Sabias que...
Porque é que dois electrões não podem estar no mesmo sítio?
Desde os átomos e a diversidade da tabela periódica à estabilidade das estrelas e à existência da matéria, esta regra simples e técnica está na base do mundo tal como o conhecemos.
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Nas estrelas maciças, como as que formam as estrelas de neutrões, o princípio de exclusão também funciona, mas desta vez entre neutrões, outra classe de partículas que também obedece ao princípio de exclusão de Pauli. Na imagem, uma conceptualização de uma estrela de neutrões.
Neste reino microscópico, onde os átomos e as partículas subatómicas são supremos, as leis vigentes são muito diferentes das que compreendemos na nossa vida quotidiana. Uma dessas regras fundamentais é o princípio de exclusão de Pauli, uma ideia revolucionária que explica porque é que a matéria tem estrutura e, em última análise, porque é que o universo tal como o conhecemos pode existir.
Este princípio, formulado em 1925 pelo físico austríaco Wolfgang Pauli, afirma que dois electrões não podem ocupar o mesmo estado quântico dentro de um sistema. Por outras palavras: dois electrões não podem "estar no mesmo lugar" se partilharem todas as suas características quânticas. Mas o que significa realmente que dois electrões não podem partilhar um estado, e porque é que isto é tão importante? Vamos por partes.
O QUE É O PRINCÍPIO DE EXCLUSÃO DE PAULI?
Para compreender o princípio de exclusão, precisamos primeiro de saber um pouco sobre electrões e átomos.
Os átomos são os blocos de construção de tudo o que existe. No seu núcleo estão os protões e os neutrões, e à volta deste núcleo estão os electrões, partículas extremamente pequenas e leves que "orbitam" em diferentes regiões chamadas níveis de energia. Estas órbitas não são como as trajectórias dos planetas em torno do Sol; no mundo quântico, os electrões não têm uma posição fixa, mas encontram-se numa espécie de nuvem probabilística.
Cada electrão de um átomo é definido por um conjunto de propriedades conhecidas como números quânticos, que descrevem o seu comportamento e a sua posição no átomo. Estas propriedades incluem: a energia principal, que indica a camada ou nível em que o electrão se encontra; o momento angular, que descreve o tipo de movimento do electrão dentro desse nível; a orientação, que indica a direcção específica desse movimento; e o spin, uma propriedade intrínseca que, de uma forma simplificada, pode ser imaginada como um "giro" do electrão, que pode ser orientado para cima ou para baixo.
Juntas, essas características formam uma espécie de "impressão digital" exclusiva de cada electrão. O princípio de exclusão de Pauli afirma que dois electrões não podem ter exactamente o mesmo conjunto de números quânticos num átomo. Se um electrão já ocupa um determinado estado, outro tem de procurar um estado diferente. Por exemplo, se dois electrões estiverem no mesmo nível de energia, na mesma órbita e tiverem a mesma orientação, terão necessariamente spins opostos.
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Conferência de Wolfgang Pauli.
A BASE DA NOSSA REALIDADE
Porque é que esta regra é importante? Porque é a razão pela qual os átomos têm estrutura e, portanto, porque a matéria é como é. Imaginemos que o princípio de exclusão não existisse. Nesse caso, os electrões poderiam acumular-se todos no nível de energia mais baixo, colapsando no núcleo. Isto faria com que todos os átomos fossem iguais, sem camadas ou níveis, eliminando as diferenças entre os elementos químicos.
Graças ao princípio de exclusão, os electrões estão distribuídos por níveis e subníveis específicos. Por exemplo, o átomo de hidrogénio tem um único electrão no nível mais baixo, enquanto o hélio, com dois electrões, os coloca no mesmo nível mas com spins opostos. À medida que subimos na tabela periódica, os átomos maiores têm mais electrões, que estão dispostos em níveis e subníveis mais elevados, criando uma extraordinária diversidade química.
Esta organização explica as propriedades únicas de cada elemento: o oxigénio é reactivo porque lhe faltam dois electrões para completar a sua camada mais externa, enquanto o ouro tem propriedades químicas e físicas completamente diferentes devido à configuração dos seus electrões. Tudo isto acontece porque os electrões seguem rigorosamente a "proibição" definida por Pauli.
