A Natureza Mandou Cuidar dos Velhinhos - Quarta Científica #37

Muitos de nós dão grande valor aos nossos avós, mas aparentemente eles são tão importantes que os humanos evoluíram variantes genéticas só para protegê-los de certas doenças relacionadas à idade, como o Mal de Alzheimer. Ao se manter as velhas gerações com mais saúde, não só se reduz o esforço necessário para cuidar deles como se permite que eles continuem contribuindo para o bem da sociedade.

"Quando idosos sucumbem â demência, a comunidade não só perde fontes importantes de sabedoria, cultura e conhecimento acumulado, como os anciões que têm perdas cognitivas leves e posições de influência podem acabar prejudicando seus grupos com decisões falhas" explicou o co-líder da pesquisa, Pascal Gagneux da Universidade de San Diego, Califórnia.

A reprodução é a razão de ser da vida na Terra. Para a grande maioria das espécies, se os seus órgãos reprodutores saem de cena, não há muita razão para ficar por aqui. Os humanos são uma exceção à regra: Nós podemos viver muito tempo além da idade reprodutiva, E isso é bom para a nossa espécie, já que eles podem cuidar de seus filhos e netos, ajudar a juntar comida e transmitir seu valioso conhecimento aos outros.

Mas, claro, tudo isso depende dos idosos serem física e mentalmente capazes de realizar essas tarefas. Males associados à idade como demência e doenças cardíacas ameaçam essa contribuição às famílias e custam caro, também. Será então que existe um mecanismo genético que ajuda a manter o corpo e a mente saudáveis o bastante para que eles possam gerar esse benefício aos grupos? De acordo com essa última pesquisa, parece que sim.

Como foi descrito na revista Proceedings of the National Academy of Sciences, a equipe inicialmente tinha interesse na contribuição do gene CD33 para o mal de Alzheimer, que só ocorre após a idade reprodutiva. O receptor produzido por esse gene ajuda a regular o sistema imunológico, impedindo respostas potencialmente danosas após infecções ou ferimentos. O interessante é que pesquisas anteriores tinham sugerido que uma variação em particular do CD33 poderia ajudar na proteção contra o Alzheimer ao impedir o acúmulo de aglomerados de proteínas tóxicas dentro do cérebro, que são associadas à progressão da doença.

Ao examinar as origens dessa variação em particular, os pesquisadores estudaram o CD33 nos nossos parentes mais próximos - os chimpanzés. Apesar de ambas as espécies terem níveis iguais do CD33 "normal", os níveis da variante protetora se mostraram quatro vezes maiores nos humanos que nos chimpanzés. E isso é surpreendente, já que não é de se esperar uma pressão seletiva grande em algo que beneficia animais em idade avançada, já que as fêmeas idosas não são mais capazes de se reproduzir.

Outro fato interessante é que as descobertas não foram só sobre o CD33. Eles também encontraram variações exclusivamente humanas de vários outros genes relacionados à deterioração cognitiva relacionada ao envelhecimento. Por exemplo, descobriu-se que genes associados a doenças neurodegenerativas, como demência ou falta de circulação sanguínea no cérebro, possuem variantes protetoras em humanos de várias etnias, mas não nos nossos parentes evolucionários mais próximos. Isso significa que essas variantes devem ser mais antigas que os genes ancestrais, e sua ampla presença em etnias diferentes indica que eles provavelmente se formaram antes da aparição do Homo sapiens.

Para esses genes terem sido selecionados de maneira tão forte em indivíduos incapazes de reprodução, eles devem ter tido um papel importante na nossa evolução. E esse papel, sugerem os pesquisadores, é o de nos proteger das doenças relacionadas à idade que prejudicam a habilidade dos indivíduos mais velhos de cuidar de seus parentes mais novos. Talvez no futuro, os cientistas consigam usar essa nova informação para ajudar a criar tratamentos para as doenças que afetam os idosos.

Fonte: IFLScience
Imagens: IFLScience, MedicineNet

Que Tal Parar Com Essa Frescura De Colocar Barbatana De Tubarão Na Sopa? - Quarta Científica #29

Se você soubesse que a chance de ser comido por um tubarão era de 0%, você nadaria com mais frequência? Perguntas retóricas à parte, o medo de ser comido tem uma influência profunda também nos outros animais, e no jeito como eles usam o ambiente marinho.

