Silvana tem bom gosto.
Foi uma decisão acertada, professor de biologia aplicada a medicina na University College London, esse engenheiro civil que resolveu estudar desenvolvimento celular depois de ouvir falar das propriedades mecânicas da membrana plasmática tinha idéias interessantíssimas.
Mas como o meu conhecimento sobre o desenvolvimento embrionário é restrito (o suficiente para não conseguir distinguir a brilhantismo dele), ele me impressionou muito ao chamar atenção para coisas óbvias em biologia as quais eu nunca tinha levado em consideração.
Uma das coisas intrigrantes da célula é a comunicação celular. A célula está isolada do meio externo por uma membrana, que é semi-permeável mas muito, muito seletiva. Mas essa barreira também é a principal ferramenta de ‘percepção’ do meio externo. Proteínas na membrana são capazes de perceber variações no meio (pH, temperatura, carga, concentração de elementos), sinais de outras células ou órgãos (citocinas, neutrotransmissores, hormônios), além de xenobióticos (substâncias estranhas ao organismo como poluentes, venenos, remédios).
A detecção dessas variações no meio externo pode (e geralmente) desencadear uma resposta no meio interno, geralmente fruto de alterações na estrutura de proteínas e na expressão gênica. Mas como o sinal não ultrapassa a membrana, ele tem que ser transmitido do meio externo para o meio interno. Para isso a célula possui uma gama enorme de proteínas e moléculas sinalizadoras que funcionam de forma encadeada, em cascatas. São as vias de sinalização celular.
Apesar da sua grande variedade, a lógica é sempre a mesma: uma coisa modifica outra, que modifica outra, que modifica outra, que modifica outra, que modifica uma mais uma outra, até que modifica uma última coisa que dispara uma resposta, uma ação, por parte da célula. Essa resposta pode ser a produção de uma proteína, a modificação de outra, a divisão ou a morte celular.
A lógica é perfeita, o problema é o quão longas e complicadas podem ser as cadeias de eventos que participam da sinalização celular. Principalmente se pensarmos no ‘princípio da economia da natureza’ (sobre o qual já falei aqui e aqui)
Apesar de não ser uma lei universal, como a 2a lei da termodinâmica, que eu adoro, a ‘Navalha de Occam’ (que é o outro nome dado ao princípio, assim como parcimônia) é também um conceito importante a bastante útil. Ele diz que na natureza, tudo é feito da mais forma mais simples possível para que o fenômeno aconteça (veja, que não é possível. Se for simples e não funcionar… não vale).
Como nos brinquedos (cujo nome genérico eu não sei) dos filminhos, tirados de um episódio de Arquivo X, a reação (o enforcamento em um e a cesta em outro) decorrentes da ação (acionar um botão) passam por uma infinidade de etapas intermediárias, que gastam energia e que são simplesmente inúteis. Sim, elas devem permitir algum nível de controle e de ajuste fino, não mas isso não explica o número enorme de etapas, o gasto de energia e nem o risco de erro em cada uma delas. Para mim a sinalização celular simplesmente não fazia sentido.

Até a palestra de Wolpert. Ele mostrou que gastamos 95% da nossa energia para produzir eletricidade. Sim, corrente elétrica. Mais uma vez, os robôs do Matrix estavam certos: nos alimentem e nos deixem quietos que nós iluminaremos o mundo! Transmissão de impulsos nervosos, contração muscular, pensamento… tudo isso depende de potenciais de ação, a forma primária de comunicação entre as células através das longas distâncias do corpo (proporcionalmente ao tamanho da célula). Com o tanto de energia que temos que gastar para levantar um copo ou para corremos 5 km em 30 min (meu melhor tempo até agora), a quantidade de ATP que gastamos nas etapas intermediárias da fosforilação nas diferentes cascatas de sinalização celular é irrelevante. Talvez por isso a ‘seleção natural’ nunca tenha se preocupado com ela.
Talvez a sinalização celular não seja tão simples como poderia ser, mas é tão econômica quando comparado a uma corrida no aterro de Flamengo, que isso nem importa.

Ecologia é Biofísica, que é Ecologia.

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Na semana passada falei para os alunos do curso de graduação em Biofísica e Nanotecnologia da UFRJ sobre Biofísica e Ecologia. Mais precisamente sobre a semelhança entre esses dois ramos das ciências biológicas. A aula tem 1:30h, mas eu dividi em blocos de 4-12min por assunto ou conceito, assim fica mais fácil só consultar uma parte. Você pode acionar o vídeo e acompanhar a apresentação no prezi acima.
Parte 1: Apresentação. Terra está viva! Hipótese Gaia. Conceito de retroalimentação.

Parte 02: (só) A Hipótese Gaia.

Parte 3: Apresentação. Hipótese Gaia. O modelo do mundo das margaridas e a autoregulação da Terra pelos organismos.

Parte 4: Relação entre os conceitos de homeostase e estresse entre organismos e ecossistemas. Relação com o conceito de poluição.

Parte 5: Estresse em sistemas biológicos de escala planetária. Explosão do Vulcão Pinatubo e definição termodinâmica de poluição.

Parte 6: A Origem da vida.

Parte 7: Sistema de informação genética primitivo e o ancestral comum.

Parte 8: Genes conservados filogeneticamente e utilização de modelos não-tradicionais em pesquisa.

Parte 09: Carlos Chagas Filho: O ‘Homem Tropical’ e a criação de um modelo de pesquisa para o Brasil.

Parte 10: O mercúrio na Amazônia e a abrodagem ecossistêmica para problemas de saúde humana.

Parte 11: Invasão biológical e o risco do mexilhão dourado na Amazônia

Parte 12: Encerramento. Uma nova definição para biofísica.

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