INSTITUTO AMERICANO DE FÍSICA
Albert Einstein e Wolfgang Pauli em Leiden, 1925.
O PRINCÍPIO QUE MANTÉM AS ESTRELAS UNIDAS
O princípio de exclusão de Pauli não organiza apenas os átomos; desempenha também um papel fundamental nos fenómenos cósmicos. Por exemplo, nas estrelas. Durante a vida de uma estrela, a gravidade tenta colapsar a sua matéria no núcleo, enquanto a pressão térmica gerada pelas reacções nucleares a empurra para o exterior. Mas o que é que acontece quando uma estrela esgota o seu combustível nuclear?
No caso de estrelas como o Sol, o que resta após a sua morte é uma anã branca, um objecto extremamente denso. Aqui, os electrões são forçados a ocupar diferentes estados quânticos, mesmo sob enorme pressão. Esta resistência, conhecida como "pressão de degenerescência dos electrões", é o que impede a estrela de entrar em colapso total.
Em estrelas ainda mais maciças, como as que formam as estrelas de neutrões, o princípio de exclusão também funciona, mas desta vez entre neutrões, outra classe de partículas que também obedece à regra de Pauli. Em ambos os casos, o princípio é essencial para a estabilidade destes objectos extremos e, em última análise, para o equilíbrio do universo.
Por Noélia Freire in, www.nationalgeographic.pt
ALERTA PCE - CST
Confirmado: a hora do dia em que comemos é crucial para a nossa saúde
Uma descoberta inovadora revela como a hora do dia em que comemos afecta profundamente a nossa saúde metabólica, para além das calorias ou do peso.
Publicado na prestigiada revista Nutrition & Diabetes, editada pela Nature, o estudo mostra que a ingestão de mais de 45% das calorias diárias depois das 17 horas altera significativamente os níveis de glucose no sangue, desencadeando sérios riscos para a saúde, independentemente do peso corporal ou da quantidade de gordura que um indivíduo tenha.
COMER TARDE: UM INIMIGO SILENCIOSO DA SAÚDE
O estudo, realizado no Irving Medical Center da Universidade de Colúmbia, em Nova Iorque, foi liderado por Diana Díaz Rizzolo, investigadora de pós-doutoramento e especialista em obesidade, diabetes e envelhecimento. Diana Díaz Rizzolo explicou que a manutenção de níveis elevados de glicose durante períodos prolongados pode aumentar o risco de desenvolver diabetes de tipo 2, causar danos nos vasos sanguíneos, aumentar a inflamação crónica e agravar os danos cardiovasculares e metabólicos.
Até agora, a crença prevalecente associava os jantares tardios sobretudo ao aumento de peso, associado a escolhas alimentares menos saudáveis. No entanto, esta nova descoberta vai mais longe, mostrando que, mesmo com dietas controladas em termos de quantidade e qualidade, o horário das refeições pode alterar o metabolismo da glicose.
UMA EXPERIÊNCIA REVELADORA
O estudo incluiu 26 participantes com idades compreendidas entre os 50 e os 70 anos, todos com excesso de peso ou obesidade e com pré-diabetes ou diabetes de tipo 2. Os níveis de tolerância à glicose dos participantes foram comparados, dividindo-os em dois grupos: os "comedores tardios", que ingeriam pelo menos 45% das calorias diárias depois das 17 horas, e os "comedores precoces", que ingeriam a maior parte das calorias diárias antes das 17 horas.
Diaz Rizzolo explicou que este fenómeno está profundamente ligado aoritmo circadiano. Durante a noite, o nosso organismo reduz a secreção de insulina e a sensibilidade das células a esta hormona diminui, dificultando a metabolização da glicose. Este relógio interno, regulado por um "relógio mestre" no cérebro, sincroniza os processos metabólicos com as horas de luz e escuridão, afectando directamente a nossa saúde cardiometabólica.
Nas palavras do investigador, "até agora, as decisões alimentares baseavam-se em duas questões fundamentais: quanto comemos e que alimentos escolhemos. Este estudo introduz um terceiro factor, igualmente importante: quando comemos.
RECOMENDAÇÕES PRÁTICAS
Com base nestes resultados, Diaz Rizzolo sugere que se dê prioridade às refeições mais calóricas durante o dia, especialmente ao pequeno-almoço e ao almoço, e que se evitem os alimentos ultra-processados ou ricos em hidratos de carbono à noite.
