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Categoria: Ciência

Como a inteligência artificial pode revelar os segredos das plantas e evitar a extinção de espécies

Um novo estudo publicado na revista Nature Ecology and Evolution mostra como a inteligência artificial (IA) pode ser usada para revelar características ocultas sobre as plantas do nosso planeta e ajudar a proteger as espécies em risco de extinção.

Os pesquisadores da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, e do Jardim Botânico Real de Kew, na Inglaterra, desenvolveram um algoritmo de aprendizado de máquina que analisou mais de 150 mil imagens de plantas de diferentes regiões do mundo. O algoritmo foi capaz de identificar padrões e correlações entre as formas, cores, texturas e habitats das plantas, que muitas vezes escapam ao olho humano.

Com esses dados, os cientistas criaram um mapa global da diversidade funcional das plantas, ou seja, da variedade de funções ecológicas que elas desempenham no ambiente. Por exemplo, algumas plantas são mais adaptadas à seca, outras à polinização por insetos, outras à dispersão por animais.

O mapa revelou que as regiões mais ricas em diversidade funcional das plantas são as florestas tropicais da América do Sul, da África e da Ásia, que abrigam espécies com formas e funções muito variadas. Por outro lado, as regiões mais pobres em diversidade funcional são as zonas áridas e frias, como os desertos e as tundras, que possuem espécies com formas e funções mais semelhantes.

Os autores do estudo afirmam que o mapa pode ser uma ferramenta útil para orientar a conservação das plantas, pois indica quais regiões são mais vulneráveis à perda de biodiversidade e quais espécies são mais importantes para manter o equilíbrio dos ecossistemas. Além disso, o algoritmo pode ser usado para prever como as plantas podem se adaptar às mudanças climáticas e ambientais no futuro.

Segundo o professor Alexandre Antonelli, diretor de ciência do Jardim Botânico Real de Kew e coautor do estudo, a inteligência artificial é uma aliada poderosa para entender e proteger a natureza. “Estamos vivendo uma crise sem precedentes na história da humanidade, com a extinção de milhares de espécies vegetais que sustentam a vida no planeta. A inteligência artificial nos permite ver o mundo com novos olhos e descobrir aspectos incríveis da diversidade das plantas que podem nos ajudar a salvar o nosso patrimônio natural”, disse ele em um comunicado à imprensa.

O estudo é parte de um projeto maior chamado Plants Under Pressure (Plantas Sob Pressão), que visa usar a tecnologia para mapear a distribuição e o estado de conservação das plantas em todo o mundo. O projeto é financiado pela Fundação Garfield Weston e pela Fundação Sackler.

Fonte: Link.

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Os pesquisadores da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, e do Jardim Botânico Real de Kew, na Inglaterra, desenvolveram um algoritmo de aprendizado de máquina que analisou mais de 150 mil imagens de plantas de diferentes regiões do mundo. O algoritmo foi capaz de identificar padrões e correlações entre as formas, cores, texturas e habitats das plantas, que muitas vezes escapam ao olho humano.

Com esses dados, os cientistas criaram um mapa global da diversidade funcional das plantas, ou seja, da variedade de funções ecológicas que elas desempenham no ambiente. Por exemplo, algumas plantas são mais adaptadas à seca, outras à polinização por insetos, outras à dispersão por animais.

O mapa revelou que as regiões mais ricas em diversidade funcional das plantas são as florestas tropicais da América do Sul, da África e da Ásia, que abrigam espécies com formas e funções muito variadas. Por outro lado, as regiões mais pobres em diversidade funcional são as zonas áridas e frias, como os desertos e as tundras, que possuem espécies com formas e funções mais semelhantes.

Os autores do estudo afirmam que o mapa pode ser uma ferramenta útil para orientar a conservação das plantas, pois indica quais regiões são mais vulneráveis à perda de biodiversidade e quais espécies são mais importantes para manter o equilíbrio dos ecossistemas. Além disso, o algoritmo pode ser usado para prever como as plantas podem se adaptar às mudanças climáticas e ambientais no futuro.

Segundo o professor Alexandre Antonelli, diretor de ciência do Jardim Botânico Real de Kew e coautor do estudo, a inteligência artificial é uma aliada poderosa para entender e proteger a natureza. “Estamos vivendo uma crise sem precedentes na história da humanidade, com a extinção de milhares de espécies vegetais que sustentam a vida no planeta. A inteligência artificial nos permite ver o mundo com novos olhos e descobrir aspectos incríveis da diversidade das plantas que podem nos ajudar a salvar o nosso patrimônio natural”, disse ele em um comunicado à imprensa.

O estudo é parte de um projeto maior chamado Plants Under Pressure (Plantas Sob Pressão), que visa usar a tecnologia para mapear a distribuição e o estado de conservação das plantas em todo o mundo. O projeto é financiado pela Fundação Garfield Weston e pela Fundação Sackler.

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20/06/2023
Nova ferramenta ajuda a entender como os humanos evoluíram a partir dos chimpanzés

Uma nova pesquisa publicada na revista Cell no dia 20 de junho de 2023 mostra como os humanos e os chimpanzés se diferenciam em termos de uso de certos genes.

Os pesquisadores usaram uma ferramenta chamada CRISPRi para desligar cada gene individualmente em células-tronco derivadas de amostras de pele humana e de chimpanzé. Eles descobriram que alguns genes são essenciais para uma espécie, mas não para a outra, o que pode indicar mudanças evolutivas importantes.

Os humanos se separaram dos nossos parentes animais mais próximos, os chimpanzés, e formaram nosso próprio ramo na árvore evolutiva há cerca de sete milhões de anos. Desde então, nossos ancestrais evoluíram as características que nos tornam humanos, incluindo um cérebro muito maior do que o dos chimpanzés e corpos que são mais adequados para andar sobre duas pernas. Essas diferenças físicas são sustentadas por mudanças sutis no nível do nosso DNA.

