terça-feira, 7 de dezembro de 2010

"E cristais de arsênico em meu beijo vão matar o que mais quero, quando não espero é que Deus dá"

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Pegando um pouco de água para um cafezinho no acampamento junto ao lago?

Não exatamente.

A bucólica cena acima contrasta brutalmente com as supostas implicações da recente descoberta publicada na revista Science no último dia 02/12, fruto de umas bactérias presentes no lodo deste lago salgado no oeste dos EUA, situado próximo à divisa entre Califórnia e Nevada.

A descoberta de bactérias capazes de substituir o fósforo (P) por arsênico (As - que, em português, também pode ser chamado de "arsênio") foi o assunto da semana passada (também aqui e aqui) em função do suspense que a NASA criou na grande mídia para anunciar a publicação do artigo com os achados do grupo de Felisa Wolfe-Simon, que trabalha no NASA’s Exobiology and Evolutionary Biology (Exo/Evo) Program e no NASA Astrobiology Institute. A bactéria se chama Gammaproteobacteria GFAJ-1, é da família das Halomonadaceas, e é uma extremófila halofílica, especializada em sobreviver no hostil ambiente hipersalino do Lago Mono.

O público acadêmico pode acessar o artigo original aqui, incluída sua apresentação. A história toda está muito bem contada aqui.

O estranho visual do Lago Mono deve-se às "tufas", estruturas de
carbonato de cálcio formadas
por antigas fontes (ou geiseres)
submersos - similares às fumarolas oceânicas, agora expostas à intempérie
devido à secagem
progressiva deste lago que já foi parte de um mar interno,
mas acabou destruído pela ação do homem


Na verdade, não se encontrou nenhuma bactéria vivendo, em condições naturais, com uso do As no lugar do P: Wolfe-Simon suspeitou da possibilidade em função da presença de boa quantidade de ambos elementos químicos, pertencentes ao grupo 15 (ou 5A) da Tabela Periódica dos Elementos, nas águas desse lago hiperssalino (duas vezes mais sal que no mar), muito alcalino (pH 10) e com águas quentes (fontes hidrotérmicas) - não há peixes no lago Mono - e desafiou essas bactérias a sobreviverem à retirada de P e colocação, em seu lugar, de As, obtendo sucesso. Se os experimentos resistirem ao exame crítico, está aberta a possibilidade de vida baseada no arsênico, como vem sendo chamada essa hipótese.


O problema do arsênico é que, apesar de participar de diversos processos metabólicos (exemplos aqui) esse elemento e seus compostos, especialmente os inorgânicos, são extremamente tóxicos para a maioria dos seres vivos. Por exemplo, o dimetilarsenato é o componente principal do famigerado Agente Azul, herbicida carcinogênico usado na guerra do Vietname (não confundir com o Agente Laranja) e ainda hoje empregado na agricultura. Entre outros efeitos negativos, o arsênico inorgânico trivalente (As3+), interage fortemente com grupos sulfidrilas de moléculas orgânicas, afetando diversas enzimas e danificando gravemente as células vivas.

O grupo 15, que inclui os elementos nitrogênio (N), fósforo (P), arsênico (As), antimônio (Sb) e bismuto (Bi), é caracterizados por ter 5 elétrons na Camada de valência. São, portanto, capazes de fazer entre três e cinco ligações químicas covalentes (ver pp. 7-8). Se valesse apenas Regra do Octeto, como é o caso para o carbono e o oxigênio, esse elemento faria no máximo 3 ligações químicas, mas como a natureza não cansa de nos surpreender - e as razões, de natureza quântica, ainda não compreendemos - os elementos do grupo 15 representam uma excessão àquela regra, exibindo a chamada hipervalência (ou "expansão de valência"), isto é, eles podem estabelecer não apenas 3, mas de 4 a 6 ligações covalentes!


