Deslizando no fundo profundo do mar

A Universidade de Aberdeen anunciou a 14 de Outubro a descoberta de uma nova espécie de peixe, da família Liparidae, a cerca de 7000 m de profundidade no sudeste do Oceano Pacífico, na fossa abissal de Peru-Chile. Apesar de apresentar um corpo semelhante ao de um girino estes peixes são mais conhecidos pelo nome de “snailfish”, ou peixe caracol.

A figura seguinte apresenta a fotografia desta nova espécie de peixe, tirada a mais de 7000 m de profundidade. O peixe tem um comprimento de cerca de 15 cm. Esta é uma das cerca de 6000 fotografias que foram tiradas com recurso a uma máquina fotográfica especial, adaptada para trabalhar a grande profundidade. (Crédito fotográfico: University of Aberdeen)

A máquina fotográfica carrega consigo isco (pedaços de peixe). O isco é utilizado para atrair os animais que vivem a grande profundidade, visto que muitos são necrófagos (ou seja alimentam-se de animais mortos). Os snailfish alimentam-se de pequenos crustáceos necrófagos.

A descoberta deste peixe desconhecido foi feita por um grupo de biólogos marinhos no âmbito do projecto HADEEP, um projecto iniciado à cerca de 3 anos, que estuda a vida marinha que habita locais a mais de 6000 m de profundidade.

A actividade do projecto HADEEP tem fornecido muita informação nova sobre os ecossistemas existentes a grande profundidade, provando que estes apresentam grande diversidade de espécies. Em 2008 investigadores do HADEEP filmou um conjunto de snailfishs a cerca de 7700 m de profundidade (um excerto deste filme é apresentado no fim do post). Até então nunca tinha sido encontrado nenhum peixe a tão grande profundidade.

Os snailfish agora descobertos na fossa abissal de Peru-Chile são de uma espécie diferente da espécie descoberta em 2008. Os resultados do estudo feito pela HADEEP confirmaram uma hipótese defendida pelos biólogos que integram este projecto: a de que os ecossistemas existentes a grande profundidade se encontram suficientemente isolados uns dos outros para que, em cada um, ter evoluído uma espécies diferente de snailfish.

Notas:

(1) O HADEEP é um projecto conjunto de institutos associados às Universidade de Aberdeen (Escócia) e da Universidade de Tóquio e ainda do Nacional Institute of Water and Atmospheric Rechearch (NIWA) da Nova Zelândia. Não consegui encontrar o site oficial do HADEEP.

(2) Uma fossa abissal é uma zona de encontro de placas tectónicas (zona de subducção) que se situam nos oceanos, a grande profundidade (abaixo de 5000 m!). A figura seguinte mostra a fossa abissal de Peru-Chile, situada a cerca de 100 km da costa este do continente sul-americano. (crédito fotográfico: NOAA/wikipedia).

Branqueamento no fundo do mar!

Estudos de investigadores da National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) revelam que a taxa de branqueamento dos corais no mar das Caraíbas aumentou nos meses de Agosto e Setembro de 2010. O aumento do branqueamento é uma consequência da temperatura média do mar nessa zona. A temperatura média da água em finais de Setembro era de 32 ºC, quando deveria ser apenas de 28 ºC (quase 9% acima da média). (Credito do esquema: NOAA – adaptado).

O aumento da taxa de branqueamento de corais tem sido bastante visível nas costas do Panamá e da Costa Rica.

Os investigadores da NOAA receiam que os valores de temperatura elevados nos mares das Caraíbas poderão provocar uma situação tão ou mais grave como a que aconteceu nesta zona em 2005. Neste ano mais de 80% dos corais sofreram branqueamento e destes mais de 40% morreram.

Os corais são constituídos por uma estrutura de base (esqueleto) de carbonato de cálcio, construído por organismos de tamanho reduzido, os pólipos de coral. Os pólipos de coral estabelecem uma relação de simbiose (relação em que ambas as espécies beneficiam) com algas fotossintéticas microscópicas, chamadas zooxanthellae.