No entanto, pode ser difícil dizer quais das muitas pequenas diferenças genéticas entre nós e os chimpanzés foram significativas para a nossa evolução. A nova pesquisa, realizada por Jonathan Weissman, membro do Instituto Whitehead para Pesquisa Biomédica; Alex Pollen, professor assistente da Universidade da Califórnia em São Francisco; Richard She, pós-doutorando do laboratório de Weissman; Tyler Fair, estudante de pós-graduação do laboratório de Pollen; e colegas, usa ferramentas de ponta desenvolvidas no laboratório de Weissman para se concentrar nas principais diferenças em como os humanos e os chimpanzés dependem de certos genes. Os resultados podem fornecer pistas únicas sobre como os humanos e os chimpanzés evoluíram, incluindo como os humanos se tornaram capazes de crescer cérebros comparativamente grandes.

Estudando a função em vez do código genético

Apenas um punhado de genes é fundamentalmente diferente entre humanos e chimpanzés; o resto dos genes das duas espécies é tipicamente quase idêntico. As diferenças entre as espécies muitas vezes se resumem a quando e como as células usam esses genes quase idênticos. No entanto, apenas algumas das muitas diferenças no uso dos genes entre as duas espécies estão relacionadas a grandes mudanças nos traços físicos.

Os pesquisadores desenvolveram uma abordagem para se concentrar nessas diferenças impactantes. Sua abordagem, usando células-tronco derivadas de amostras de pele humana e de chimpanzé, depende de uma ferramenta chamada CRISPRi que o laboratório de Weissman desenvolveu. O CRISPRi usa uma versão modificada do sistema de edição genética CRISPR/Cas9 para desligar efetivamente genes individuais.

Os pesquisadores usaram o CRISPRi para desligar cada gene um por um em um grupo de células-tronco humanas e um grupo de células-tronco de chimpanzé. Em seguida, eles observaram se as células se multiplicavam em sua taxa normal ou não. Se as células parassem de se multiplicar tão rapidamente ou parassem completamente, então o gene que havia sido desligado era considerado essencial: um gene que as células precisam estar ativas – produzindo um produto proteico – para prosperar.

Os pesquisadores procuraram casos em que um gene era essencial em uma espécie, mas não na outra, como uma forma de explorar se e como havia diferenças fundamentais na forma básica como as células humanas e de chimpanzé funcionam.

Fonte: Link.

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Os pesquisadores usaram uma ferramenta chamada CRISPRi para desligar cada gene individualmente em células-tronco derivadas de amostras de pele humana e de chimpanzé. Eles descobriram que alguns genes são essenciais para uma espécie, mas não para a outra, o que pode indicar mudanças evolutivas importantes.

Os humanos se separaram dos nossos parentes animais mais próximos, os chimpanzés, e formaram nosso próprio ramo na árvore evolutiva há cerca de sete milhões de anos. Desde então, nossos ancestrais evoluíram as características que nos tornam humanos, incluindo um cérebro muito maior do que o dos chimpanzés e corpos que são mais adequados para andar sobre duas pernas. Essas diferenças físicas são sustentadas por mudanças sutis no nível do nosso DNA.

No entanto, pode ser difícil dizer quais das muitas pequenas diferenças genéticas entre nós e os chimpanzés foram significativas para a nossa evolução. A nova pesquisa, realizada por Jonathan Weissman, membro do Instituto Whitehead para Pesquisa Biomédica; Alex Pollen, professor assistente da Universidade da Califórnia em São Francisco; Richard She, pós-doutorando do laboratório de Weissman; Tyler Fair, estudante de pós-graduação do laboratório de Pollen; e colegas, usa ferramentas de ponta desenvolvidas no laboratório de Weissman para se concentrar nas principais diferenças em como os humanos e os chimpanzés dependem de certos genes. Os resultados podem fornecer pistas únicas sobre como os humanos e os chimpanzés evoluíram, incluindo como os humanos se tornaram capazes de crescer cérebros comparativamente grandes.

Estudando a função em vez do código genético

Apenas um punhado de genes é fundamentalmente diferente entre humanos e chimpanzés; o resto dos genes das duas espécies é tipicamente quase idêntico. As diferenças entre as espécies muitas vezes se resumem a quando e como as células usam esses genes quase idênticos. No entanto, apenas algumas das muitas diferenças no uso dos genes entre as duas espécies estão relacionadas a grandes mudanças nos traços físicos.

Os pesquisadores desenvolveram uma abordagem para se concentrar nessas diferenças impactantes. Sua abordagem, usando células-tronco derivadas de amostras de pele humana e de chimpanzé, depende de uma ferramenta chamada CRISPRi que o laboratório de Weissman desenvolveu. O CRISPRi usa uma versão modificada do sistema de edição genética CRISPR/Cas9 para desligar efetivamente genes individuais.

Os pesquisadores usaram o CRISPRi para desligar cada gene um por um em um grupo de células-tronco humanas e um grupo de células-tronco de chimpanzé. Em seguida, eles observaram se as células se multiplicavam em sua taxa normal ou não. Se as células parassem de se multiplicar tão rapidamente ou parassem completamente, então o gene que havia sido desligado era considerado essencial: um gene que as células precisam estar ativas – produzindo um produto proteico – para prosperar.

Os pesquisadores procuraram casos em que um gene era essencial em uma espécie, mas não na outra, como uma forma de explorar se e como havia diferenças fundamentais na forma básica como as células humanas e de chimpanzé funcionam.

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20/06/2023
Brasil pode participar de missão lunar internacional com a China

O Brasil pode se tornar um dos países a enviar uma sonda para a Lua em uma missão liderada pela China. O projeto, chamado de International Lunar Research Station (ILRS), pretende construir uma base científica na superfície lunar até 2035.

A ILRS é uma iniciativa da China em parceria com a Rússia, que visa explorar a região do polo sul da Lua, onde há potencial para encontrar água e outros recursos. Além dos dois países, outras 13 nações já manifestaram interesse em participar do projeto, incluindo o Brasil.

Segundo o diretor do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), Clezio de Nardin, o Brasil está em negociação com a China para definir qual será o papel do país na missão. Uma das possibilidades é enviar um pequeno satélite, chamado de CubeSat, que poderia orbitar a Lua ou pousar em sua superfície.