Essa é possivelmente a razão de tanto o nitrogênio quanto o fósforo serem 2 dos 6 elementos mais fundamentais à vida - o sempre lembrado mnemônicoCHNOPS -, os demais sendo o carbono, o hidrogênio, o oxigênio e o enxofre (ver sua posição acima, no detalhe da tabela periódica). Curiosamente, sua importância pode ser maior ainda considerado que, ao contrário dos outros 5 "grandes", o fósforo NÃO está entre os elementos mais abundantes no universo, como mostra a "tabela periódica dos astrônomos" mostrada a seguTudo leva a crer que esse elemento, com as complexas moléculas que é capaz de formar, atue como uma espécie de balizador ou elo de construção das biomoléculas que conhecemos (pelo menos para esse conjunto de biomoléculas). Sendo assim, a possibilidade de substituí-lo pelo arsênico é uma achado realmente importante.

Mas voltemos um pouco atrás: na tabela periódica acima, vemos que tanto o fósforo quanto o arsênico pertencem a mesmo grupo químico ou família, ou seja, têm orbitais com estrutura semelhante que lhes permitem fazer o mesmo tipo de ligações químicas. Enfim, compartilham as mesmas propriedades físico-químicas. Visto deste ângulo, não deveria surpreender que o arsênico seja capaz de "substituir" o fósforo (caso efetivamente isso se comprove, nunca é demais lembrar) na constituição de biomoléculas essenciais, como propõe ter demonstrado a autora do trabalho da Science, por exemplo, integrando o esqueleto dos próprios ácidos nucleicos (ADN, ARN) da Gammaproteobacteria .

Porém, a diferença de massa atômica, isto é, seu peso inercial, modifica suas propriedades cinéticas em solução, afetando ou mesmo comprometendo sua eficácia em substituir plenamente tudo que o elemento original fazia. Deste modo, o átomo mais pesado do arsênico pode "enganar" as moléculas entrando no lugar do fósforo, mas é menos estável em seus relacionamentos: esta, sem dúvida, é a razão de seu efeito tóxico. instabilidade inerente, juntamente com uma série de descuidos metodológicos, é o motivo da dúvida que vários autores levantam sobre o real alcance desta descoberta: vejam, por exemplo, as críticas devastadoras de Rosie Redfield, Carl Zimmer e George Cody. Vale a pena conferir também as análises de Ed Young, P.Z. Myers e Keith Cowing que haviam criticado fortemente o desnecessário alarde causado pela forma de anúncio empregada pela NASA e a frustração que isso poderia causar.

A importância de compartilhar propriedades físico-químicas ao pertencer a uma mesma família da Tabela Periódica pode ser realçada se considerarmos que o Silício pertence ao mesmo grupo químico do Carbono (grupo 14) - o mais importante elemento químico da vida como conhecemos - e, portanto, tem propriedades químicas bastante similares a deste elemento: a hipótese da vida baseada no silício é bem mais conhecida e tem frequentado o imaginário de exobiólogos desde o século XIX. Mas, por enquanto, é apenas uma hipótese.


Bem, a maior parte disso que falamos acima dá para acompanhar com a química básica do ensino médio (ou, para nós, velhos fósseis, do ensino "secundário").

Recordar é viver...

Falando em esquisitices bioquímicas, a meu ver o mais próximo que chegamos em descobrir uma "bioquímica alienígena" ocorreu há alguns anos atrá, com a descoberta de dois aminoácidos "intrusos" no ordeiro festejo dos 20 aminoácidos proteinogênicos - no caso, a selenocisteína e a pirrolisina. Ocorre que, até prova em contrário, toda vida atual na terra descende de uma população única de ancestrais comuns, de modo que todos os seres vivos compartilhamos as mesmas biomoléculas fundamentais, e, portanto, a mesma bioquímica. Por biomoléculas refiro-me aqui aos precursores dos dois principais biopolímeros das células vivas, os aminoácidos - precursores das proteínas - e os nucleotídeos - precursores dos ácidos nucleicos (ADN/ARN). Até então, apenas 20 aminoácidos (todos levógiros, e, claro, descontadas as modificações pós-traducionais) e 4 nucleotídeos, dentre as centenas de possibilidades existentes na natureza, integravam o seleto clube que forma as proteínas e ácidos nucleicos que nos constituem.