As tartarugas, por exemplo, têm medo de serem comidas por tubarões, e isso restringe o movimento e o comportamento de populações inteiras. Mas, quando esse medo some, podemos ver que as tartarugas comem mais, se reproduzem mais e vão aonde querem.

Por mais que isso seja um paraíso para elas, em um artigo publicado hoje na revista Nature Climate Change, nós demonstramos que a perda de predadores marinhos pode ter sérios efeitos cascata no armazenamento oceânico de carbono e, por consequência, no aquecimento global.

Efeitos Cascata

Nós já sabemos há um bom tempo que mudanças na estrutura das teias alimentares - especialmente as causadas pela perda de grandes predadores - pode alterar o funcionamento de um ecossistema. Isso acontece de maneira mais perceptível nas situações em que a perda dos predadores no topo da cadeia alimentar liberta os organismos abaixo dele do controle regulatório decrescente. Por exemplo, a perda de um predador tende a permitir que a população da sua presa aumente, o que vai aumentar o consumo das presas dela, e por aí vai. A isso se dá o nome de "regressão trófica".

Com a perda de cerca de 90% dos grandes predadores do oceano, a regressão trófica está acontecendo em todo lugar. Isso perturba os ecossistemas, mas, em nosso artigo, também denunciamos os efeitos que isso tem na capacidade dos oceanos de capturar e armazenar carbono.

Isso pode acontecer em vários ecossistemas, especialmente nas zonas costeiras. É lá que a maior parte do carbono do oceano é armazenado, dentro de ecossistemas de erva marinha, sapal e mangue - apelidados de ecossistemas de "carbono azul".

Ecossistemas de carbono azul capturam e armazenam carbono 40 vezes mais rápido que as florestas tropicais (como a amazônica) e podem armazená-lo por milhares de anos. Isso os torna um dos dissipadores de carbono mais eficazes do planeta. Apesar de ocuparem menos de 1% do solo do oceano, estima-se que os ecossistemas de carbono azul costeiros sequestram mais da metade do carbono do oceano.

O que é armazenado pelos ecossistemas azuis fica preso dentro dos corpos de plantas e sob o solo. Quando predadores como tubarões e outros peixes grandes são removidos desses ecosistemas, ocorre um aumento nos organismos herbívoros que pode destruir a capacidade dos habitats de sequestrar o carbono.

Por exemplo, nos campos de erva marinha de Bermuda e da Indonésia, a diminuição da predação nos herbívoros ocasionou uma perda gigantesca da vegetação, com 90 ou até 100% das plantas acima do solo sendo removidas.

Parem de Matar Predadores

Essas perdas de vegetação também pode desestabilizar o carbono enterrado e acumulado ao longo de milhões de anos. Por exemplo, a extinção de um sapal de 1.5km² em Cape Cod, Massachusetts, causada pela pesca recreacional excessiva de peixes e caranguejos predatórios, acabou por liberar cerca de 248.000 toneladas de carbono do subsolo.

Se apenas 1% da área global de ecossistemas de carbono azul for afetada pelo efeito cascata na cadeia alimentar, como ocorreu nesse último exemplo, o resultado seria uma liberação anual de 460 milhões de toneladas de CO2, o equivalente às emissões anuais de cerca de 97 milhões de carros, ou um pouco menos do que a emissão anual de gases estufa da Austrália.

E o que pode ser feito? Para começar, esforços maiores pela conservação da vida marinha e a modificação das leis de pesca podem ajudar a restaurar as populações de predadores marinhos e, portanto, ajudar a manter o importante papel indireto que eles têm na mitigação da mudança climática.

O que temos que fazer é restaurar o equilíbrio, para termos, por exemplo, números saudáveis e naturais tanto de tartarugas quanto de tubarões. As políticas e a administração precisam ter em mente essa importante descoberta com urgência.

Mais de 100 milhões de tubarões podem estar sendo mortos em pesqueiros todos os anos, mas se pudermos dar proteção suficiente para esses predadores, talvez eles acabem nos salvando no final.

Fonte: IFLScience

SSD É Para Os Fracos - Tecno-Segunda #30

Nós inevitavelmente imaginamos aparelhos eletrônicos feitos de chips de silício, com os quais os computadores armazenam e processam informações na forma de dígitos binários (zeros e uns) representados por pequenas correntes elétricas. Mas não precisa ser assim: entre as alternativas para o silício estão os meios de armazenagem orgânicos, como o DNA.

