Um fenómeno extraterrestre

A fotografia em cima apresenta um remoinho serpenteando num terreno inóspito, sobre a superfície de Marte. Foi tirada a 16 de Fevereiro de 2012 na zona de Amazonis Planitia (latitude 35.8º norte, longitude 207º este), uma das regiões mais planas de Marte, situada no hemisfério norte do planeta (na foto o Norte é para cima) (Crédito: NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona).

"A fotografia cobre uma área de sensivelmente 644 metros na diagonal. O remoinho tem um diâmetro de pouco mais de 28 metros e uma altura de 800 metros. A altura do remoinho foi calculada pela análise da sua sobra projectada sobre o solo (a mancha mais escura na fotografia).

O remoinho parece dançar no ar, deixando um rastro ondulante. Mas esse efeito é provocado por uma “brisa” vinda de oeste. Tal como na Terra os ventos em Marte são formados por acção do calor do Sol. E embora na altura em que a fotografia foi tirada Marte se encontrasse o mais afastado do Sol na sua órbita, ainda foi possível formar-se um remoinho capaz de “varrer” o pó recentemente depositado no seu trilho sobre a superfície de Marte."

A fotografia foi tirada por uma câmara da Mars Reconnaissance Orbiter, uma sonda da NASA que se encontra em órbita de Marte. Esta sonda foi lançada em 2005 e tem como objectivo estudar a existência (passada e presente) de água em Marte. A figura em baixo apresenta a sonda orbitando Marte (Crédito: NASA).

Aqui fica um pequeno vídeo feito por elementos do Jet Propulsion Laboratory (NASA) e da Universidade do Arizona, narrado por Richard Zurek, investigador do projecto da Mars Reconnaissance Orbiter (o original está aqui). Fica ainda uma possível tradução do que é narrado no vídeo.



Vamos fazer um zoom a uma área [de Marte] que fica a oeste do Olympus Mons, o maior vulcão do sistema solar. Esta zona, chamada Amazonis [Planitia] é uma planície vulcânica coberta de pó. [A Fevereiro de 2012] estamos na Primavera no hemisfério Norte de Marte.

Nesta altura o chão fica quente. E quando o chão fica quente podem formar-se remoinhos. Um deles foi captado pela câmara High Resolution Imaging da [sonda] Mars Reconnaissance Orbiter.

A partir desta imagem podemos reconstruir o aspecto do remoinho caso pudéssemos ter uma vista oblíqua, como se estivéssemos num helicóptero voando em torno remoinho. A faixa mais escura no chão é na verdade a sombra [do remoinho] e é a partir dai que se pode reconstruir a altura do remoinho e criar esta reconstituição. O cone do tornado tem um diâmetro de 100 pés (30 metros) e uma altura de 0,5 milhas (805 metros). E bastante grande, mas comparável com os maiores remoinhos da Terra.

Nota: A figura em baixo apresenta a topologia de Amazonis Planitia. Esta planície foi formada pela passagem de lava fluida que ao arrefecer forma um terreno liso e plano (encontra-se entre duas zonas vulcânicas). A existência de poucas crateras (resultantes de impactos de meteoritos) é uma indicação de que Amazonis Planitia é uma zona “nova”. Por debaixo da figura encontra-se uma escala de cores de acordo com a altitude. O facto de esta zona apresentar (Crédito: Martin Pauer/Wikipedia).

(adaptado de um artigo do site da Mars Reconnaissance Orbiter, da NASA)

A Primavera chega hoje!

O Google comemora hoje o equinócio da Primavera no Hemisfério Norte, com um logo desenhado por Marimekko.

Feliz dia do pai!

Um dia feliz para todos os papás do Mundo!

Conhece o teu inimigo!

Um estudo publicado pela revista Science revela a forma de actuação das sulfamidas (também conhecidas como sulfonamidas) como antibióticos. O estudo revela a forma como estes medicamentos actuam sobre as bactérias. O estudo também apresenta propostas para o desenvolvimento de novos medicamentos, capazes de ultrapassar as resistências que as bactérias desenvolvem às sulfamida.