Com a descoberta de que parte do código genético poderia codificar, em alguns microorganismos, além dos 20 também um desses dois aminoácidos mencionados empregando partes do genoma - UGA para a selenocisteína e UAG para a pirrolisina (ver quadro baixo), em ambos os casos, apenas substituindo um dos códons de terminação (stop) - abriu-se a porta para a possibilidade de bioquímicas alternativas, efetivamente o melhor lugar para se buscar vida extraterrestre ou de origem diferente da nossa hoje. De fato, o emprego de outras codificações seria uma prova contundente de origem não comum à vida que conhecemos, que, por enquanto, é única.


Vacinada contra o alarde, a comunidade exo/astrobiológica, porém, já suspeitava que o assunto desse bafafá miodiático girava em torno da bactéria arsênica e não aprovava o clima sensacionalista de iminente "descoberta de vida extraterrestre" (que a alguns chegou a irritar consideravelmente). A NASA costuma promover verdadeiros espetáculos midiáticos, vez por outra, geralmente para pressionar pela aprovação de seu orçamento anual ou multianual, bastante prejudicados com os gastos militares das últimas duas décadas (desta vez, porém, o orçamento já estava definido). O caso mais memorável foi o da "nanobactéria marciana no meteorito marciano ALH84001", em 1996, que permitiu toda recente série de missões à Marte interrompendo o longo jejum de mais de 20 anos desde as notáveis Viking (1976): Pathfinder/Sojourner (1998), Mars Odyssey orbiter (2001), Spirit / Opportunity - MERs (2004), Mars Reconnaissance Orbiter (2006), Phoenix Mars lander (2008), só para mencionar as bem sucedidas (bem, o interesse em visitar Marte não parece ter fim...).

Mas, enfim, o alarde ocasional, desde que consiga sensibilizar o militarizado congresso norte-americano, me parece muito justificável, pois é sempre melhor que se gaste em ciência que em armamentos, morte e destruição, não é mesmo?

Agora temos de esperar o desdobramento do debate científico para saber se a descoberta resiste ao exame crítico dos colegas, uma vez que há vários autores questionando o achado (Rosie Redfield, Carl Zimmer, George Cody, Ed Young, P.Z. Myers eKeith Cowing). E é assim que deve ser: longe de preocupar a equipe de Wolfe-Simon, o que se seguirá é apenas o feijão-com-arroz do fazer científico - o rigoroso escrutínio da comunidade de pares sobre qualquer novo achado ou proposta. O resultado será, de uma forma ou de outra, um avanço no conhecimento coletivo acerca do mundo.


E, quem sabe, as anônimas bactérias aprisionadas num mar interno que está desaparecendo aos poucos, desesperançadas após incontáveis noites estreladas ao longo dos éons, não sirvam mesmo de preâmbulo à real diversidade que a vida possa exibir em nosso vasto universo?

JAQ, v.2.1 (09dez2010 - melhora na redação e acréscimo dos autores que contestam o achado)

(*) o título desta matéria foi extraído da Canção do Lobisomem, de Aldir Blanc. Experimente escutá-la contemplando a última imagem deste artigo...

12 comentários:

Teste disse...

Essa foi uma grande descoberta. Mostra que a vida pode ter origens distintas, em termos bioquímicos. Isso seria como se houvesse mais uma semente germinado ao lado da árvore do Darwin, na qual uma nova diiversidade de seres podem evoluir através de uma base estrutural diferente. Esse sensasionalismo da NASA é justificável, pois é necessário a obtenção de patrocínios para manter a ainda não iniciada Missão Darwin.

Chico disse...

É melhor que a NASA faça um pé de meia bem gordo com todo o alarde que for necessário, porque, do jeito que a coisa anda nos EUA, os republicanos devem suceder o Obama e ganhar maioria no legislativo. Aí vão, no mínimo, pôr mais uma guerrinha qualquer no orçamento e sugerir que a Missão Darwin troque de nome. Afinal, a Bíblia precisa ser seguida, exceto o 'não matarás', claro.

Jeferson Arenzon disse...

Teste,

É uma possibilidade, mas não a única. No podcast da Science saiu uma entrevista com uma das autoras do projeto. Ela diz que é também possível que possa ter ocorrido uma mutação durante a fase experimental, o que significaria que as bactérias no lago não teriam esta capacidade. Outra coisa que ela menciona é que a bactéria está inserida na árvore da vida, ou seja, pode ser não ser uma linhagem completamente separada.