O CubeSat seria desenvolvido pelo INPE em conjunto com universidades e empresas brasileiras. O custo estimado do projeto é de cerca de R$ 30 milhões, que poderiam ser financiados pelo Fundo Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (FNDCT).

De acordo com Nardin, a participação do Brasil na ILRS seria uma oportunidade para o país desenvolver sua capacidade tecnológica e científica na área espacial. Além disso, o projeto poderia trazer benefícios para a sociedade, como o estudo da origem da Lua e do sistema solar, a busca por novas fontes de energia e a aplicação de conhecimentos lunares na Terra.

O diretor do INPE afirma que o Brasil tem experiência e competência para contribuir com a missão lunar internacional. Ele cita como exemplos o satélite CBERS, fruto da cooperação entre Brasil e China, que monitora o meio ambiente e o uso da terra; e o satélite Amazonia-1, lançado em fevereiro deste ano, que é o primeiro totalmente projetado, integrado e operado pelo Brasil.

A expectativa é que o Brasil assine um acordo formal com a China até o final deste ano, para definir os detalhes da participação na ILRS. A primeira fase da missão está prevista para começar em 2024, com o envio de sondas robóticas para a Lua. A segunda fase, entre 2026 e 2030, incluirá missões tripuladas e a construção de módulos habitáveis. A terceira fase, entre 2031 e 2035, consolidará a base lunar como uma plataforma de pesquisa científica.

Fonte: Link.

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A ILRS é uma iniciativa da China em parceria com a Rússia, que visa explorar a região do polo sul da Lua, onde há potencial para encontrar água e outros recursos. Além dos dois países, outras 13 nações já manifestaram interesse em participar do projeto, incluindo o Brasil.

Segundo o diretor do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), Clezio de Nardin, o Brasil está em negociação com a China para definir qual será o papel do país na missão. Uma das possibilidades é enviar um pequeno satélite, chamado de CubeSat, que poderia orbitar a Lua ou pousar em sua superfície.

O CubeSat seria desenvolvido pelo INPE em conjunto com universidades e empresas brasileiras. O custo estimado do projeto é de cerca de R$ 30 milhões, que poderiam ser financiados pelo Fundo Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (FNDCT).

De acordo com Nardin, a participação do Brasil na ILRS seria uma oportunidade para o país desenvolver sua capacidade tecnológica e científica na área espacial. Além disso, o projeto poderia trazer benefícios para a sociedade, como o estudo da origem da Lua e do sistema solar, a busca por novas fontes de energia e a aplicação de conhecimentos lunares na Terra.

O diretor do INPE afirma que o Brasil tem experiência e competência para contribuir com a missão lunar internacional. Ele cita como exemplos o satélite CBERS, fruto da cooperação entre Brasil e China, que monitora o meio ambiente e o uso da terra; e o satélite Amazonia-1, lançado em fevereiro deste ano, que é o primeiro totalmente projetado, integrado e operado pelo Brasil.

A expectativa é que o Brasil assine um acordo formal com a China até o final deste ano, para definir os detalhes da participação na ILRS. A primeira fase da missão está prevista para começar em 2024, com o envio de sondas robóticas para a Lua. A segunda fase, entre 2026 e 2030, incluirá missões tripuladas e a construção de módulos habitáveis. A terceira fase, entre 2031 e 2035, consolidará a base lunar como uma plataforma de pesquisa científica.

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19/06/2023
Cientistas detectam fosfatos na lua de Saturno Encelado

Uma descoberta surpreendente pode aumentar as chances de encontrar vida fora da Terra. Uma equipe internacional de cientistas detectou fosfatos na lua de Saturno Encelado, um dos mundos mais promissores para a busca de vida extraterrestre.

Encelado é uma lua gelada que abriga um oceano global sob sua crosta. Esse oceano é alimentado por atividade hidrotermal no núcleo rochoso da lua, que lança material para o espaço através de gêiseres na região polar sul. A sonda Cassini, da NASA, investigou a composição desse material ao analisar grãos de gelo ejetados pelo pluma de Encelado.

Os cientistas usaram um instrumento chamado Analisador de Poeira Cósmica (CDA, na sigla em inglês) para medir os espectros de massa dos grãos de gelo, que revelam os elementos e compostos presentes neles. Eles encontraram evidências de fosfatos de sódio, uma forma de fósforo solúvel em água.

O fósforo é um dos elementos essenciais para a vida, pois faz parte das moléculas que compõem o DNA, o RNA e as membranas celulares. No entanto, ele é o menos abundante dos elementos biogênicos e sua detecção em um oceano além da Terra é inédita.

Os resultados, publicados na revista Nature, sugerem que o fósforo está disponível no oceano de Encelado na forma de ortofosfatos, com concentrações pelo menos 100 vezes maiores do que nos oceanos terrestres. Além disso, experimentos e modelagens geoquímicas mostram que essas altas abundâncias de fosfato podem ser alcançadas em Encelado e possivelmente em outros mundos oceânicos gelados além da linha de neve primordial de CO2, seja no fundo frio do oceano ou em ambientes hidrotermais com temperaturas moderadas.

Os autores do estudo afirmam que essa descoberta aumenta o potencial habitável de Encelado e abre novas perspectivas para a exploração futura desse fascinante mundo.

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Encelado é uma lua gelada que abriga um oceano global sob sua crosta. Esse oceano é alimentado por atividade hidrotermal no núcleo rochoso da lua, que lança material para o espaço através de gêiseres na região polar sul. A sonda Cassini, da NASA, investigou a composição desse material ao analisar grãos de gelo ejetados pelo pluma de Encelado.

Os cientistas usaram um instrumento chamado Analisador de Poeira Cósmica (CDA, na sigla em inglês) para medir os espectros de massa dos grãos de gelo, que revelam os elementos e compostos presentes neles. Eles encontraram evidências de fosfatos de sódio, uma forma de fósforo solúvel em água.