Por Sérgio Parra in https://www.nationalgeographic.pt
ALERTA PCE - CST
Talvez não tenhas estado atenta/o, mas os mares da Madeira estiveram em destaque ao longo deste ano!!!
Fundo do mar traz tecnologia de ponta e especialistas internacionais à ilha da Madeira.
Que espécies se escondem no fundo mar? Como se comportam e de que vivem? Qual o papel das alforrecas, animais sensíveis e difíceis de capturar com redes, na teia alimentar que controla toda a comunidade? Que importância podem ter para a ciência e a exploração do fundo do mar? Para responder a estas e outras questões, 22 cientistas internacionais embarcam amanhã na exclusiva expedição MSM126. Munidos de sofisticados sistemas de captação de imagem, redes especiais e um robot de águas profundas, partem na esperança de ficar a conhecer esta delicada espécie a fundo e, quem sabe?, trazer grandes novidades. O MARE – Centro de Ciências do Mar e do Ambiente é o único parceiro português da expedição.
O mar profundo em torno da Madeira é o menos explorado na Macaronésia (grupos de ilhas no Atlântico Norte, perto da Europa e de África). Sabemos que é essencial para o ciclo do carbono e para os ciclos dos nutrientes que sustentam a vida subaquática (e também na terra) e são estes ciclos que mitigam as alterações climáticas, mas também sabemos que são águas permanentemente ameaçadas pela pressão humana e pelo aumento das temperaturas. Expedições científicas de fundo são essenciais para o alargamento de conhecimento e para o desenvolvimento de estratégias proteção para estes sistemas”, conclui.
Para atenuar este desconhecimento, uma expedição internacional com especialistas de diferentes áreas de investigação parte amanhã do porto do Funchal para explorar os habitats subaquáticos e a biodiversidade em volta da ilha. Bastante exclusiva, é a quinta expedição do género dos últimos 50 anos, na região.
Coordenada pelo GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel, para além do MARE-Madeira/ARDITI, a expedição conta com a participação de referências como o Smithsonian Institution’s National Museum of Natural History, a Universidade do Sul da Dinamarca e a Universidade de Hamburgo.
A bordo do RV Maria S. Merian, os 22 investigadores vão recorrer a uma vasta gama de instrumentos e tecnologia de última geração, incluindo deteção remota, sistemas de captação de imagem, um robot de águas profundas, sensores oceanográficos e um sistema de redes.
“Uma das prioridades desta expedição é compreender o papel das alforrecas na cadeia alimentar oceânica. Por serem muito frágeis e difíceis de capturar intactas, são para nós um enigma”, começa por explicar João Canning-Clode, coordenador do MARE-Madeira. Com recurso aos instrumentos a bordo, os investigadores procurarão alargar o seu conhecimento sobre as alforrecas e outros seres, ao mesmo tempo que acarretam a esperança da descoberta de novas espécies.
Extremamente frágeis, as alforrecas são espécies muito difíceis de estudar – por se tratar de um processo minucioso, o ato da captura está quase sempre comprometido. Sabe-se, por isso, pouco sobre o seu impacto no ecossistema e na teia alimentar. Esta dificuldade é particularmente real no caso das águas profundas onde, para além das alforrecas, ainda existe muito por explorar.
Como vai beneficiar Portugal desta expedição?
Com cerca de um mês de duração, esta jornada é uma das cinco expedições de alto mar com vista ao estudo das águas da Madeira nos últimos 50 anos. Na região, é também a viagem mais longa até hoje e por isso uma excelente oportunidade para ficarmos a saber mais sobre habitats únicos no fundo do mar e sobre as espécies que habitam ao redor da ilha.
Esta expedição permitirá, ainda, posicionar a Madeira, reforçar parcerias internacionais e apostar no desenvolvimento de experiências, na captação de investimento e na criação de novas oportunidades.
Artigo de 9 de fevereiro de 2024, por Inês Gromicho in https://www.ambientemagazine.com
ATUALIDADE 4
O Prémio Nobel da Química 2024 foi para o estudo do código secreto das proteínas
Através da computação e da Inteligência Artificial, os cientistas David Baker, Demis Hassabis e John M. Jumper dedicaram a sua investigação a decifrar a estrutura destas ferramentas químicas da vida.