As sulfamidas foram o primeiro grupo de antibióticos produzido em série, na década de 1930. Actuam sobre as bactérias atacando a enzima dihidropteroato sintase, que como o nome indica catalisa a (facilita a reacção de) formação de dihidropteroato, precursor de folato. O folato é um precursor de componentes do DNA e das proteínas, e é necessário para a reprodução das bactérias (patogénicas ou não). As sulfamidas actuam “imitando” uma das moléculas que participa na reacção catalisada pela DHPS. A figura em baixo representa a enzima DHPS e (a verde) as moléculas que participam na reacção catalizada pela enzima, p-ABA e pterina (Crédito: Swarbrick/ Simpson/Scammells/ Monash University).

Os mamíferos, entre eles os humanos, não conseguem produzir folato. As nossas necessidades de folato são satisfeitas pela dieta e pela flora intestinal (bactérias e outros microrganismos que vivem no nosso intestino). Por isso não somos afectados pelas sulfaminas. Mas sem capacidade de produzir DNA e proteínas, as bactérias sobre o “efeito” das sulfamidas não se conseguem reproduzir e acabam por desaparecer. Infelizmente as bactérias ganham resistência à actuação das sulfamidas com alguma facilidade. A resistência das bactérias é provocada por mutações na enzima DHPS que “dificultam” a ligação das sulfamidas.

Os autores do estudo publicado pela Science estudaram a fundo a DHPS de duas bactérias a Bacillus anthracis (bactéria gram-positiva que causa o antraz) e a Yersinia pestis (bactéria gram-negativa que causa a peste). A análise da enzima foi feita recorrendo à técnica de cristalografia de raio X. Esta técnica permite determinar a estrutura (forma e organização) de biomoléculas como as enzimas. Na figura em baixo é possível ver duas fotografias de culturas de bactérias de Bacillus anthracis (à esquerda) e Yersinia pestis (à direita) [Crédito: CDC/Laura Rose/Janice Haney Carr (esqueda) e CDC/ Larry Stauffer/Oregon State Public Health Laboratory (direita)]

O estudo permitiu explicar o mecanismo de acção da enzima, a actuação das sulfamidas como inibidoras da actuação da enzima e as mutações que tornam a enzima insensível à acção das sulfamidas. A DHPS é uma enzima que catalisa a reacção entre duas moléculas, o ácido para-aminobenzoico (p-ABA) e o dihidropteridina-hidroximetil-pirofosfato (DHPP). A figura em baixo representa os substractos e os produtos da reacção catalisada pela enzima DHPS ((Crédito: Swarbrick/ Simpson/Scammells/ Monash University).

O DHPP liga-se primeiro a uma “bolsa” fixa da enzima e o p-ABA liga-se a uma bolsa que se mantem apenas temporariamente. Os autores do artigo conseguiram ainda comprovar que o mecanismo que permite a formação do dihidropteroato, o produto da reacção catalisada pela DHPS é um mecanismo de substituição nucleótida do tipo SN1.

A bolsa onde se liga o p-ABA é formada a partir de dois loops da enzima. É a esta bolsa que se ligam as sulfamidas, que actuam como inibidores, bloqueando a actuação da enzima. A figura seguinte mostra as representações das moléculas de p-ABA e da sulfamida, que apresentam uma representação a 2D semelhante (Crédito: Swarbrick/ Simpson/Scammells/ Monash University).

 

Os autores do estudo determinaram que a enzima DHPS de estirpes de bactérias resistentes à acção das sulfamidas tem mutações nos locais em volta da ligação da p-ABA, onde o antibiótico também se liga. Estas mutações dificultam (ou até impedem) a ligação do antibiótico mas quase não alteram a ligação do p-ABA.

No entanto, na DHPS, a zona dos loops que formam a bolsa de ligação do p-ABA está conservada, ou seja, não são conhecidas enzimas como mutações nessa zona. Muito provavelmente isto acontece porque qualquer mutação nos loops inactiva a enzima. Esta informação é muito importante, porque permite a criação de novos antibióticos que actuem sobre a DHPS ligando-se aos loops. Como a zona dos loops é conservada vai ser mais difícil o aparecimento de estirpes de bactérias resistentes a antibióticos que actuem nessa zona.

Uma lição do passado longínquo

Um novo artigo publicado pela revista Science no primeiro número de Março indicia que a acidificação, consequência do aumento de dióxido de carbono na atmosfera, poderá ter graves consequências para a vida nos Oceanos da Terra. O estudo analisa quatro períodos de extinções em massa que aconteceram nos últimos 300 milhões de anos que se pensa ter sido provocado pela acidificação dos oceanos. E os resultados não são animadores!