O fósforo é um dos elementos essenciais para a vida, pois faz parte das moléculas que compõem o DNA, o RNA e as membranas celulares. No entanto, ele é o menos abundante dos elementos biogênicos e sua detecção em um oceano além da Terra é inédita.

Os resultados, publicados na revista Nature, sugerem que o fósforo está disponível no oceano de Encelado na forma de ortofosfatos, com concentrações pelo menos 100 vezes maiores do que nos oceanos terrestres. Além disso, experimentos e modelagens geoquímicas mostram que essas altas abundâncias de fosfato podem ser alcançadas em Encelado e possivelmente em outros mundos oceânicos gelados além da linha de neve primordial de CO2, seja no fundo frio do oceano ou em ambientes hidrotermais com temperaturas moderadas.

Os autores do estudo afirmam que essa descoberta aumenta o potencial habitável de Encelado e abre novas perspectivas para a exploração futura desse fascinante mundo.

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16/06/2023
O efeito Tyndall: entenda o fenômeno que deixa o céu azul

Você já se perguntou por que o céu é azul? Essa é uma questão que desperta a curiosidade de muitas pessoas, desde crianças até adultos.

A resposta envolve alguns conceitos de física óptica, que explicam como a luz do Sol interage com as partículas presentes na atmosfera terrestre.

A luz do Sol e suas cores

A luz do Sol é composta por diversas cores, que formam o espectro eletromagnético. Cada cor tem um comprimento de onda diferente, que vai desde o violeta, com o menor comprimento de onda, até o vermelho, com o maior comprimento de onda. Quando a luz do Sol chega à Terra, ela atravessa a atmosfera, que é formada por gases como oxigênio e nitrogênio, além de partículas de água e poeira.

A refração e a dispersão da luz

Ao passar pela atmosfera, a luz do Sol sofre dois fenômenos importantes: a refração e a dispersão. A refração ocorre quando a luz muda de meio e de velocidade. Por exemplo, quando a luz passa do vácuo para o ar, ela diminui sua velocidade e muda sua direção. A dispersão ocorre quando a luz se decompõe em suas cores componentes. Por exemplo, quando a luz passa por um prisma ou por uma gota de água, ela se separa nas cores do arco-íris.

O efeito Tyndall e a cor do céu

A dispersão da luz depende do tamanho das partículas que a espalham. Quanto menor for o tamanho das partículas, mais elas espalham as cores com menor comprimento de onda, como o violeta e o azul. Esse fenômeno é chamado de efeito Tyndall, em homenagem ao físico irlandês John Tyndall, que o estudou no século XIX.

Na atmosfera terrestre, as moléculas de oxigênio e nitrogênio são muito pequenas e espalham mais intensamente a luz azul do que as outras cores. Por isso, o céu parece azul durante o dia. A luz azul é refletida pelas moléculas de ar em todas as direções e chega aos nossos olhos.

O pôr do sol e suas cores

Mas se o céu é azul durante o dia, por que ele fica vermelho ou laranja ao entardecer? Isso acontece porque, no pôr do sol, os raios solares precisam atravessar uma camada mais longa da atmosfera para chegar até nós. Nesse caminho, a maior parte da luz azul já foi espalhada e perdida. As cores com maior comprimento de onda, como o vermelho e o laranja, sofrem menos dispersão e conseguem chegar aos nossos olhos. Por isso, o céu fica com essas tonalidades no final do dia.

O céu é azul porque a luz do Sol sofre refração e dispersão ao atravessar a atmosfera terrestre. As moléculas de ar espalham mais a luz azul do que as outras cores, fazendo com que ela seja refletida em todas as direções e chegue aos nossos olhos. No pôr do sol, a luz azul já foi quase toda dispersada e perdida, sobrando as cores vermelha e laranja, que dão ao céu essas colorações.

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A resposta envolve alguns conceitos de física óptica, que explicam como a luz do Sol interage com as partículas presentes na atmosfera terrestre.

A luz do Sol e suas cores

A luz do Sol é composta por diversas cores, que formam o espectro eletromagnético. Cada cor tem um comprimento de onda diferente, que vai desde o violeta, com o menor comprimento de onda, até o vermelho, com o maior comprimento de onda. Quando a luz do Sol chega à Terra, ela atravessa a atmosfera, que é formada por gases como oxigênio e nitrogênio, além de partículas de água e poeira.

A refração e a dispersão da luz

Ao passar pela atmosfera, a luz do Sol sofre dois fenômenos importantes: a refração e a dispersão. A refração ocorre quando a luz muda de meio e de velocidade. Por exemplo, quando a luz passa do vácuo para o ar, ela diminui sua velocidade e muda sua direção. A dispersão ocorre quando a luz se decompõe em suas cores componentes. Por exemplo, quando a luz passa por um prisma ou por uma gota de água, ela se separa nas cores do arco-íris.

O efeito Tyndall e a cor do céu

A dispersão da luz depende do tamanho das partículas que a espalham. Quanto menor for o tamanho das partículas, mais elas espalham as cores com menor comprimento de onda, como o violeta e o azul. Esse fenômeno é chamado de efeito Tyndall, em homenagem ao físico irlandês John Tyndall, que o estudou no século XIX.

Na atmosfera terrestre, as moléculas de oxigênio e nitrogênio são muito pequenas e espalham mais intensamente a luz azul do que as outras cores. Por isso, o céu parece azul durante o dia. A luz azul é refletida pelas moléculas de ar em todas as direções e chega aos nossos olhos.

O pôr do sol e suas cores

Mas se o céu é azul durante o dia, por que ele fica vermelho ou laranja ao entardecer? Isso acontece porque, no pôr do sol, os raios solares precisam atravessar uma camada mais longa da atmosfera para chegar até nós. Nesse caminho, a maior parte da luz azul já foi espalhada e perdida. As cores com maior comprimento de onda, como o vermelho e o laranja, sofrem menos dispersão e conseguem chegar aos nossos olhos. Por isso, o céu fica com essas tonalidades no final do dia.

