sexta-feira, 26 de junho de 2009

O maravilhoso fenômeno da vida

Coluna ClickCiência
Publicado em 24 de junho de 2009

Nas manhãs de sábado, em meados da década de 70, quando ainda eu era um garoto, tinha o hábito de sentar na frente da televisão (que era preto e branco e com a imagem cheia de chuviscos) para assistir o meu programa favorito. Quando ouvia a frase: “O espaço... a fronteira final. Estas são as viagens da nave estelar Enterprise ...”, a minha imaginação viajava junto com o capitão Kirk e o senhor Spock, que navegavam pelas estrelas e descobriam novas civilizações no distante século XXIII. O programa era “Jornada nas Estrelas” (Star Trek), que recentemente ressuscitou com um novo filme, mas mantendo o espírito original


A série foi apresentada pela primeira vez na televisão americana em setembro de 1966, em plena época da corrida espacial entre os americanos e os soviéticos. Os roteiristas da série retratavam uma época 300 anos no futuro, onde a humanidade viajava facilmente pelas estrelas, entrando em contato com outras espécies e civilizações. Por enorme coincidência a grande maioria dos alienígenas encontrados pela tripulação da Enterprise tinha a forma e a aparência muito semelhante a dos seres humanos.

A formação dos tijolos básicos da vida
Refletindo um pouco sobre isso, no dias de hoje, me parece que tal semelhança seria uma extraordinária coincidência. Seria conveniente encontrarmos alienígenas muito parecidos com nós. No caso específico da série existiam dificuldades técnicas e financeiras para produzir seres diferentes de nós. Entretanto, do ponto de vista científico, talvez seja muito pouco provável que a vida evolua em outros planetas de maneira tão semelhante a nossa.


As formas de vida mais antigas apareceram por volta de 3,8 bilhões de anos, ou seja, aproximadamente 1 bilhão de anos após a formação da Terra. Devido a circunstâncias particulares da formação do nosso planeta e do sistema solar, como por exemplo, a emissão de radiação do Sol, a distância Terra-Sol, a gravidade terrestre, os elementos que compunham a atmosfera primitiva do nosso planeta etc, permitiram que a vida surgisse. O fato da atmosfera da Terra primitiva ser muito diferente da atual foi um fator importante para que hoje estejamos aqui.


Devido à baixa intensidade do campo gravitacional terrestre (quando comparado com os planetas gigantes dos sistema solar) os elementos leves como o hidrogênio e o hélio escaparam para o espaço, ao contrário do que ocorreu com Júpiter e Saturno que os mantêm até hoje. Dessa forma, a atmosfera primitiva da Terra foi formada por gases liberados do seu interior quente por meio de intensa atividade vulcânica que durou por cerca de 100 milhões de anos. Esse processo fez com que surgisse uma atmosfera rica em moléculas como H2O (água), CO2 (gás carbônico), H2S (gás sulfrídico), CH4 (metano) e NH3 (amônia). Nessa época não existia oxigênio molecular (O2). Caso existisse, ele impediria a formação de grandes moléculas orgânicas. Essas substâncias e a energia fornecida pelos raios ultravioletas do Sol (nessa época não havia a camada de ozônio para bloqueá-los) e as violentas descargas elétricas (relâmpagos) foram responsáveis pela formação das primeiras moléculas orgânicas complexas.


Em 1953, os cientistas americanos Stanley L. Miller (1930-2007) e Harold C. Urey (1893-1981) da Universidade de Chicago realizaram experimentos para simular as condições da atmosfera primitiva da Terra. Eles mostraram que é possível transformar 2% do carbono disponível nos elementos que existiam nela em aminoácidos, que são as bases das proteínas. Alguns anos depois, em 1961, Joan Oró (1923-2004), na Universidade de Houston no Texas, conseguiu produzir adenina, uma das quatro bases das moléculas de RNA (ácido ribóssico nucléico) e DNA (ácido desoxirribonucléico) a partir de HCN (cianeto de hidrogênio) e amônia em uma solução aquosa, elementos abundantes na Terra primitiva. Esses experimentos não garantem que aconteceu exatamente isso em nosso planeta há bilhões de anos, mas mostram que, em princípio, essas condições permitem a produção dos elementos básicos para a formação de moléculas complexas, necessárias para o surgimento da vida.


Dessa situação inicial até o surgimento de vida inteligente, como a nossa, foram necessários bilhões de anos de evolução. O passo fundamental para isso foi o aparecimento do DNA, pois esta molécula “sabe” fazer cópias de si mesma. Todas as formas de vida que existem hoje na Terra, desde a mais simples bactéria até os seres humanos, são baseadas na molécula de DNA. Cada espécie tem um código genético específico, mas todos os genes que os compõem são formados pelas mesmas bases químicas. Essa é uma evidência que toda a vida na Terra teve um ancestral comum, algo como uma bactéria primitiva que evoluiu de diferentes formas para encher o nosso mundo de vida.