Nem todo o dióxido de carbono libertado na queima de combustíveis se mantém na atmosfera. Pelo menos um quarto do dióxido de carbono é “absorvido” pelos (dissolvido nos) oceanos, que funciona como um espécie de reserva. A distribuição do dióxido de carbono entre os oceanos e a atmosfera terrestre mantêm um equilíbrio precário como uma consequência muito importante, a variação do pH da água dos oceanos.

O dióxido dissolvido nos oceanos reage com a água. Nesta reacção são libertados iões de H+, o que provoca a diminuição do pH, ou seja, a acidificação dos oceanos. Para contrariar o excesso de iões H+, estes reagem com os iões de carbonato presentes na água, como mostra a figura seguinte (Crédito: NOAA).

Mas a maior fonte de iões carbonato no oceano é o carbonato de cálcio, o maior constituinte de conchas e esqueletos de animais marinhos como os moluscos, crustáceos e corais. É responsável pela sua dureza. A falta de carbonato de cálcio provoca a diminuição do número destes animais. E como estes animais servem de alimento a outros (são a base da pirâmide alimentar), uma diminuição brusca e extensa pode provocar a perda de biodiversidade em ecossistemas marinhos e até a extinção de muitas espécies de animais.

Os investigadores concluíram que a acidificação dos oceanos, causada por um aumento repentino de dióxido de carbono na atmosfera, foi responsável, pelo menos em parte, pela extinção em massa em três dos períodos de extinções em massa avaliados no artigo da Science. As extinções do final do Permiano, acerca de 252 milhões de anos e do final do Triássico, acerca de 201 milhões de anos foram provocadas por grandes erupções vulcânicas. A extinção causada pelo Máximo Térmico do Paleoceno-Eoceno, aconteceu acerca de 55 milhões de anos e foi provocada por um aumento “súbito” do nível de metano na atmosfera de origem ainda não totalmente conhecida.

Segundo os autores do artigo da Science, o caso mais grave (e comprovado) de acidificação dos oceanos ocorreu durante o Máximo Térmico do Paleoceno-Eoceno, quando a duplicação da quantidade de dióxido de carbono na atmosfera provocou um aumento médio da temperatura terrestre de 5 a 6 ºC em apenas 5 000 anos. O dióxido de carbono dissolvido nos oceanos nessa época provocou uma diminuição de pH de 0,45.

Desde meados do século XIX, quando a utilização industrial de combustíveis se foi generalizando, a quantidade de dióxido na atmosfera aumentou 30%, de 280 ppm (partes por milhão) para 393 ppm. Nos oceanos este aumento correspondeu a uma acidificação da água também de 30% e o pH dos oceanos desceu 0,1. Prevê-se que em 2100 o pH dos oceanos será de 7,8, ou seja 0,3 mais baixo que actualmente. Esta descida corresponde a uma acidificação de 150% o valor mais ácido dos oceanos nos últimos 20 milhões de anos.

Embora a descida de pH dos oceanos actual seja menor do que a que ocorreu durante o Máximo Térmico do Paleoceno-Eoceno, ela acontece num período de menos de 300 anos, muito menor do que aconteceu há 56 milhões de anos atrás (uma descida de pH de 0,45 em 5 000 anos).

A figura seguinte mostra o que acontece à concha de uma borboleta marinha da espécie Limacina helicina quando é colocada em água com um pH de 7,8 (valor de pH previsto para a água dos oceanos em 2100). As borboletas marinhas (assim chamadas porque têm duas “asas” que utilizam para se mover na água) são pequenos moluscos do tamanho de uma ervilha. Este tipo molusco é um elemento muito importante da cadeia alimentar, servindo de alimento a animais tão diversos como o krill e baleias. São também a maior fonte de alimento dos salmões jovens do Pacífico norte (Crédito: Russ Hopcroft/UAF e National Geographic Images).

À esquerda é possível ver uma fotografia de um L. helicina saudável. As quatro figuras seguintes relatam o que acontece a uma concha de L. helicina quando colocada em água com os níveis de pH e de ião carbonato previstos para 2100. A medida que o tempo passa as características da concha vão-se alterando até que, ao fim de 45 dias, a concha está seriamente deformada. Seria impossível para o molusco viver naquela concha.


Notas:
(1) Este texto explica melhor a forma como a dissolução de dióxido de carbono provoca a acidificação dos oceanos.