O céu é azul porque a luz do Sol sofre refração e dispersão ao atravessar a atmosfera terrestre. As moléculas de ar espalham mais a luz azul do que as outras cores, fazendo com que ela seja refletida em todas as direções e chegue aos nossos olhos. No pôr do sol, a luz azul já foi quase toda dispersada e perdida, sobrando as cores vermelha e laranja, que dão ao céu essas colorações.

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16/06/2023
O experimento que desafia tudo o que sabemos sobre a realidade

Um novo experimento realizado por físicos da Universidade de Viena, na Áustria, e da Universidade de Queensland, na Austrália, colocou à prova uma das mais fundamentais e intrigantes características da física quântica: a dualidade onda-partícula.

O que é a dualidade onda-partícula?

A dualidade onda-partícula é um conceito da mecânica quântica que afirma que todas as partículas (na verdade, todos os objetos) têm uma propriedade ondulatória associada a elas. Isso significa que elas podem se comportar como ondas ou como partículas, dependendo da situação. Por exemplo, a luz pode se difratar como uma onda ao passar por uma fenda dupla, mas também pode ser absorvida ou emitida como um pacote de energia (fóton) por um átomo.

Essa dualidade expressa a incapacidade dos conceitos clássicos de “partícula” ou “onda” de descrever completamente o comportamento dos objetos quânticos. Como Albert Einstein escreveu: “Parece que devemos usar às vezes uma teoria e às vezes a outra, enquanto às vezes podemos usar qualquer uma. Estamos diante de um novo tipo de dificuldade. Temos duas imagens contraditórias da realidade; separadamente nenhuma delas explica completamente os fenômenos da luz, mas juntas elas o fazem”.

Como foi o experimento?

O experimento consistiu em enviar fótons individuais através de um interferômetro de Mach-Zehnder, um dispositivo que divide um feixe de luz em dois caminhos e depois os recombina, produzindo um padrão de interferência que revela a natureza ondulatória dos fótons. No entanto, os pesquisadores adicionaram um truque: eles colocaram um par de espelhos móveis em cada caminho do interferômetro, de modo que eles podiam alterar a distância percorrida pelos fótons em cada braço.

Ao fazer isso, eles conseguiram criar uma situação em que os fótons tinham que escolher entre se comportar como ondas ou como partículas. Se eles se comportassem como ondas, eles interfeririam entre si e produziriam um padrão de interferência na saída do interferômetro. Se eles se comportassem como partículas, eles seguiriam um dos dois caminhos e não interfeririam entre si.

O resultado foi surpreendente: os fótons se comportaram como nem ondas nem partículas, mas como algo diferente. Eles produziram um padrão de interferência que não era esperado pela teoria quântica padrão, mas sim por uma teoria alternativa chamada mecânica quântica relacional.

O que é a mecânica quântica relacional?

A mecânica quântica relacional é uma abordagem para a física quântica que propõe que as propriedades dos objetos quânticos não são absolutas, mas dependem do contexto em que são observadas. Ou seja, não há uma realidade única e objetiva para os objetos quânticos, mas sim várias realidades possíveis que dependem da perspectiva do observador.

Essa ideia é baseada no princípio da complementaridade de Niels Bohr, que afirma que os objetos quânticos podem apresentar aspectos complementares (como onda e partícula) que não podem ser observados simultaneamente. Segundo a mecânica quântica relacional, esses aspectos não são propriedades intrínsecas dos objetos quânticos, mas sim resultados das interações entre eles e os observadores.

Assim, a mecânica quântica relacional oferece uma maneira de resolver o paradoxo da dualidade onda-partícula: não há uma resposta definitiva para a questão de se um objeto quântico é uma onda ou uma partícula, mas sim várias respostas possíveis que dependem do contexto experimental.

Qual é a importância do experimento?

O experimento é importante porque é o primeiro a testar a mecânica quântica relacional em um cenário que desafia a teoria quântica padrão. Os resultados mostram que a mecânica quântica relacional pode explicar melhor o comportamento dos objetos quânticos do que a teoria convencional, e que há uma necessidade de revisar os fundamentos da física quântica.

Além disso, o experimento abre novas possibilidades para explorar a natureza da realidade quântica e suas implicações para a filosofia, a informação e a tecnologia. Por exemplo, se as propriedades dos objetos quânticos dependem do contexto, isso pode ter consequências para o desenvolvimento de computadores quânticos, que usam os estados quânticos para realizar cálculos.

O experimento também pode inspirar novas formas de pensar sobre a relação entre os objetos quânticos e os observadores, e sobre o papel da consciência na física quântica. Se não há uma realidade única e objetiva para os objetos quânticos, mas sim várias realidades possíveis que dependem da perspectiva do observador, isso pode significar que a consciência tem um papel ativo na criação da realidade.

Fonte: Link.

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O que é a dualidade onda-partícula?

A dualidade onda-partícula é um conceito da mecânica quântica que afirma que todas as partículas (na verdade, todos os objetos) têm uma propriedade ondulatória associada a elas. Isso significa que elas podem se comportar como ondas ou como partículas, dependendo da situação. Por exemplo, a luz pode se difratar como uma onda ao passar por uma fenda dupla, mas também pode ser absorvida ou emitida como um pacote de energia (fóton) por um átomo.

Essa dualidade expressa a incapacidade dos conceitos clássicos de “partícula” ou “onda” de descrever completamente o comportamento dos objetos quânticos. Como Albert Einstein escreveu: “Parece que devemos usar às vezes uma teoria e às vezes a outra, enquanto às vezes podemos usar qualquer uma. Estamos diante de um novo tipo de dificuldade. Temos duas imagens contraditórias da realidade; separadamente nenhuma delas explica completamente os fenômenos da luz, mas juntas elas o fazem”.

Como foi o experimento?

O experimento consistiu em enviar fótons individuais através de um interferômetro de Mach-Zehnder, um dispositivo que divide um feixe de luz em dois caminhos e depois os recombina, produzindo um padrão de interferência que revela a natureza ondulatória dos fótons. No entanto, os pesquisadores adicionaram um truque: eles colocaram um par de espelhos móveis em cada caminho do interferômetro, de modo que eles podiam alterar a distância percorrida pelos fótons em cada braço.