Após várias horas de suspense, a decisão foi anunciada. Nesta quarta-feira, 9 de Outubro, o Comité Nobel – a entidade organizadora da cerimónia que, desde o início do século XX, reconhece os trabalhos que "mais beneficiaram a humanidade" nas disciplinas de Medicina, Física, Química, Literatura, Paz e Economia – anunciou os vencedores do Prémio Nobel da Química. Nos dois casos, as tecnologias tiveram um papel preponderante.
Segundo o comunicado de imprensa hoje divulgado pela Real Academia Sueca de Ciências, David Baker foi reconhecido "pela concepção computacional de proteínas", um "feito quase impossível". Já Demis Hassabis e John M. Jumper foram premiados "pela previsão da estrutura das proteínas", que resolve um problema com cinco décadas. "Uma das descobertas reconhecidas este ano diz respeito à construção de proteínas extraordinárias. A outra tem a ver com a realização de um sonho com 50 anos: prever as estruturas das proteínas a partir das suas sequências de aminoácidos. Ambas as descobertas abrem vastas possibilidades", afirmou Heiner Linke, Presidente do Comité Nobel da Química.
O comunicado sublinha ainda a importância de atribuir o prémio a este tipo de investigação. Há muito que a comunidade científica procura compreender o mundo das proteínas, "as ferramentas químicas da vida". Neste sentido, os contributos de Baker, Hassabis e Jumper são fundamentais para a realização desse sonho, que, segundo a organização, "está agora ao nosso alcance".
Além disso, o Comité destaca o grande potencial que as descobertas reconhecidas podem ter: desde o fabrico de novos nanomateriais até ao desenvolvimento mais rápido de medicamentos e vacinas específicos. Sem esquecer a possibilidade de transformar a indústria química num sector mais ecológico.
Na edição anterior, o Nobel da Química foi atribuído a Moungi Bawendi, Louis Brus e Alexei Ekimov pela descoberta e síntese de pontos quânticos, fundamentais na área da nanotecnologia. Quanto à sua aplicação, a organização explicou que "são utilizados em luzes LED e ecrãs de televisão e podem ser utilizados para guiar os cirurgiões na remoção de tecidos tumorais".
Ao longo da história, este prémio foi também recebido por químicos famosos como Marie Curie (1911), Linus Pauling (1954) e Dorothy Hodgkin (1964). Frédéric Joliot (genro do famoso casal Curie) é a pessoa mais jovem a receber o prémio, com 35 anos. E John B. Goodenough, que o ganhou com 97 anos, em 2019, é o vencedor mais velho.
Por Constanza Vacas in https://www.nationalgeographic.pt
ATUALIDADE 3
Nobel da Física distingue investigação sobre aprendizagem automática
John J. Hopfield e Geoffrey E. Hinton receberam o prémio por utilizarem ferramentas da física para criar métodos fundamentais no processo de aprendizagem automática com redes neuronais artificiais.
O Prémio Nobel da Física 2024 foi atribuído a John J. Hopfield e Geoffrey E. Hinton "pelas descobertas e invenções fundamentais que permitem a aprendizagem automática [machine learning] com redes neuronais artificiais".
O veredicto foi anunciado nesta terça-feira, 8 de Outubro, pelo Comité Nobel, o órgão de professores universitários e especialistas que, desde 1901, reconhece as mentes mais brilhantes em cada disciplina – medicina, física, química, literatura, paz e economia – e que atribuiu ontem o Prémio Nobel da Medicina 2024.
A investigação sobre aprendizagem automática, fundamental para a Inteligência Artificial, está na base do reconhecimento destes dois cientistas, o primeiro americano e o segundo anglo-canadiano: "O trabalho dos laureados já nos proporcionou grandes benefícios. Na física, utilizamos redes neuronais artificiais numa vasta gama de áreas, como o desenvolvimento de novos materiais com propriedades específicas", afirmou Ellen Moons, Presidente do Comité Nobel da Física, esta manhã.
Tanto Hopfield como Hinton foram distinguidos pelos seus contributos para o desenvolvimento de redes neuronais artificiais desde a década de 1980. O Comité Nobel considera que o seu trabalho lançou as bases para o início, em 2010, da revolução da aprendizagem automática.