As algas vivem no interior dos pólipos de coral e fornecem-lhes nutrientes, oxigénio e energia extra (resultante da fotossíntese). Em troca os pólipos também fornecem às algas nutrientes e protecção contra predadores. As algas são responsáveis pela cor dos corais.

Em situações de stress, como é o caso do aumento da temperatura média da água, os pólipos de coral podem terminar a relação de simbiose, expulsando as algas. Sem as algas os corais tornam-se brancos (cor do carbonato de cálcio), e por isso este processo é chamado branqueamento. (Crédito do esquema: AFP).

A figura seguinte mostra um coral a sofrer o processo de branqueamento (Crédito fotográfico: NOAA).

Pormenor da figura anterior, onde é possível distinguir pólipos de coral saudáveis (pontos mais escuros) entre as zonas branqueadas.

O branqueamento por si só, não mata os pólipos de coral, mas torna-os bem mais sensíveis à acção de bactérias e fungos causadores de doenças. A combinação destes dois factores é mortal, como se pode ver na sequência de fotografias da figura seguinte. Um coral saudável (à esquerda) sofre branqueamento seguido de infecção pela “doença da banda preta” (ao centro). A área infectada pela infecção não recupera (à direita).

A morte dos corais devido ao branqueamento tem consequências bastante graves para a biodiversidade dos habitats. Os recifes de coral são a “casa” de um grande número de animais marinhos, incluindo crustáceos e peixes. A morte dos pólipos promove a degradação dos recifes de coral, destruindo este habitat, provocando a fuga ou morte de animais marinhos.

Em geral os recifes de coral conseguem recuperar do processo de branqueamento, se for um acontecimento único, de curta duração e não recorrente. A recuperação dos recifes de corais depende da capacidade de reprodução assexuada dos corais, da sua capacidade para se dispersarem por grandes distâncias e da sua capacidade de reconstrução. Quanto maiores estas capacidades, mais fácil será a recuperação dos recifes de corais.

A recuperação dos recifes de corais também depende da qualidade da água!

Crédito fotográfico: Toby Hudson/wikipedia)

(Os autores das figuras apresentadas poderão não partilhar das opiniões expressas neste blog)


Notas:

(1) O branqueamento dos corais tem sido um dos efeitos mais visíveis do impacto das alterações climáticas devido ao efeito de estufa;

(2) Nos mares das Caraíbas, todos os anos a temperatura média da água e baixada pelas tempestades tropicais que se formam/passam nesta região. Em 2005 (ano de grande mortalidade dos corais devido a branqueamento) a temperatura média do mar manteve-se elevada porque o número de tempestades tropicais na região foi pequeno.

(3) A morte dos pólipos também provoca a libertação de muita matéria orgânica, que torna a água turva. Esta matéria orgânica é consumida por bactérias decompositoras, que leva a uma diminuição drástica da concentração de oxigénio (em certos casos o valor pode chegar perto de zero). Se a concentração de oxigénio for demasiado baixa, os animais não conseguem respirar e morrem ou então deslocam-se para outros locais.

Parabéns Google!

A Google comemora hoje o 12º aniversário! Muitos parabéns!

Uma poluição subtil e discreta

Um estudo feito por uma equipa de investigadores do Instituto Max Planck, publicado online a 16 de Setembro pela revista Current Biology, revela que a iluminação de rua actua como poluição nocturna, afectando o comportamento de aves canoras, nomeadamente a nível de reprodução. O estudo decorreu durante 7 anos e focou-se numa espécie em particular, o chapim-azul.

O chapim-azul é uma ave canora com um comprimento de 11 a 12 cm e pesando entre 9 e 12 g. É facilmente identificado pela sua plumagem colorida, que o distingue de aves de outras espécies (ver fotografia, Crédito fotográfico: Maximilian Dorsch/wikipedia).