Ronald Moura disse...

De fato, Jeferson, é uma possibilidade a ser considerada. Mas voltando um pouco aos projetos da NASA... Vocês sabem de alguma aplicação para o cotidiano, que as pesquisas da NASA trouxeram? Eu consigo ver avanços no que o JPL (Laboratório de propulsão à jato), e talvez, algo na meteorologia. Vocês tem mais alguma idéia?

Marco Idiart disse...

Oi Ronald
Pergunta difícil.
Veja a página
http://www.nasa.gov/offices/ipp/products/contributions.html
Eu interagi um pouco com a parte de ensino deles. Eles tem projetos muito legais para difusão de ciência.
A gente sempre houve falar que a tecnologia de ponta usada para as viagens espaciais sempre revertem para a sociedade. É uma boa propaganda. Eu até sabia uns exemplos, mas esqueci. E obviamente antes usar dinheiro para desenvolver tecnologia para viagem espacial, do que para a guerra.

Jeferson Arenzon disse...

Oi Ronald,

Uma rápida busca levantou várias aplicações. Bem interessante são as relacionadas à pesquisa do câncer:

http://www.nasa.gov/offices/ipp/products/contributions.html

Nessa mesma página (coluna da direita), vais achar várias outras.

Jorge Quillfeldt disse...

Olá, Ronald,

Uma das críticas mais comuns ao programa espacial é que "se gasta dinheiro nisso e não para resolver o problema da fome". É a crítica anti-ciência-básica, que não compreende as relações de interdependência mútua entre Ciência Básica e Aplicações Tecnológicas.

Embora seja verdade, como se trata do dinheiro DELES, infelizmente a gente não tem muito como fazê-los gastar noutra coisa. Por outro lado, apoiando que gastem mais em ciência implica, automaticamente, em menos gastos militares (princípio da conservação aplicado ao orçamento nacional), o que beneficia a tod@s nós que estamos no lado de cá da mira deles...

Se há benefícios? Há muitos, especialmente em termos de miniaturização eletrônica: isso é algo essencial na astronáutica devido ao peso da "carga", e a maioria das inovações têm sido puxadas por tal demanda. O melhor exemplo, que sempre uso, é o do CCD - charged coupled device - o dispositivo semicondutor que captura a imagem em todas as câmeras digitais de hoje em dia: um dos primeiros testes importantes dessa tecnologia (criada em 1969) foi embarcá-lo nas câmeras das Pioneer e Voyager enviadas a Júpiter, Saturno e além em fins dos anos 70. Todos lembram do resultado. Hoje qualquer celular tem um dispositivo desses. Em 2009, seus criadores, Willard Boyle and George E. Smith, ganharam o Nobel de física.

Da mesma forma, outros avanços da eletrônica, robótica, computação, mecânica de precisão, etc, que foram desenvolvidos para os projetos das sondas astronáuticas, acabam sendo estendidos a outras aplicações, como a aeronáutica, medicina, aparelhos eletrônicos, automóveis, etc. Nada se perde, tudo se realimenta.

Na verdade, aplicações de ponta PRIMEIRO são empregadas no mundo militar (mísseis, satélites, etc), e logo DEPOIS, em programas de grande porte, como o espacial. Porém, como esse é majoritariamente (embora não totalmente) pacífico, prefiro este último, claro. Dois exemplos notáveis de aplicação militar que depois foram apropriadas pela "big science" (astronáutica, física de partículas de alta energia, etc) foram a internet e o GPS. Alguma dúvida que nos beneficiaram a tod@s após serem disponibilizados?

-

Jorge Quillfeldt disse...