John J. Hopfield, actualmente professor na Universidade de Princeton (EUA), "inventou uma rede que utiliza um método para armazenar e recriar padrões", explica a organização. Esta rede, conhecida como rede de Hopfield, "trabalha passo a passo para encontrar a imagem armazenada que mais se assemelha à imagem imperfeita com que foi alimentada", criando assim uma poderosa estrutura de armazenamento de informação.
Já Geoffrey E. Hinton, professor na Universidade de Toronto (Canadá), baseou-se nos estudos de Hopfield para construir a máquina de Boltzmann: "um método que pode descobrir independentemente as propriedades dos dados e que se tornou importante para as grandes redes neuronais artificiais utilizadas actualmente".
Um dos aspectos mais interessantes deste prémio tem a ver com a relação entre a física e a aprendizagem automática: este domínio do conhecimento há muito que beneficia das redes neuronais artificiais, de que é exemplo a descoberta da partícula de Higgs em 2012, ou a procura de exoplanetas.
Em 2023, o prémio foi atribuído a Pierre Agostini, Ferenc Krausz e Anne L'Huillier pela sua contribuição para a exploração dos electrões no interior dos átomos e das moléculas. Com a sua investigação, os três mostraram uma forma inovadora de criar impulsos de luz extremamente curtos, úteis para medir os processos rápidos em que os electrões se movem ou mudam de energia.
Por Constanza Vacas in https://www.nationalgeographic.pt
ATUALIDADE: 2
Victor Ambros e Gary Ruvkun venceram Prémio Nobel da Medicina 2024
O Prémio Nobel da Medicina ou Fisiologia 2024 distinguiu a "descoberta do microRNA, uma nova classe de pequenas moléculas de RNA que desempenham um papel crucial na regulação dos genes".
Victor Ambros, da Faculdade de Medicina da Universidade de Massachusetts, e Guy Ruvkun, da Faculdade de Medicina de Harvard, são dois biólogos americanos que se conheceram em 1980, como bolseiros de pós-doutoramento de Robert Horvitz, também galardoado com o Prémio Nobel da Medicina em 2002.
No seu laboratório, estudaram uma lombriga de um milímetro de comprimento, a C. elegans, que descobriram possuir numerosos tipos de células especializadas. A partir desta evidência, aperceberam-se de que o pequeno animal poderia servir de modelo para investigar a forma como os tecidos se desenvolvem e amadurecem em organismos multicelulares.
Iniciaram uma investigação que deu os seus primeiros frutos em 1993, quando descobriram um novo princípio de regulação dos genes, mediado por um tipo de ARN até então desconhecido: o microARN. Os resultados do estudo foram publicados na altura na revista Cell e hoje, 31 anos depois, são reconhecidos pela comunidade científica: "Os microRNAs estão a revelar-se fundamentalmente importantes para o desenvolvimento e funcionamento dos organismos", afirmou o Comité Nobel para justificar o prémio.
Em 2023, o prémio foi atribuído a Katalin Karikó e Drew Weissman, pela sua investigação sobre a utilização de ARN mensageiro para o desenvolvimento de vacinas contra a Covid-19. Em termos históricos, este prémio também foi recebido por figuras de proa como Emil Adolf von Behring, Alexander Fleming, Egas Moniz e Gerty Cori.
A semana do Nobel de 2024 prolongar-se-á até 14 de Outubro e decorrerá da seguinte forma:
- Na terça-feira, 8 de Outubro, às 10h45, será anunciado o Prémio Nobel da Física.
- Na quarta-feira, 9 de Outubro, às 10h45, será anunciado o Prémio Nobel da Química.
- Na quinta-feira, 10 de Outubro, às 12h00, será anunciado o Prémio Nobel da Literatura.
- Na sexta-feira, 11 de Outubro, às 10h00, será anunciado o Prémio Nobel da Paz.
- Na segunda-feira, 14 de Outubro, às 10h45, será anunciado o Prémio Nobel da Economia.
Por Constanza Vacas in https://www.nationalgeographic.pt
ATUALIDADE: 1
Transplante de células estaminais permite a doente com diabetes voltar a produzir insulina
Uma doente de 25 anos conseguiu produzir a sua própria insulina após um transplante inovador de células estaminais reprogramadas do seu próprio corpo, o que constitui um marco na luta contra a diabetes tipo 1.