(2) Os autores do artigo da Science concluíram que no final do Permiano as erupções vulcânicas provocaram o aumento da quantidade de dióxido de carbono na atmosfera e a extinção de 96% das espécies marinhas da época. Mas não foi possível determinar a variação do pH e de iões carbonato nos oceanos nesse período. No final do Triássico as erupções vulcânicas provocaram a duplicação da quantidade de dióxido de carbono na atmosfera, provocando o colapso das populações de corais e o desaparecimento de muitas espécies de animais marinhos. No entanto os autores do artigo não conseguiram provar qual o maior culpado pelo desaparecimento dos corais, a diminuição do pH ou o aquecimento global sofrido nessa altura.

Pirâmides de papel voando como insectos

Um estudo publicado em Fevereiro pela revista Physical Review Letters demonstra que, contrariando o senso comum, um objecto plana melhor se o seu centro de massa (ponto do objecto onde se pode considerar “concentrada” toda a sua massa) se situar mais para cima possível e não se a sua massa não estiver distribuída de forma uniforme pelo objecto.

O estudo realizado por investigadores da Universidade de Nova Iorque, é o último de uma série, que tenta determinar a melhor forma de fazer algo que os insectos fazem à milhares de anos: planar no ar sem sair do lugar. O objectivo final é descobrir as regras a seguir para se poder construir um aparelho ou um robot voador capaz de planar como um insecto.

Os investigadores utilizam como “objecto” de estudo uma pirâmide oca de papel com no máximo 0,5 g de massa e entre 1 e 5 centímetros de altura. A pirâmide é sustentada utilizando tubos de fibra de carbono e não tem forro na base, como se pode ver pela figura seguinte. Os autores chamaram a estas pirâmides “bugs” (insecto, em inglês) (Crédito: Weathers Folie, Liu, Childress, Zhang (2010)).

O estudo baseia-se na análise de filmes das pirâmides em “pleno voo”, como o que está representado na figura em baixo. As fotografias da figura são frames retiradas de um filme utilizado para um estudo publicado em 2010, em que as pirâmides têm a massa distribuída de forma mais uniforme (Crédito: Weathers Folie, Liu, Childress, Zhang (2010)).

A escolha de pirâmides como “insectos” foi feita depois de alguns dos autores terem feito testes com outras estruturas semi-rígidas. Porque a pirâmide é uma estrutura semi-rígida, e os investigadores queriam simular o “bater de asas” dos insectos, foi criada uma câmara de teste, um aparelho capaz de criar um movimento alternado de ar para cima e para baixo. A câmara de teste, mostrada na figura em baixo, quase podia ser feita em casa (Crédito: Childress, Vandenberghe & Zhang (2006)).

Conforme descrita num artigo de 2006, a câmara de testes é constituída por uma coluna de som de “graves” (um subwoofer) colocado na horizontal com a membrana para cima. A coluna é coberta por uma panela de alumínio com uma abertura circular no centro. Nessa abertura encontra-se um tubo transparente, feito de plexiglas ®. No topo e na base do tubo transparente existe um difusor de fluxo de ar, feito de palhinhas. A frequência a que a membrana da coluna sobe e desce e a amplitude são controladas por um gerador de sinais e um amplificador.

Quando no interior da câmara, as pirâmides podem manter-se a planar durante muito tempo, movendo-se ciclicamente para cima e para baixo, sem se inclinar ao ponto de virar e cair. Segundo os autores do estudo, o planar das pirâmides no interior da câmara apenas é interrompido quando estas batem contra as paredes da câmara.

Para investigar o efeito da posição do centro de massa na capacidade de planar da pirâmides foi colocada uma pequena massa (ou peso) por cima ou em baixo das pirâmides, ligada ao eixo principal. As figuras seguintes mostram o que acontece quando as pirâmides com o centro de massa alterado são colocadas inclinadas dentro da câmara de teste.

As duas figuras apresentam várias fotografias sobrepostas que relatam (da esquerda para a direita) o que acontece às pirâmides ao longo do tempo. Na figura à esquerda a pirâmide com o centro de massa no topo consegue recuperar da inclinação inicial. Na figura à direita a esquerda a pirâmide com o centro de massa na base não consegue recuperar da inclinação inicial e “tomba”. (Crédito: Liu, Ristroph, Weathers, Childress, Zhang (2012)).