Enfim,

Esse é, em suma, o debate da relação entre Ciência Básica, Ciência Aplicada e Tecnologia: são atividades distintas, embora intercomunicantes. Mais que isso, constituem uma "cadeia trófica", onde conhecimentos básicos alimentam aplicações e novas tecnológicas, ao mesmo tempo que estas produzem achados que nutrem mais ciência básica. Nada se perde, tudo se realimenta. A diferença é que Tecnologia (e algo de Ciência Aplicada) pode ser planejado com precisão e financiado com exatidão e prazos fixos: na Ciência Básica, contudo, não dá para "garantir" que um problema vá ser necesariamente resolvido dentro de certos prazos e orçamentos. Em "economês", Ciência Básica seria considerada como um "investimento de fundo perdido", mas isso é bobagem, pois sem essa "perda" não haveriam os novos conhecimentos básicos que embasam a maioria das inovações tecnológicas de hoje. Financiar a Ciência Básica é a única forma de manter ativo o fluxo de inovações tecnológicas. Só as empresas privadas não gostam desse papo de “fundo perdido”, por isso são pouquíssimas aquelas que também fazem pesquisa básica (exemplo: Merck). É por isso que, no undo todo, quem paga a pesquisa básica, é o governo. É o melhor investimento. Já vai longe o tempo das tecnologias do tipo tentativa-e-erro, como foi o caso na agricultura original e no calendário.

ankanaan disse...

Jefferson,

1) na minha leitura "leiga" do negocio tive a impressão que o bactéria no lago já trocava uns fósforos pelo arsênico. Depois no laboratório, privadas de fósforo, começaram a usar arsênico 100%. A probabilidade de tal mutação ocorrer assim tão rápido deve ser pequena (?), mas tendo mutado no laboratório ou antes, dá na mesma, é possível trocar P por As.

2) O comentário da "árvore da vida". Me parece delírio dizer que a tal bactéria pertenceria a uma linhagem separada, outra forma de vida. Tudo nela é igual a outras coisas, só troca P por As, não vejo como sugerir que ela pertencesse a outra linhagem totalmente diferente, outra forma de vida.

3) Aplicações da NASA? Sinto muito mas a NASA é uma instituição militar que tem uma pontinha (acho que não chega a 10%) dedicada a projetos engana-bobo, mais conhecidos como projetos científicos. Se alguma parte do orçamento da NASA é ameaçada de vez em quando é apenas essa parte. Mas nunca irão cortá-la. É bom para as relações públicas. Só para lembrar os esquecidos, o projeto "guerra nas estrelas" foi desenvolvido onde? Quem era o presidente? De que partido?

Antonio (o Kanaan)

Jeferson Arenzon disse...

Oi Antônio,

A questão da "árvore da vida" é importante de comentar porque foi onde a mídia, irresponsável como quase sempre, se pegou para fazer as chamadas sobre o assunto. Nunca é demais frisar...
Abs,
Jeferson

Jorge Quillfeldt disse...

Bem vindo, Kanaan,

Essas mesmas duas críticas foram expostas na análise de Ed Young, que recém inseri na versão revisada do post (ver parágrafo destacado em vermelho).

É isso, acabei de editar o post para incluir as críticas, algumas DEVASTADORAS, como as de Rosie Redfield, Carl Zimmer e George Cody. Redfield é uma microbióloga que ficou "p" da vida com os descuidos do artigo da Science, pretencioso demais para ser tão desatento e, fiel ao lema de Sagan - "proposições textraordinárias exigem demonstrações extraordinárias" - faz uma análise que demole o trabalho de Wolfe-Simon item por item... Carl Zimmer não fica em meias palavras: "Esse artigo não deveria ter sido publicado".

Após lê-los, tendo a concordar com seus argumentos: Rosie Redfield diz ter "suspeitado" do anúncio de cara por estar vacinada com o caso do meteorito marciano ALH84001 divulgado efusivamente em 1996... Eu também!

Vale a pena ainda conferir as análises mal-humoradas de P.Z. Myers e Keith Cowing, além do supracitado comentário do Ed Young, acima.

Está começando a esquentar!

-

Jorge Quillfeldt disse...

Essa matéria virou, a convite do Ulisses Capozzoli, um artigo na revista Scientific American Brasil do mês de fevereiro de 2011, confiram.

Como a revisão nunca acaba, já achei pelo menos um erro que deixamos passar: na página 69, no 2o parágrafo da 1a coluna, por favor, ignorem o termo "levógiro". A frase correta lê-se "(...) serem todos isômeros L".

(antes Tad do que nunca...)