A diabetes é uma doença crónica que afecta mais de 537 milhões de pessoas em todo o mundo, e a sua prevalência continua a aumentar devido ao envelhecimento da população, ao sedentarismo e a dietas pouco saudáveis. Segundo a Sociedade Portuguesa de Diabetologia, em 2018 a prevalência de diabetes em adultos entre os 20 e 79 anos no nosso país era estimada em cerca de 14%.
Agora, num passo sem precedentes no campo da medicina regenerativa, uma mulher de 25 anos, residente em Tianjin, na China, surpreendeu a comunidade científica ao começar a produzir insulina naturalmente menos de três meses depois de receber um transplante de células estaminais reprogramadas.
O primeiro caso do mundo
Os cientistas por detrás desta descoberta extraíram células adiposas do corpo do doente, reprogramaram-nas para se tornarem células estaminais pluripotentes e depois diferenciaram-nas em células produtoras de insulina. Após o auto-transplante, o corpo do doente aceitou as novas células sem qualquer sinal de resistência. Este tratamento pioneiro oferece uma esperança renovada porque, como se trata de um transplante autólogo, não há necessidade de imunossupressores e não há risco de rejeição do órgão.
Esta operação pioneira, cujos resultados foram publicados na prestigiada revista Cell, oferece uma esperança renovada aos milhões de pessoas que vivem com esta doença debilitante.
Menos riscos
Um dos aspectos mais impressionantes é o facto de o procedimento não exigir qualquer edição genética. A manipulação directa do genoma em terapias médicas tem suscitado preocupações quanto aos riscos biológicos, mas, neste caso, esse perigo é eliminado. Além disso, ao não ter de utilizar medicamentos para evitar a rejeição, a doente foi poupada aos efeitos secundários associados a esses medicamentos, melhorando assim a sua qualidade de vida.
A equipa liderada por Deng Hongkui, biólogo celular da Universidade de Pequim, optou por expor as células a pequenas moléculas, controlando o processo com maior precisão.
Desta forma, conseguiram transformar células de pacientes com diabetes tipo 1 em células pluripotentes, capazes de gerar qualquer tipo de tecido, incluindo ilhotas pancreáticas produtoras de insulina.
O transplante, realizado em Junho de 2023, durou menos de meia hora. Cerca de 1,5 milhões de ilhotas foram injectadas nos músculos abdominais da mulher, uma técnica inovadora que permite monitorizar os ilhéus por ressonância magnética, algo que não é possível quando são implantados no fígado, como é mais comum.
Dois meses e meio depois, a paciente começou a produzir insulina de forma autónoma, libertando-a da necessidade de injecções diárias. Ao longo do dia, os níveis de glucose no sangue da doente mantiveram-se dentro do intervalo óptimo 98% do tempo, eliminando os perigosos picos e quedas de açúcar no sangue.
Desafios a longo prazo
No entanto, esta intervenção não está isenta de desafios. A diabetes tipo 1 é, antes de mais, uma doença autoimune. Isto significa que o sistema imunitário do doente atacou previamente as suas próprias células beta produtoras de insulina. A grande questão é saber se, com o tempo, o sistema imunitário voltará a atacar estas células recentemente transplantadas, anulando os efeitos positivos da intervenção. Isto será crucial para determinar se a terapia é durável e viável para mais pacientes no futuro.
Além disso, até à data, só foi aplicada a um único doente. Embora os resultados preliminares sejam encorajadores, são ainda necessários mais estudos e casos para obter uma imagem mais completa da eficácia e segurança desta abordagem. Pessoas diferentes podem reagir de forma diferente ao transplante, pelo que não se pode excluir a possibilidade de efeitos adversos ou complicações noutras pessoas.
O custo da terapia também suscita preocupações. Uma vez que se trata de um procedimento personalizado, que implica a reprogramação de células de cada doente, não se prevê que seja acessível a todos, pelo menos num futuro próximo. Além disso, ainda não é claro quanto tempo as células transplantadas permanecerão activas; será um tratamento para toda a vida ou será necessário repetir o processo de poucos em poucos anos? As respostas a estas questões continuam a ser um enigma.
Por Sérgio Parra in https://www.nationalgeographic.pt