Citrato sintase das cianobactérias, a primeira molécula fractal natural que se conhece
Beleza matemática da natureza
Uma equipe internacional de pesquisadores descobriu por acaso o primeiro fractal molecular regular da natureza.
É uma enzima microbiana – a citrato sintase de uma cianobactéria – que forma espontaneamente um padrão conhecido como triângulo de Sierpinski, uma série de triângulos compostos de triângulos menores que se repete ao infinito.
Esta que é uma das formas elementares da geometria fractal, foi descrita em 1915 pelo matemático polonês Waclaw Franciszek Sierpinski (1882-1969). Até agora, porém, era uma estrutura puramente matemática, construída por meio de algoritmos, nunca tendo sido documentada sua existência natural.
Flocos de neve, folhas de samambaia, cabeças de couve-flor são alguns exemplos de estruturas da natureza que apresentam certa regularidade, com suas partes individuais lembrando o formato de toda a estrutura. Essas formas, que se repetem do maior para o menor, são chamadas de fractais. O triângulo de Sierpinski, por sua vez, tem características muito especiais: Ele é autossemelhante, o que significa que cada parte é idêntica ao todo, ele não perde sua definição inicial à medida que é ampliado, tem tantos pontos quanto o conjunto dos números reais etc.
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Fractais regulares assim, que correspondem quase exatamente entre escalas, são muito raros na natureza. Isto é um tanto surpreendente porque as moléculas podem se montar, sobretudo espontaneamente, em todos os tipos de formas. Existem extensos catálogos de estruturas moleculares automontadas, algumas maravilhosas, mas nunca houve o registro de um fractal regular entre elas.
“Nós tropeçamos nesta estrutura completamente por acidente e quase não pudemos acreditar no que vimos quando tiramos imagens dela pela primeira vez usando um microscópio eletrônico,” disse Franziska Sendker, do Instituto Max Planck de Marburg, na Alemanha. “A proteína forma estes lindos triângulos e, à medida que o fractal cresce, vemos estes vazios triangulares cada vez maiores no meio deles, o que é totalmente diferente de qualquer conjunto de proteínas que já vimos antes.”
Muitas estruturas fractais, como em nuvens ou deltas de rios (acima), são criadas por processos aleatórios e não seguem uma fórmula matemática exata; um leito de rio menor não corresponde exatamente à estrutura do canal maior do qual se ramifica. As samambaias (canto inferior esquerdo) e a couve-flor, por outro lado, são exemplos de fractais regulares. [Imagem: Georg Hochberg/MPI f. Terrestrial Microbiology]
Assimetria leva à formação do fractal
Com a estrutura natural em mãos, a equipe então conseguiu descobrir como essa proteína consegue se agrupar em um fractal: Normalmente, quando as proteínas se automontam, o padrão é altamente simétrico, com cada cadeia proteica individual adotando o mesmo arranjo em relação às suas vizinhas. Essas interações simétricas sempre levam a padrões que se tornam suaves em grandes escalas.
A chave para a proteína fractal é que sua montagem viola esta regra de simetria: Diferentes cadeias de proteínas fazem interações ligeiramente diferentes em diferentes posições do fractal. Esta é a base para a formação do triângulo de Sierpinski, com os seus grandes vazios internos, em vez de uma rede regular de moléculas.
E será que essa montagem quase artística desempenha alguma função útil? “A automontagem é frequentemente usada pela evolução para regular enzimas, mas neste caso a cianobactéria em que esta enzima é encontrada não parece se importar muito se a sua citrato sintase pode ou não se reunir em um fractal,” disse o professor Georg Hochberg, membro da equipe.
Para comprovar isto, eles manipularam geneticamente a bactéria para impedir a formação do fractal, e a cianobactéria cresceu normalmente em uma variedade de ambientes.”Embora nunca possamos ter certeza absoluta das razões pelas quais as coisas aconteceram no passado [evolutivo], este caso em particular tem todas as armadilhas de uma estrutura biológica aparentemente complexa que simplesmente surgiu sem nenhuma boa razão, porque era simplesmente muito fácil de evoluir,” propõe Hochberg.