A busca da nossa origem em outros mundos
A recente missão da sonda Cassini-Huygens até o planeta Saturno tem como um dos seus objetivos principais estudar a lua Titã, a única do sistema solar que apresenta uma densa atmosfera. Os cientistas esperam encontrar nela um ambiente semelhante ao da Terra primitiva, pois a sua atmosfera é rica em hidrocarbonetos e provavelmente lá existam descargas elétricas intensas. Será como olhar para o passado da Terra, mas congelado devido às baixas temperaturas existentes naquele satélite. Em janeiro de 2005, o explorador Huygens penetrou na atmosfera desse mundo gelado e pode enviar as primeiras imagens desse satélite. As informações que ela obteve dará trabalho por vários anos a muitos cientistas. Talvez elas nos revelem alguns dos segredos da origem da vida em nosso planeta.

Se algum dia encontrarmos outras formas de vida desenvolvidas fora do nosso planeta, por mais simples e primitiva que seja, poderemos ter uma nova perspectiva para compreender as nossas origens. Uma única bactéria alienígena poderá mudar o nosso paradigma a respeito da vida e muitos mistérios serão resolvidos, mas com certeza outros mais complicados aparecerão. Talvez seja difícil encontrarmos civilizações extraterrestres, como aquelas visitadas pelos tripulantes da Enterprise no século XXIII, dadas as incomensuráveis distâncias que estamos das estrelas. Contudo, como dizia o astrônomo e divulgador da Ciência, Carl Sagan (1934-1996) em seu livro “Contato”: “Não deveremos estar sós neste universo, senão seria um enorme desperdício de espaço”

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domingo, 21 de junho de 2009

As escuras noites de inverno

Coluna Física sem mistério
Publicada no Ciência Hoje On-line
19/06/2009

Na próxima segunda-feira, 22 de junho, no início da madrugada, começará o inverno para nós que vivemos no hemisfério Sul. Essa estação é lembrada pelos dias mais frios, principalmente para quem mora nas regiões Sul e Sudeste do Brasil. Nessa época, devido à posição da Terra em relação ao Sol e ao fato de o eixo de rotação do nosso planeta ser inclinado em aproximadamente 23 graus em relação a uma reta perpendicular ao plano de sua órbita, ocorre uma menor incidência de luz solar em comparação com as demais estações do ano. Por causa dessa mudança, os dias costumam ser mais frios e secos, as chuvas, escassas, e os períodos de iluminação, menores.

Em locais onde há pouca poluição atmosférica e luminosa, em uma noite sem Lua – como teremos neste ano na noite de início do inverno – podemos observar milhares de estrelas. Um fato que nos salta aos olhos é que entre as estrelas há escuridão, exceto em uma região esbranquiçada do céu – próximo à constelação de Sagitário –, onde há uma grande concentração de estrelas, que indica a direção do centro da nossa galáxia, a Via Láctea.

Ao olhar para o céu, desde o despertar da consciência humana, tentamos compreender não somente os pontos luminosos que brilham lá no alto, mas também a negritude da noite. As estrelas sempre inspiraram poetas e apaixonados a expressarem seus sentimentos. Já a escuridão da noite quase sempre inspira medo e solidão. Mas, na negritude do céu noturno, existem segredos que a maioria das pessoas sequer imagina.

O astrônomo alemão Johannes Kepler (1571-1630) foi um dos primeiros a perceber que a escuridão do céu noturno poderia ser algo estranho. Por volta do ano de 1600, ele imaginava que o universo era infinito e preenchido por infinitas estrelas. Logo, todas essas infinitas estrelas deveriam transformar o céu noturno em algo muito brilhante.

No século 19 – mais precisamente em 1823 –, outro astrônomo alemão, Heinrich. W. M. Olbers (1758-1840), formalizou mais diretamente o problema da escuridão do céu noturno, que ficou conhecido como o “paradoxo de Olbers”. A resposta para essa questão, em um primeiro momento, parece óbvia. O céu noturno é escuro porque o Sol não o ilumina. Contudo, se for feita uma reflexão mais profunda, podemos chegar a outra perturbadora resposta.

Universo estático e infinito


Na época de Olbers, acreditava-se que o universo era estático e infinito. Se fosse assim, deveriam existir infinitas estrelas no firmamento. Para qualquer direção do céu que olhássemos deveríamos encontrar uma estrela – da mesma forma que, em uma floresta muito densa, encontraríamos uma árvore bloqueando nosso campo de visão em qualquer direção que olhássemos. Portanto, o céu noturno deveria ser completamente iluminado e muitas vezes mais brilhante do que o dia! Mas, ao contrário, não observamos isso. Qual seria a explicação?