Ao fazer isso, eles conseguiram criar uma situação em que os fótons tinham que escolher entre se comportar como ondas ou como partículas. Se eles se comportassem como ondas, eles interfeririam entre si e produziriam um padrão de interferência na saída do interferômetro. Se eles se comportassem como partículas, eles seguiriam um dos dois caminhos e não interfeririam entre si.

O resultado foi surpreendente: os fótons se comportaram como nem ondas nem partículas, mas como algo diferente. Eles produziram um padrão de interferência que não era esperado pela teoria quântica padrão, mas sim por uma teoria alternativa chamada mecânica quântica relacional.

O que é a mecânica quântica relacional?

A mecânica quântica relacional é uma abordagem para a física quântica que propõe que as propriedades dos objetos quânticos não são absolutas, mas dependem do contexto em que são observadas. Ou seja, não há uma realidade única e objetiva para os objetos quânticos, mas sim várias realidades possíveis que dependem da perspectiva do observador.

Essa ideia é baseada no princípio da complementaridade de Niels Bohr, que afirma que os objetos quânticos podem apresentar aspectos complementares (como onda e partícula) que não podem ser observados simultaneamente. Segundo a mecânica quântica relacional, esses aspectos não são propriedades intrínsecas dos objetos quânticos, mas sim resultados das interações entre eles e os observadores.

Assim, a mecânica quântica relacional oferece uma maneira de resolver o paradoxo da dualidade onda-partícula: não há uma resposta definitiva para a questão de se um objeto quântico é uma onda ou uma partícula, mas sim várias respostas possíveis que dependem do contexto experimental.

Qual é a importância do experimento?

O experimento é importante porque é o primeiro a testar a mecânica quântica relacional em um cenário que desafia a teoria quântica padrão. Os resultados mostram que a mecânica quântica relacional pode explicar melhor o comportamento dos objetos quânticos do que a teoria convencional, e que há uma necessidade de revisar os fundamentos da física quântica.

Além disso, o experimento abre novas possibilidades para explorar a natureza da realidade quântica e suas implicações para a filosofia, a informação e a tecnologia. Por exemplo, se as propriedades dos objetos quânticos dependem do contexto, isso pode ter consequências para o desenvolvimento de computadores quânticos, que usam os estados quânticos para realizar cálculos.

O experimento também pode inspirar novas formas de pensar sobre a relação entre os objetos quânticos e os observadores, e sobre o papel da consciência na física quântica. Se não há uma realidade única e objetiva para os objetos quânticos, mas sim várias realidades possíveis que dependem da perspectiva do observador, isso pode significar que a consciência tem um papel ativo na criação da realidade.

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13/06/2023
Sinais de rádio da Terra já alcançaram 75 sistemas estelares que também podem nos ver

Você sabia que as ondas de rádio que emitimos há mais de 100 anos já chegaram a 75 sistemas estelares que também podem observar a Terra passando na frente do Sol? Essa é a conclusão de um estudo publicado na revista Nature, que usou dados da missão Gaia da Agência Espacial Europeia para mapear as…

Os pesquisadores Lisa Kaltenegger, da Universidade Cornell, e Jackie Faherty, do Museu Americano de História Natural, calcularam o tamanho da esfera que os nossos sinais de rádio cobriram desde que saíram da Terra e contaram as estrelas que ficam dentro dela. Eles também determinaram quais dessas estrelas poderiam ver a Terra transitando o Sol, ou seja, passando na frente dele como um pequeno ponto escuro.

Esse fenômeno é usado pelos astrônomos para detectar exoplanetas, ou planetas fora do Sistema Solar, e também para estudar suas atmosferas em busca de sinais de vida. Por isso, saber quais estrelas podem ver a Terra transitando o Sol é importante para avaliar as chances de sermos observados por civilizações alienígenas.

O estudo revelou que 1.715 estrelas dentro de 100 parsecs (cerca de 326 anos-luz) do Sol estão na posição certa para terem visto a vida em uma Terra transitante desde o início da civilização humana (cerca de 5 mil anos atrás), com mais 319 estrelas entrando nessa posição especial nos próximos 5 mil anos. Entre essas estrelas, há sete que já têm exoplanetas conhecidos, incluindo Ross-128, que viu a Terra transitar o Sol no passado, e Teegarden’s Star e Trappist-1, que começarão a ver isso em 29 e 1.642 anos, respectivamente.

Os pesquisadores também identificaram um subconjunto de 75 estrelas localizadas em uma esfera de 30 parsecs (cerca de 98 anos-luz), que os sinais de rádio da Terra já alcançaram. Essas estrelas são as mais próximas candidatas a receberem uma mensagem nossa ou a enviarem uma resposta.

O estudo mostra que há uma grande diversidade entre as 2.034 estrelas que entram ou saem da zona de trânsito da Terra ao longo de 10 mil anos. Há desde anãs vermelhas frias até gigantes azuis quentes, passando por anãs brancas e marrons. A maioria delas são estrelas do tipo M, como Trappist-1, que têm uma longa vida útil e podem abrigar planetas rochosos na zona habitável.

Os autores do estudo esperam que seu trabalho estimule novas pesquisas sobre essas estrelas e seus possíveis planetas, tanto para buscar sinais de vida quanto para entender melhor o nosso ambiente galáctico. Eles também sugerem que essas estrelas sejam alvo de programas de busca por inteligência extraterrestre (SETI), que tentam captar sinais artificiais vindos do espaço.

Fonte: Link.

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Os pesquisadores Lisa Kaltenegger, da Universidade Cornell, e Jackie Faherty, do Museu Americano de História Natural, calcularam o tamanho da esfera que os nossos sinais de rádio cobriram desde que saíram da Terra e contaram as estrelas que ficam dentro dela. Eles também determinaram quais dessas estrelas poderiam ver a Terra transitando o Sol, ou seja, passando na frente dele como um pequeno ponto escuro.

Esse fenômeno é usado pelos astrônomos para detectar exoplanetas, ou planetas fora do Sistema Solar, e também para estudar suas atmosferas em busca de sinais de vida. Por isso, saber quais estrelas podem ver a Terra transitando o Sol é importante para avaliar as chances de sermos observados por civilizações alienígenas.