Por outro lado, o fato de algo de aparência tão complexa e bela como um fractal molecular poder emergir tão facilmente na evolução sugere que mais surpresas e muita beleza podem ainda estar escondidas em conjuntos moleculares de muitas biomoléculas até agora não descobertos.
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Bibliografia:
Artigo: Emergence of fractal geometries in the evolution of a metabolic enzyme Autores: Franziska L. Sendker, Yat Kei Lo, Thomas Heimerl, Stefan Bohn, Louise J. Persson, Christopher-Nils Mais, Wiktoria Sadowska, Nicole Paczia, Eva Nußbaum, María del Carmen Sánchez Olmos, Karl Forchhammer, Daniel Schindler, Tobias J. Erb, Justin L. P. Benesch, Erik G. Marklund, Gert Bange, Jan M. Schuller, Georg K. A. Hochberg Revista: Nature DOI: 10.1038/s41586-024-07287-2
Citrato sintase das cianobactérias, a primeira molécula fractal natural que se conhece
Beleza matemática da natureza
Uma equipe internacional de pesquisadores descobriu por acaso o primeiro fractal molecular regular da natureza.
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Esta que é uma das formas elementares da geometria fractal, foi descrita em 1915 pelo matemático polonês Waclaw Franciszek Sierpinski (1882-1969). Até agora, porém, era uma estrutura puramente matemática, construída por meio de algoritmos, nunca tendo sido documentada sua existência natural.
Flocos de neve, folhas de samambaia, cabeças de couve-flor são alguns exemplos de estruturas da natureza que apresentam certa regularidade, com suas partes individuais lembrando o formato de toda a estrutura. Essas formas, que se repetem do maior para o menor, são chamadas de fractais. O triângulo de Sierpinski, por sua vez, tem características muito especiais: Ele é autossemelhante, o que significa que cada parte é idêntica ao todo, ele não perde sua definição inicial à medida que é ampliado, tem tantos pontos quanto o conjunto dos números reais etc.
Fractais regulares assim, que correspondem quase exatamente entre escalas, são muito raros na natureza. Isto é um tanto surpreendente porque as moléculas podem se montar, sobretudo espontaneamente, em todos os tipos de formas. Existem extensos catálogos de estruturas moleculares automontadas, algumas maravilhosas, mas nunca houve o registro de um fractal regular entre elas.
“Nós tropeçamos nesta estrutura completamente por acidente e quase não pudemos acreditar no que vimos quando tiramos imagens dela pela primeira vez usando um microscópio eletrônico,” disse Franziska Sendker, do Instituto Max Planck de Marburg, na Alemanha. “A proteína forma estes lindos triângulos e, à medida que o fractal cresce, vemos estes vazios triangulares cada vez maiores no meio deles, o que é totalmente diferente de qualquer conjunto de proteínas que já vimos antes.”
Muitas estruturas fractais, como em nuvens ou deltas de rios (acima), são criadas por processos aleatórios e não seguem uma fórmula matemática exata; um leito de rio menor não corresponde exatamente à estrutura do canal maior do qual se ramifica. As samambaias (canto inferior esquerdo) e a couve-flor, por outro lado, são exemplos de fractais regulares. [Imagem: Georg Hochberg/MPI f. Terrestrial Microbiology]
Assimetria leva à formação do fractal
Com a estrutura natural em mãos, a equipe então conseguiu descobrir como essa proteína consegue se agrupar em um fractal: Normalmente, quando as proteínas se automontam, o padrão é altamente simétrico, com cada cadeia proteica individual adotando o mesmo arranjo em relação às suas vizinhas. Essas interações simétricas sempre levam a padrões que se tornam suaves em grandes escalas.
A chave para a proteína fractal é que sua montagem viola esta regra de simetria: Diferentes cadeias de proteínas fazem interações ligeiramente diferentes em diferentes posições do fractal. Esta é a base para a formação do triângulo de Sierpinski, com os seus grandes vazios internos, em vez de uma rede regular de moléculas.