Segundo o artigo, os chapins-azul vivendo na orla da floresta apresentam diferenças de comportamento em relação aos chapins vivendo no interior da floresta (apenas) se a orla se situa ao pé de zonas com iluminação nocturna (em particular iluminação de rua).

Das alterações observadas a que poderá ter consequências mais graves é o facto de os chapins jovem-adultos iniciarem o seu canto matinal mais cedo. Segundo Bart Kempenaers, um dos autores do estudo, os chapins que iniciam o canto mais cedo descansam menos e estão mais expostos aos predadores. E também baralham as escolhas feitas pelos chapins fêmea.

Os chapins-azul fazem os seus ninhos em recantos das árvores (embora também aceitem ninhos feitos pelo Homem). Mas nem sempre os pais das crias são os machos que ajudam na construção do ninho. Se entretanto as fêmeas encontrarem um macho que considerem mais saudável podem acasalar com ele.

Um dos factores que as fêmeas chapim-azul consideram na escolha do futuro pai dos seus filhotes é o canto. O estudo agora apresentado demonstra que em regiões com iluminação nocturna os chapins jovem-adultos que iniciam o canto mais cedo têm uma probabilidade duas vezes maior de acasalar com fêmeas que não são as suas parceiras, porque as fêmeas (incorrectamente) os consideram mais saudáveis.

A equipa de Kempenaers verificou que, para além dos chapins-azul mais três espécies de aves canoras passaram a iniciar o seu canto mais cedo: os chapins-real, os melros e os piscos-de-peito-ruivo (que chegam a iniciar o canto uma hora antes!). Estes investigadores receiam que, ao alterar as “regras” pelas quais as fêmeas se guiam na escolha do melhor progenitor das suas crias, a iluminação nocturna poderá ter consequências importantes a nível da evolução do chapim-azul.

Kempenaers refere que “em comparação com a poluição química e sonora, a poluição luminosa é mais subtil e os seus efeitos talvez não tenham ainda recebido a atenção merecida”.

Figura das outras três aves canoras referidas no estudo: chapim-real (à esquerda), melro (ao centro) e pisco-de-peito-ruivo (à direita). Crédito fotográfico (da esquerda para a direita) Sykora Konadra/wikipedia; Bystrc/wikipedia; Rowland Seymour/BBC

O resumo do artigo da Current Biology encontra-se aqui (inglês).

Nota: As aves canoras não são as únicas cujo comportamento pode ser influenciado pela iluminação nocturna. As aves que migram a noite podem ferir-se gravemente ou até morrer aou baterem contra torres iluminadas e o número de corujas perto de zonas habitadas diminuiu devido à dificuldade em caçar provocada pela poluição luminosa. Mas os falcões peregrinos parecem “safar-se” melhor nas grandes cidades.

Muito ruído no Oceano!...

A consequência negativa mais conhecida da acidificação (diminuição do pH) dos oceanos é a diminuição da quantidade de carbonato de cálcio disponível. Mas existem muitas outras, algumas surpreendentes. Como por exemplo a alteração das características de propagação do som. A acidificação está a aumentar o ruído de fundo dos oceanos!

Á medida que se tornam mais ácidos, os oceanos vão perdendo a capacidade para absorver sons de baixa frequência (abaixo de 10 000 Hz). Estima-se que desde o início da Revolução Industrial até hoje o pH da água do mar desceu (em média) 0,1. Esta descida terá sido responsável por uma perda de 10% da capacidade da água do mar para absorver sons de baixa frequência. Até 2050 a perda poderá ser de 40% (correspondente a uma diminuição de pH de 0,3).
O gráfico da figura seguinte apresenta a variação da absorção de som em função da frequência para diferentes valores de pH da água do mar. Quanto menor o valor de pH menor a capacidade da água do mar para absorver sons de baixa frequência. A capacidade para absorver sons de frequência superior a 20 000 Hz quase não diminui. (Crédito: Hester et all, 2008)

No oceano existem muitas fontes de som. As fontes naturais mais importantes são as ondas geradas pelo vento, a chuva e o movimento dos animais marinhos. As fontes antropogénicas (geradas por actividade humana) mais importantes são os navios e os sonares marítimos

A diminuição da absorção de sons de baixa frequência poderá ter consequências desastrosas para os animais marinhos que, como os golfinhos e as baleias, dependem da ecolocalização para se alimentarem e comunicarem entre si. Com o aumento do ruído de fundo torna-se cada vez mais difícil para estes animais distinguir (filtrar) e interpretar os sons de baixa frequência.