A computação por DNA foi demonstrada pela primeira vez em 1994 por Leonard Adleman, que transcreveu e resolveu o "problema do caixeiro viajante", um problema matemático onde se precisa encontrar a rota mais eficiente para um caixeiro visitar várias cidades hipoteticas, somente usando DNA.

O ácido desoxirribonucleico é capaz de armazenar enormes quantidades de informação transcrita em sequências de moléculas chamadas nucleotídeos: adenina (A), timina (T), guanina (G) e citosina (C). A complexidade e a enorme variedade dos códigos genéticos de espécies diferentes demonstram a quantidade de informação que pode ser armazenada em DNA através das CGAT, e é possível usar essa capacidade para a computação. Moléculas de DNA podem ser usadas para processar informação, usando um processo de fusão entre pares de DNA chamado de hibridização. Esse processo pega cadeias únicas de DNA e as transforma em cadeias diferentes.

Desde o experimento de Adleman, muitos "circuitos" baseados em DNA foram propostos, implementando métodos computacionais como lógica Booleana, fórmulas aritméticas e computação por rede neural. Batizado de programação molecular, esse método aplica conceitos e desenhos tradicionais da computação à escala nanométrica ideal para se lidar com o DNA.

Nesse sentido, a "programação" acaba sendo bioquímica. Os "programas" criados, na verdade, são métodos de seleção de moléculas que interagem de um modo que gere o resultado desejado, através do processo de auto-montagem do DNA, no qual grupos desorganizados de moléculas interagem espontaneamente para formar a cadeia de DNA desejada.

"Robôs" de DNA

O DNA também pode ser usado para controlar movimento, o que gera a possibilidade de aparelhos nano-mecânicos baseados nele. Isso foi feito pela primeira vez por Bernard Yurke e sua equipe no ano 2000. Eles conseguiram criar um par de pinças de cadeias de DNA que conseguiam agarrar e soltar. Experimentos posteriores, como o feito pela equipe de Shelley Wickham em 2011 e no laboratório de Andrey Turberfield em Oxford, demonstraram máquinas móveis nano-moleculares feitas completamente de DNA e que podiam viajar por caminhos pré-definidos.

Através disso, poderíamos ter um nanorrobô de DNA seguindo determinadas trilhas, tomando decisões, e sinalizando assim que chegasse ao fim dela, o que indicaria que a computação foi finalizada. Do mesmo jeito que circuitos eletrônicos são impressos em placas, moléculas de DNA poderiam ser usadas para imprimir trilhas similares organizadas em árvores de decisão lógica em uma placa de DNA, com enzimas controlando a tomada de decisões ao longo da árvore, fazendo o robô tomar um caminho ou outro.

Andadores de DNA também podem carregar cargas moleculares, portanto poderiam ser usados para administrar medicamentos dentro do corpo.

Por Que Computação Por DNA?

Algumas das várias características interessantes das moléculas de DNA são o seu tamanho (2 nanômetros de espessura), programabilidade e alta capacidade de armazenagem - muito maior que a das suas equivalentes de silício. O DNA também é versátil, barato e fácil de ser sintetizado, fora que a computação com DNA requer muito menos energia que os processadores elétricos de silício.

Seu ponto negativo é a velocidade: atualmente, são necessárias várias horas para computar a raiz quadrada de um número de quatro algarismos, coisa que um computador tradicional faz em um centésimo de segundo. Outra desvantagem é que circuitos de DNA são descartáveis, e precisam ser recriados para refazer a mesma computação.

O que talvez seja a maior vantagem do DNA sobre os circuitos eletrônicos é que ele pode interagir com seu ambiente bioquímico. A computação com moléculas envolve reconhecer a presença ou ausência de certas moléculas, portanto uma aplicação lógica da computação por DNA é levar a programabilidade para o reino dos biosensores ambientais, ou ao da administração de medicamentos e tratamentos dentro de organismos vivos.



Programas de DNA já começaram a ser usados no campo da medicina, como em diagnósticos de tuberculose. Outro uso proposto é o de um "programa" nano-biológico, idealizado por Ehud Shapiro do Instituto Weizmann de Ciências em Israel, chamado de "médico na célula", feito para destruir moléculas cancerosas. Outros programas com aplicação médica miram nos linfócitos (um tipo de célula branca), que são definidos pela presença ou ausência de certos marcadores celulares, portanto podem ser detectadas naturalmente com a lógica Booleana de verdadeiro ou falto. Entretanto, mais esforços serão necessários antes de podermos injetar medicamentos inteligentes diretamente em organismos vivos.