Um argumento que poderia contestar esse fato seria o de que a luz das estrelas mais distantes ficaria mais tênue à medida que chegasse até nós. Essa foi a resposta que Olbers propôs para o paradoxo. A luz das estrelas é uma forma de radiação eletromagnética que perde intensidade proporcionalmente ao quadrado da distância do observador.

Entretanto, o volume do universo e, portanto, o número total de estrelas, aumenta de acordo com o cubo da distância (o volume da esfera depende do cubo do raio). Logo, embora as estrelas esmaecessem com o aumento da distância, esse efeito seria compensado pelo número crescente de estrelas.

Ainda seria possível argumentar que no universo, entre nós e as estrelas, existem nuvens de gás e poeira, conhecidas como nebulosas, que poderiam absorver a luz das estrelas. Contudo, com o passar do tempo, essas nuvens ficariam aquecidas e emitiriam luz, compensando esse efeito.

Universo em expansão
A solução atual para esse paradoxo é considerar que o nosso universo teve um início e não teve sempre a mesma forma. Os dados observacionais que possuímos atualmente indicam que o nosso universo foi criado há cerca de 14 bilhões de anos a partir de um evento que chamamos de “Big Bang”.

Essa hipótese começou a ser elaborada a partir das descobertas realizadas pelo astrônomo americano Edwin Hubble (1889-1953) na década de 1920. Hubble concluiu que as galáxias mais distantes estavam se afastando umas das outras a partir da constatação de que a luz emitida por essas galáxias tinha um deslocamento para o vermelho. Esse efeito, conhecido como Doppler, acontece tanto com as ondas eletromagnéticas como com as ondas sonoras. Quando ouvimos um carro com sirene se aproximar de nós em alta velocidade, por exemplo, ouvimos o som se tornar mais agudo; quando ele se afasta, o som fica mais grave. Da mesma maneira, quando um objeto viaja próximo à velocidade da luz, ao se afastar de nós há um deslocamento para o vermelho e, ao se aproximar, para o azul.


O afastamento das galáxias levou os cientistas a formularem a hipótese de que, em algum instante no passado, a matéria que hoje constitui as estrelas e galáxias estava muito concentrada e tinha densidade e temperatura infinitas. Então, nesse momento, houve o evento do Big Bang e o universo começou a se expandir.

Esse modelo atual baseia-se em um fenômeno chamado inflação cósmica, que propõe que o espaço expandiu-se exponencialmente no instante seguinte ao Big Bang. Isso resultaria em um universo perfeitamente uniforme, mas observações feitas por vários telescópios espaciais mostram que há grandes variações entre as diversas regiões do universo. Essa contradição, no entanto, ainda não é totalmente compreendida.

A luz e a escuridão
Como podemos então explicar a escuridão da noite? Primeiro, é preciso levar em conta que somente podemos observar estrelas – e outros objetos cósmicos – que se encontram no máximo à distância de 14 bilhões de anos-luz (um ano-luz equivale a aproximadamente 10 trilhões de quilômetros). Essa distância, embora muito grande, é finita.

O volume observável do universo contém uma ordem de 400 bilhões de galáxias, sendo que cada galáxia possui aproximadamente 100 bilhões de estrelas. Portanto, estima-se que há cerca de um sextilhão de estrelas (10 21 estrelas – 10 seguidos de 21 zeros!). Embora esse número seja enorme, ele é finito. As galáxias, por sua vez, estão distribuídas, em grande escala, de modo uniforme no universo. Dessa forma, o universo existe há um tempo finito e tem finitas estrelas.

Outro fato que deve ser considerado para explicar a escuridão da noite é a expansão do universo. Nesse caso, as ondas eletromagnéticas têm seu comprimento de onda aumentado (ou as frequências diminuídas) à medida que o espaço entre as galáxias aumenta. Assim, as luzes estelares, vindas dos confins mais remotos do universo observável, são cada vez mais atenuadas e diminuem sua intensidade.
Portanto, quando olharmos para o céu e observarmos a escuridão entre as estrelas, podemos pensar que ela veio da luz. O Big Bang que deu início ao universo e à sua expansão faz com que as nossas noites sejam escuras. Podemos pensar nisso de uma maneira mais poética, recordando a letra da música de Lulu Santos e Nelson Motta: “Não haveria luz se não fosse a escuridão.”

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A coluna Física sem Mistério é publicada na terceira sexta-feira do mês pelo físico Adilson J. A. de Oliveira, professor da UFSCar