A figura seguinte explica de forma simples o sistema de ecolocalização utilizado pelos golfinhos. O animal emite um som (representado pelas linhas a cheio) sob a forma de cliques de pequena duração em sequência. O som emitido pelo golfinho propaga-se pela água até atingir o alvo, neste caso um peixe (alimento). Quando atinge o peixe parte do som é reflectido (representado pelas linhas a tracejado) de volta para o golfinho.

O sistema de ecolocalização permite ao golfinho determinar não só o tamanho e a forma do peixe como também a distância a que este se encontra e a sua velocidade. Este sistema utiliza sons de baixa frequência porque estes propagam-se na água do mar (ou em qualquer outro meio de propagação) durante mais tempo, e portanto “percorrem” maiores distâncias.

Não se conhece ainda bem o mecanismo responsável pela absorção de sons de baixa frequência nos oceanos. Sabe-se que estão envolvidos alguns solutos, como o sulfato de magnésio, o ácido bórico, o ião carbonato e o ião de cálcio. A temperatura da água do mar também é importante: se, como é esperado, a temperatura média do mar aumentar devido ao efeito de estufa a capacidade para absorver sons de baixa frequência será ainda menor.



Nota (1): Actualmente são conhecidos casos em que o aumento de ruído de fundo provocou a alteração do comportamento de cetáceos (baleias e golfinhos). Estão documentados vários casos destes na sequência de exercícios militares navais em que são utilizados sonares (sistemas que funcionam como radares, de forma semelhante à da ecolocalização dos golfinhos).

Nota (2): A diminuição do pH da água do mar também provoca o aumento da velocidade de propagação do som. Uma diminuição de pH de 0,1 (correspondente à variação mos últimos 200 anos, desde o início da Revolução Industrial) deverá ser responsável por um aumento de 10% da velocidade do som nos mares, segundo investigadores do Montery Bay Aquarium Recharch Institute, ou MBARI. Até 2050 estes investigadores estimam que a velocidade de propagação do som na água do mar possa aumentar até 70%.

O tamanho faz a diferença!

Segundo a revista Nature o artigo sobre o tamanho do protão publicado a 8 de Julho encontra-se no top 10 dos artigos mais descarregados desse mês. Este artigo apresenta os resultados relativos a um conjunto de experiências que indicam que o protão é cerca de 4% mais pequeno do que se pensava até então.

O protão é uma partícula subatómica, que se encontra no núcleo dos átomos. Até agora pensava-se que o protão tinha um diâmetro de 0,8768 fm. Mas o novo estudo indica que o diâmetro do protão é de apenas 0,8418 fm. E o novo método é cerca de 10 vezes mais preciso.

Para além de protões o núcleo dos átomos também tem neutrões (sem carga). Em torno do núcleo movem-se electrões, que têm carga negativa. Cada átomo tem o mesmo número de protões e de electrões. Os átomos de hidrogénio são os mais simples: possuem apenas um protão e um electrão. A figura seguinte é uma representação simplificada da estrutura de um átomo de hélio.


A determinação do tamanho do protão foi feita recorrendo a uma técnica imaginada à já 40 anos, mas que só agora, através da cooperação de 32 investigadores de três continentes, foi possível tornar realidade. A nova técnica permite o estudo de um tipo especial de hidrogénio, chamado hidrogénio muónico, em que o electrão é substituído por um muão. O muão tem a mesma carga que o electrão, mas é 200 vezes mais “pesado”. É a massa “extra” do muão que permite uma determinação mais precisa do tamanho do protão.