O estudo revelou que 1.715 estrelas dentro de 100 parsecs (cerca de 326 anos-luz) do Sol estão na posição certa para terem visto a vida em uma Terra transitante desde o início da civilização humana (cerca de 5 mil anos atrás), com mais 319 estrelas entrando nessa posição especial nos próximos 5 mil anos. Entre essas estrelas, há sete que já têm exoplanetas conhecidos, incluindo Ross-128, que viu a Terra transitar o Sol no passado, e Teegarden’s Star e Trappist-1, que começarão a ver isso em 29 e 1.642 anos, respectivamente.

Os pesquisadores também identificaram um subconjunto de 75 estrelas localizadas em uma esfera de 30 parsecs (cerca de 98 anos-luz), que os sinais de rádio da Terra já alcançaram. Essas estrelas são as mais próximas candidatas a receberem uma mensagem nossa ou a enviarem uma resposta.

O estudo mostra que há uma grande diversidade entre as 2.034 estrelas que entram ou saem da zona de trânsito da Terra ao longo de 10 mil anos. Há desde anãs vermelhas frias até gigantes azuis quentes, passando por anãs brancas e marrons. A maioria delas são estrelas do tipo M, como Trappist-1, que têm uma longa vida útil e podem abrigar planetas rochosos na zona habitável.

Os autores do estudo esperam que seu trabalho estimule novas pesquisas sobre essas estrelas e seus possíveis planetas, tanto para buscar sinais de vida quanto para entender melhor o nosso ambiente galáctico. Eles também sugerem que essas estrelas sejam alvo de programas de busca por inteligência extraterrestre (SETI), que tentam captar sinais artificiais vindos do espaço.

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13/06/2023
Como o DNA dos neandertais ainda influencia os humanos modernos

Você sabia que cerca de 1 a 4% do seu DNA pode ter origem nos neandertais? Esses antigos parentes dos humanos modernos se cruzaram com nossos ancestrais que saíram da África há cerca de 50 mil anos. Mas o que isso significa para nós hoje?

Um novo estudo publicado na revista eLife revelou que alguns genes dos neandertais são responsáveis por certas características nos humanos atuais, incluindo várias com uma influência significativa no sistema imunológico. Por exemplo, alguns genes dos neandertais podem afetar a resistência natural a certas doenças ou a velocidade com que alguém pode queimar calorias.

Os pesquisadores usaram um vasto conjunto de dados do UK Biobank, que contém informações genéticas e de traços de quase 300 mil britânicos de ascendência não africana. Eles analisaram mais de 235 mil variantes genéticas provavelmente originadas dos neandertais. Eles descobriram que 4.303 dessas diferenças no DNA estão desempenhando um papel substancial nos humanos modernos e influenciando 47 traços genéticos distintos.

No entanto, o estudo também mostra que os genes dos humanos modernos estão ganhando espaço sobre os dos neandertais ao longo das gerações. Isso indica que ainda estamos evoluindo e nos adaptando ao nosso ambiente.

“Interessantemente, descobrimos que vários dos genes identificados envolvidos nos sistemas imunológico, metabólico e de desenvolvimento dos humanos modernos podem ter influenciado a evolução humana após a migração dos ancestrais fora da África”, disse a co-autora do estudo April (Xinzhu) Wei, professora assistente de biologia computacional na Universidade Cornell.

O estudo usou um conjunto de dados de quase exclusivamente indivíduos brancos vivendo no Reino Unido, mas os novos métodos computacionais desenvolvidos pela equipe poderiam oferecer um caminho para obter insights evolutivos de outros grandes bancos de dados para aprofundar as influências genéticas dos humanos arcaicos nos humanos modernos.

Fonte: Link.

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Um novo estudo publicado na revista eLife revelou que alguns genes dos neandertais são responsáveis por certas características nos humanos atuais, incluindo várias com uma influência significativa no sistema imunológico. Por exemplo, alguns genes dos neandertais podem afetar a resistência natural a certas doenças ou a velocidade com que alguém pode queimar calorias.

Os pesquisadores usaram um vasto conjunto de dados do UK Biobank, que contém informações genéticas e de traços de quase 300 mil britânicos de ascendência não africana. Eles analisaram mais de 235 mil variantes genéticas provavelmente originadas dos neandertais. Eles descobriram que 4.303 dessas diferenças no DNA estão desempenhando um papel substancial nos humanos modernos e influenciando 47 traços genéticos distintos.

No entanto, o estudo também mostra que os genes dos humanos modernos estão ganhando espaço sobre os dos neandertais ao longo das gerações. Isso indica que ainda estamos evoluindo e nos adaptando ao nosso ambiente.

“Interessantemente, descobrimos que vários dos genes identificados envolvidos nos sistemas imunológico, metabólico e de desenvolvimento dos humanos modernos podem ter influenciado a evolução humana após a migração dos ancestrais fora da África”, disse a co-autora do estudo April (Xinzhu) Wei, professora assistente de biologia computacional na Universidade Cornell.

O estudo usou um conjunto de dados de quase exclusivamente indivíduos brancos vivendo no Reino Unido, mas os novos métodos computacionais desenvolvidos pela equipe poderiam oferecer um caminho para obter insights evolutivos de outros grandes bancos de dados para aprofundar as influências genéticas dos humanos arcaicos nos humanos modernos.

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12/06/2023
Como a mosca da fruta pode gerar novos antibióticos

Pesquisadores da Universidade de Illinois Chicago descobriram que um peptídeo natural encontrado nas moscas da fruta pode ser usado para combater infecções bacterianas. O peptídeo, chamado drosocina, se liga aos ribossomos das bactérias e impede que eles produzam novas proteínas, levando à morte celular.

O estudo, publicado na revista Nature Chemical Biology, mostra que a drosocina é capaz de inibir a etapa final da tradução, o processo pelo qual o DNA é “traduzido” em moléculas de proteína. A drosocina se liga ao ribossomo e bloqueia o sinal de parada que indica o fim do gene.