A estabilidade da pirâmide dentro da câmara de ar é explicada pelos remoinhos (vórtices) de ar que se formam nas paredes interior e exterior das pirâmides devido à oscilação do ar à sua volta. Estes remoinhos de ar actuam de modo a criar uma força com um sentido contrário ao do movimento do remoinho de ar. Quando a pirâmide está direita (na vertical) a força resultante tem um sentido de baixo para cima e contraria o peso da pirâmide, mantendo-a estável. A figura seguinte mostra estas duas forças actuando na pirâmide (Crédito: Bin Liu).

Quando a pirâmide se inclina, por exemplo, para a direita, os pares de remoinhos de ar formados na base da pirâmide que está mais “levantada” movem-se para a esquerda da pirâmide, gerando uma força com um sentido contrário, para a direita. O esquema da figura seguinte indica os remoinhos formados na pirâmide e o sentido do seu movimento quando a pirâmide esta equilibrada (figura à esquerda) e quando está inclinada para a direita (figura à direita) (Crédito: Liu, Ristroph, Weathers, Childress, Zhang (2012)).

Quando a pirâmide tem um centro de massa no topo, a força gerada pelo par de remoinhos produz um binário (um efeito rotativo) na pirâmide. O binário contradiz a inclinação da pirâmide, levando-a a reequilibrar-se. Mas se a pirâmide tem o seu centro de massa na base o sentido da força gerada pelo par de remoinhos não permite o reequilíbrio da pirâmide e esta inclina-se até cair.

Os autores do artigo concluem que são as forças aerodinâmicas (geradas pelos remoinhos de ar) e não a impulsão que mantêm as pirâmides a pairar. No artigo é feita uma análise dos possíveis factores que influenciam a estabilidade e o movimento das pirâmides de papel, tais como a massa a forma e o tamanho das pirâmides, a localização do centro de massa da pirâmide e a viscosidade do ar. Os seus autores pretendem continuar o estudo da aerodinâmica destas pirâmides imitadoras de insectos a voar.

Notas:

(1) O artigo original pode ser encontrado aqui. Outros dois artigos sobre pirâmides voadoras encontram-se aqui e aqui.

(2) Este site permite ver um filme de uma pirâmide a “planar”.

(3) A explicação para a maior estabilidade da pirâmide com o centro de massa no topo é dada por uma outra experiência, feita a duas dimensões. Um objecto com uma forma em Λ (V invertido) é fixado numa forma com água (mais ou menos dois centímetros de altura). Esta forma é colocada sobre um aparelho que a faz mover para a frente e para trás, num movimento oscilante.

A figura seguinte explica o que acontece. As fotografias foram tiradas de forma a serem visíveis as correntes de turbulência criadas pelo movimento dos objectos. Quando a forma é puxada para a frente (fotografia mais à esquerda) forma-se um remoinho na zona exterior de cada extremidade (ponta) do objecto de forma em Λ. Quando a forma é puxada para trás (fotografia ao centro) forma-se um novo remoinho, rodando em sentido contrário e o par de remoinhos é puxado para baixo. O esquema à direita das fotografias representa os remoinhos formados quando a forma se move para a frente (a tracejado) e quando a forma se move para trás (a tracejado). As setas indicam o sentido do par de remoinhos (Crédito: Liu, Ristroph, Weathers, Childress, Zhang (2012)).

A figura seguinte é uma “repetição” da figura anterior (as duas estão juntas no artigo), mas em que o objecto de forma em Λ se encontra inclinado para a direita. Os remoinhos formados na extremidade mais baixa são idênticos aos formados quando o objecto não está inclinado. Mas na extremidade mais alta é diferente. Forma-se um remoinho no interior da extremidade quando a forma é puxada para trás (fotografia ao centro). Quando a forma é puxada para a frente (fotografia mais à esquerda) forma-se um novo remoinho, rodando em sentido contrário e o par de remoinhos afasta-se do objecto numa direcção quase perpendicular ao eixo do objecto. O esquema à direita das fotografias também representa os remoinhos formados (Crédito: Liu, Ristroph, Weathers, Childress, Zhang (2012)).

Numa situação a três dimensões, quando os pares de remoinhos formados se afastam do objecto forma-se uma força de sentido contrário. Os autores do estudo concluíram que se o centro de massa do objecto se encontrar em cima então a força de sentido contrário leva ao reequilibrar do objecto, neste caso uma pirâmide oca.

Feliz são Valentim!

A Google comemora hoje o dia de São Valentim.