O novo valor do diâmetro do protão coloca algumas questões muito importantes a nível da Física Quântica. Porque o valor de uma das constantes fundamentais da Física, a constante de Rydberg, é calculado com base no tamanho do protão.

A constante de Rydberg é utilizada para calcular as riscas do espectro de emissão de cada elemento químico, funcionando como uma espécie de bilhete de identidade. Os espectros foram utilizados para identificar novos elementos (como foi caso da descoberta do césio e o rubídio) e actualmente são utilizados para identificar os elementos presentes nas estrelas (o hélio foi identificado como novo elemento a partir da análise de um espectro de emissão da luz do Sol). A figura seguinte é o espectro de emissão do hélio. Crédito: Jan Homann/Wikicommons.

A revisão do cálculo das riscas de um espectro esconde um problema bem mais grave para a Física Quântica. A interacção entre as diferentes partículas subatómicas e entre estas e a radiação electromagnética (ou seja a luz) tem sido explicada pela Teoria da Quântica Electrodinâmica, ou QED (do inglês Quantum Electrodynamics).

A revisão do cálculo das riscas de um espectro esconde um problema bem mais grave para a Física Quântica, que estuda as partículas subatómicas tendo por base a Teoria da Quântica Electrodinâmica, ou QED (do inglês Quantum Electrodynamics).

A QED estuda a interacção de partículas subatómicas entre si e com a radiação electromagnética (ou seja a luz). É considerada por muitos a teoria científica mais bem sucedida actualmente, porque fez previsões confirmadas por diferentes experiências práticas e porque permite calcular valores teóricos muito próximos dos valores reais. Esse era, até 8 de Julho, o caso do valor do tamanho do protão. No entanto o novo valor, apresentado no artigo, é muito diferente do valor teórico calculado usando a QED.

Os novos resultados apresentados no artigo da Nature não invalidam obrigatoriamente a QED, mas exigem novos estudos, teóricos e práticos, para determinar o que “poderá estar mal”.

A figura seguinte apresenta parte do aparelho utilizado. Ao centro encontra-se a câmara onde é colocado uma amostra de hidrogénio. Essa amostra é bombardeada por um raio de muões, que passa através de eléctrodos em forma anéis à esquerda da câmara. (Crédito fotográfico: Randolf Pohl / MPI of Quantum Optics.)

Alguns destes muões substituem os electrões dos átomos de hidrogénio. A substituição é detectada por um detector e imediatamente a seguir é disparado um laser com uma “cor” (frequência /comprimento de onda) pré-definida. Os átomos de hidrogénio muónico libertam então uma luz que é medida por um sistema de detecção de Raios X. Todo o processo tem de ser muito, muito rápido, porque os muões têm um tempo de vida de 2,2 milisegundos.

Os resultados obtidos pelo sistema de detecção de Raios X são utilizados para o cálculo do diâmetro do protão. Este sistema foi desenvolvido por uma equipa de 8 investigadores portugueses, das universidades de Aveiro e de Coimbra, coordenados por Joaquim Santos.


P.S.: 1,0 fm = 0, 000 000 000 000 001 m!

Assim por acaso…

A descoberta do buckminsterfulereno (C60), mais conhecido por futeboleno, foi feita por acaso e é (mais) uma história interessante de cooperação entre cientistas. A existência do futebuleno foi proposta em 1970 pelo japonês Eiji Osawa. Mas só foi descoberto em 1985, por uma equipa de investigadores constituída por Harold Kroto (1939 – ), Robert Curl (1933 – ) e Richard Smalley (1943 – 2005).

Harold Kroto (à esquerda), Richard Smalley (ao centro) e Robert Curl (à direita). Crédito fotográfico: The Nobel Prize Foundation.