“A drosocina é apenas o segundo peptídeo antibiótico conhecido que interrompe a tradução na fase de término”, disse Alexander Mankin, autor do estudo e professor distinto do Centro de Ciências Biomoleculares e do departamento de ciências farmacêuticas da Faculdade de Farmácia. O outro, chamado apidaecina e encontrado nas abelhas, foi descrito pela primeira vez pelos cientistas da UIC em 2017.

O laboratório da UIC, que é co-dirigido por Mankin e Nora Vázquez-Laslop, professora pesquisadora da Faculdade de Farmácia, conseguiu produzir o peptídeo da mosca da fruta e centenas de seus mutantes diretamente nas células bacterianas.

“A drosocina e seus mutantes ativos feitos dentro das bactérias forçaram as células bacterianas a se autodestruírem”, disse Mankin.

Embora os peptídeos drosocina e apidaecina funcionem da mesma maneira, os pesquisadores descobriram que suas estruturas químicas e as formas como se ligam ao ribossomo são diferentes.

“Ao entender como esses peptídeos funcionam, esperamos aproveitar o mesmo mecanismo para potenciais novos antibióticos. Comparar lado a lado os componentes dos dois peptídeos facilita a criação de novos antibióticos que aproveitam o melhor de cada um”, disse Mankin.

O estudo abre novas perspectivas para o desenvolvimento de antibióticos alternativos que possam combater as bactérias resistentes aos medicamentos convencionais. Os peptídeos naturais encontrados nos insetos podem ser uma fonte rica de inspiração para os cientistas.

Fonte: Link.

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O estudo, publicado na revista Nature Chemical Biology, mostra que a drosocina é capaz de inibir a etapa final da tradução, o processo pelo qual o DNA é “traduzido” em moléculas de proteína. A drosocina se liga ao ribossomo e bloqueia o sinal de parada que indica o fim do gene.

“A drosocina é apenas o segundo peptídeo antibiótico conhecido que interrompe a tradução na fase de término”, disse Alexander Mankin, autor do estudo e professor distinto do Centro de Ciências Biomoleculares e do departamento de ciências farmacêuticas da Faculdade de Farmácia. O outro, chamado apidaecina e encontrado nas abelhas, foi descrito pela primeira vez pelos cientistas da UIC em 2017.

O laboratório da UIC, que é co-dirigido por Mankin e Nora Vázquez-Laslop, professora pesquisadora da Faculdade de Farmácia, conseguiu produzir o peptídeo da mosca da fruta e centenas de seus mutantes diretamente nas células bacterianas.

“A drosocina e seus mutantes ativos feitos dentro das bactérias forçaram as células bacterianas a se autodestruírem”, disse Mankin.

Embora os peptídeos drosocina e apidaecina funcionem da mesma maneira, os pesquisadores descobriram que suas estruturas químicas e as formas como se ligam ao ribossomo são diferentes.

“Ao entender como esses peptídeos funcionam, esperamos aproveitar o mesmo mecanismo para potenciais novos antibióticos. Comparar lado a lado os componentes dos dois peptídeos facilita a criação de novos antibióticos que aproveitam o melhor de cada um”, disse Mankin.

O estudo abre novas perspectivas para o desenvolvimento de antibióticos alternativos que possam combater as bactérias resistentes aos medicamentos convencionais. Os peptídeos naturais encontrados nos insetos podem ser uma fonte rica de inspiração para os cientistas.

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12/06/2023
Pesquisadores criam pele eletrônica que pode devolver o tato a amputados

Uma nova tecnologia de pele eletrônica pode ser capaz de restaurar o sentido do tato em pessoas que perderam um membro ou sofrem de alguma condição que afeta a sensibilidade da pele. A pele eletrônica é macia, flexível e pode detectar o toque, a temperatura e a pressão, transmitindo esses estímulos ao cérebro por meio…

A inovação pode ter aplicações na medicina regenerativa, na robótica e na realidade virtual.

A pele eletrônica foi desenvolvida por pesquisadores liderados por Wang et al, que publicaram seus resultados na revista Science Advances. Eles conseguiram superar o problema da alta voltagem que limitava os dispositivos eletrônicos flexíveis anteriores, criando um isolante de três camadas que reduz a voltagem necessária para menos de 10 V. Eles também construíram uma rede de transistores sinápticos de estado sólido para transportar os sinais elétricos da pele eletrônica ao córtex somatossensorial, a região do cérebro responsável pelo processamento das sensações.

Os pesquisadores testaram a pele eletrônica em ratos vivos e observaram uma ativação significativa do córtex somatossensorial e uma resposta muscular rápida aos estímulos. Eles esperam que essa tecnologia possa ser usada no futuro para devolver o quinto sentido a milhões de amputados e pessoas com doenças que comprometem a sensação de toque. Além disso, a pele eletrônica poderia ser usada em máquinas operadas por humanos ou em robôs para melhorar sua interação com o ambiente.

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A inovação pode ter aplicações na medicina regenerativa, na robótica e na realidade virtual.

A pele eletrônica foi desenvolvida por pesquisadores liderados por Wang et al, que publicaram seus resultados na revista Science Advances. Eles conseguiram superar o problema da alta voltagem que limitava os dispositivos eletrônicos flexíveis anteriores, criando um isolante de três camadas que reduz a voltagem necessária para menos de 10 V. Eles também construíram uma rede de transistores sinápticos de estado sólido para transportar os sinais elétricos da pele eletrônica ao córtex somatossensorial, a região do cérebro responsável pelo processamento das sensações.

Os pesquisadores testaram a pele eletrônica em ratos vivos e observaram uma ativação significativa do córtex somatossensorial e uma resposta muscular rápida aos estímulos. Eles esperam que essa tecnologia possa ser usada no futuro para devolver o quinto sentido a milhões de amputados e pessoas com doenças que comprometem a sensação de toque. Além disso, a pele eletrônica poderia ser usada em máquinas operadas por humanos ou em robôs para melhorar sua interação com o ambiente.

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02/06/2023