O Futuro da Computação por DNA

Como um conceito geral, a computação por DNA tem um potencial enorme para o futuro. A sua capacidade de armazenamento gigantesca, custo baixo de energia, facilidade de manufatura explorando o poder da auto-montagem e a sua fácil afinidade com o mundo natural são uma porta de entrada para a computação em nano-escala, talvez até através de projetos que mesclem componentes eletrônicos e moleculares. Desde a sua criação, a tecnologia tem progredido rapidamente, fornecendo diagnósticos em ponto-de-cuidado e medicamentos inteligentes provas-de-conceito - que são aqueles capazes de tomar decisões diagnósticas quanto ao tipo de tratamento a administrar.

Claro que há muitos desafios a serem vencidos para que a tecnologia possa avançar das provas-de-conceito para drogas inteligentes verdadeiras: a confiabilidade dos andadores de DNA, a robustez da auto-montagem e a melhoria da administração dos medicamentos. Mas há um século de pesquisa na ciência da computação tradicional pronta para ajudar no desenvolvimento da computação por DNA através de novas linguagens de programação, abstrações e técnicas de verificação formal - aquelas que já conseguiram revolucionar o desenho dos circuitos de silício e que podem ajudar a impelir a computação orgânica no mesmo caminho.

Fonte: IFLScience

O Velho McDicty Tinha Um Sítio, Ia-ia-ô!- Quarta Científica #25

A ameba Dictyostelium discoideum (Dicty para os amigos) se alimenta de vários tipos de bactérias. Mas uma coisa curiosa acontece quando Dicty é infectada por bactérias não-comestíveis: As amebas se tornam pequenas fazendeiras. Elas juntam suas bactérias comestíveis, levam-nas para outro local e semeiam o solo com elas. As descobertas foram publicadas essa semana na revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

Cerca de um terço das cepas selvagens de Dicty cultivam bactérias quando as fontes de alimento se tornam limitadas. Essa relação foi descoberta em 2011 e, na época, os pesquisadores acharam que as amebas fazendeiras estavam no controle e que as bactérias eram suas lavouras. Mas, na verdade, existe um terceiro personagem nessa história: bactérias do gênero Burkholderia. As Dicty não comem esse tipo de bactéria. Na verdade, se elas forem cultivadas em uma colônia de Burkholderia, elas morrem.

Para aprender mais sobre o papel dessa bactéria não-comestível nesse sistema, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Washington em St. Louis permitiram que as Burkholderia colonizassem espécimes Dicty não-fazendeiras. Após a infecção, as amebas começaram a pegar e carregar as bactérias que elas usavam como alimento, como as Klebsiella pneumoniae. Durante o cultivo, as amebas receberam antibióticos que eliminaram as Burkholderia e as Dicty voltaram a um estilo de vida sem cultivo.

Todos os três membros se beneficiam dessa relação de "simbiose agrícola". As Dicty que cultivam as bactérias sobrevivem melhor quando a comida se torna escassa, enquanto que todas as bactérias que as Dicty levam consigo (comestíveis ou não) se espalham em uma área maior. As Burkholderia ainda ganham o benefício de infectar e colonizar as Dicty. "Agora nós sabemos que são as Burkholderia que pilotam", disse Susanne DiSalvo da Universidade de Washington. Ao estimular a ameba a se mover, elas são capazes de explorar novos terrenos, apesar de, ocasionalmente, acaberem ferindo suas montarias no processo.

Não se sabe com certeza como a Burkholderia transforma seus hospedeiros. "Eu acho que as Burkholderia infectam as Dicty e alteram algum processo que dita como elas digerem sua comida", disse DiSalvo ao National Geographic. Dicty acaba tendo que levar consigo bactérias que ela normalmente digeriria. Ao se proteger contra ser digerida, a Bukholderia torna possível que as amebas cultivem sua própria comida, ao invés de consumi-la imediatamente. Já que elas concederam às Dicty características de fazendeira, as Burkholderia podem ser tanto benéficas quanto patogênicas, dependendo do seu ponto de vista.

Fonte: IFLScience