Kroto queria estudar a formação de compostos constituídos por longas cadeias de átomos de carbono na atmosfera de estrelas gigantes ricas em carbono, para poder provar que os cianopolinos (moléculas de cadeia longa constituídas por carbono e azoto) se formavam na atmosfera estelar, no interior das estrelas.

Para prosseguir os seus estudos, Kroto tinha de recriar em laboratório as condições do interior de uma estrela, onde toda a matéria se encontra num estado especial chamado plasma. Curl, indicou a Kroto a existência de um aparelho, o laser-supersonic cluster beam apparatus (LSCBA), capaz de vaporizar qualquer material até ao estado de plasma. Quando o plasma arrefece formam-se clusters (conjuntos de átomos ligados entre si) que podem ser constituídos por centenas de átomos. O LSCBA foi desenvolvido por Smalley, com quem Curl trabalhava regularmente.

A Figura seguinte apresenta Smalley e o laser-supersonic cluster beam apparatus.

A 1 de Setembro de 1985 Kroto, Curl e Smalley iniciaram a sua pesquisa na Universidade de Rice em Houston, no estado norte-americano do Texas. O trabalho experimental propriamente dito foi realizado por alunos de pós-graduação James Heath e Sean O’Brien. Consistiu em vaporizar grafite, substância constituída exclusivamente por carbono, utilizando o LSCBA e analisar os clusters obtidos.

Os investigadores verificaram que se formavam dois tipos de clusters, um constituído por 60 átomos de carbono (C60) e outro constituído por 70 átomos de carbono (C70). O mais comum era o C60. Uma análise mais cuidadosa confirmou que o cluster de C60 era muito estável, demasiado para ser uma cadeia (ou conjunto de cadeias) de átomos de carbonos.

Kroto, Curl e Smalley propuseram uma estrutura que explica a estabilidade do C60. Cada átomo de carbono estabelece ligações químicas com três átomos: duas ligações covalentes simples (em que é partilhado um par de electrões) e uma ligação covalente dupla (em que são partilhados dois pares de electrões). O resultado é um poliedro com 12 pentágonos e 20 hexagonos, a que deram o nome de buckminsterfulereno. Esta estrutura é igual à de uma bola de futebol.

A figura seguinte representa uma molécula de futeboleno. As bolas azuis representam átomos de carbono, as linhas vermelhas representam ligações simples e as linhas amarelas ligações duplas. Crédito: Boris Povzner.

O nome dado ao C60, buckminsterfulereno é uma homenagem ao arquitecto Richard Buckminster Fuller (1895-1983). As ideias deste arquitecto para a construção de cúpulas geodésicas serviram de inspiração para a estrutura proposta para o futeboleno.

Em geral o termo buckminsterfulereno não é muito utilizado: o termo mais comum em inglês é “buckyballs” e em Portugal é o futeboleno. Mas a referência a Buckminster Fuller mantém-se no nome dado à classe de substâncias a que o fetuboleno pertence, os fulerenos.

Consciente das características únicas do futeboleno a equipa de Kroto, Curl e Smalley, enviou a 12 de Setembro (8 dias depois da sua descoberta), um pequeno artigo para a revista Nature. O artigo foi publicado a 14 de Novembro de 1985. Em 1996 Kroto, Curl e Smalley receberam o Prémio Nobel da Química pela descoberta do futeboleno.

Fotografia de James Heath e Sean O’Brien, que embora tenham participado na descoberta do futeboleno não foram contemplados com o Premio Nobel. Fonte: Harold Kroto.

Nota: O laser-supersonic cluster beam apparatus, foi desmontado alguns anos depois da descoberta do futeboleno. Segundo Smalley vários componentes do LSCBA foram então vendidos a outros grupos de investigação e a câmara onde foram realizadas as experiências foi vendida para a sucata. Smalley comentou com alguma nostalgia em 1997 “Agora não existem máquinas de raios supersónicos de nenhum tipo no [meu] laboratório. Os tempos mudam.”