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E será que essa montagem quase artística desempenha alguma função útil? “A automontagem é frequentemente usada pela evolução para regular enzimas, mas neste caso a cianobactéria em que esta enzima é encontrada não parece se importar muito se a sua citrato sintase pode ou não se reunir em um fractal,” disse o professor Georg Hochberg, membro da equipe.
Para comprovar isto, eles manipularam geneticamente a bactéria para impedir a formação do fractal, e a cianobactéria cresceu normalmente em uma variedade de ambientes.”Embora nunca possamos ter certeza absoluta das razões pelas quais as coisas aconteceram no passado [evolutivo], este caso em particular tem todas as armadilhas de uma estrutura biológica aparentemente complexa que simplesmente surgiu sem nenhuma boa razão, porque era simplesmente muito fácil de evoluir,” propõe Hochberg.
Por outro lado, o fato de algo de aparência tão complexa e bela como um fractal molecular poder emergir tão facilmente na evolução sugere que mais surpresas e muita beleza podem ainda estar escondidas em conjuntos moleculares de muitas biomoléculas até agora não descobertos.
Bibliografia:
Artigo: Emergence of fractal geometries in the evolution of a metabolic enzyme Autores: Franziska L. Sendker, Yat Kei Lo, Thomas Heimerl, Stefan Bohn, Louise J. Persson, Christopher-Nils Mais, Wiktoria Sadowska, Nicole Paczia, Eva Nußbaum, María del Carmen Sánchez Olmos, Karl Forchhammer, Daniel Schindler, Tobias J. Erb, Justin L. P. Benesch, Erik G. Marklund, Gert Bange, Jan M. Schuller, Georg K. A. Hochberg Revista: Nature DOI: 10.1038/s41586-024-07287-2
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Segundo pesquisadores, a larva-da-farinha pode mastigar o poliestireno e hospedar bactérias que ajudam a quebrar o plástico
O acúmulo de plástico na natureza é um grande problema. E a solução pode estar em um pequeno inseto recém descoberto no Quênia. Segundo pesquisadores, a larva-da-farinha pode mastigar o poliestireno e hospedar bactérias em seus intestinos que ajudam a quebrar o material.
Comumente conhecido como isopor, este é um material plástico amplamente utilizado em embalagens alimentícias, eletrônicas e industriais. Ele é difícil de quebrar e, portanto, durável. Já os métodos tradicionais de reciclagem são caros e podem criar poluentes.
Esta é a primeira espécie nativa da África capaz de tal façanha
Durante experimento que durou de mais de um mês, pesquisadores alimentaram as larvas apenas com poliestireno ou com farelo (um alimento rico em nutrientes). A terceira opção foi uma combinação das duas anteriores.
O resultado é que os insetos que receberam poliestireno e farelo sobreviveram em taxas mais altas. Além disso, conseguiram comer o plástico de forma mais eficiente.
Segundo os pesquisadores, embora a dieta com apenas poliestireno tenha mantido as larvas vivas, elas não absorveram nutrientes suficientes para quebrar o poliestireno. Essa descoberta reforçou a importância de uma dieta balanceada para que os animais consumam e degradem o plástico de maneira ideal.
Ainda de acordo com os cientistas, os insetos podem estar comendo o poliestireno porque ele é composto principalmente de carbono e hidrogênio, o que pode fornecer uma fonte de energia. As informações foram publicadas no The Conversation por Fathiya Khamis, cientista do Centro Internacional de Fisiologia e Ecologia de Insetos do Quênia.
Bactérias seriam responsáveis pela capacidade de comer plástico
O estudo ainda identificou que as entranhas de larvas alimentadas com poliestireno contêm níveis mais altos de Proteobacteria e Firmicutes, bactérias que podem se adaptar a vários ambientes e decompor uma ampla gama de substâncias complexas.
A abundância destas bactérias indica que elas desempenham um papel crucial na quebra do plástico.
Isso pode significar que a larva-da-farinha pode não ter naturalmente a capacidade de comer o material.
Em vez disso, quando eles começam a ingerir plástico, as bactérias em seus intestinos podem mudar para ajudar a quebrá-lo.
Essas descobertas apoiam a hipótese de que o intestino de certos insetos pode permitir a degradação do plástico.
Por isso, pesquisadores defendem que isolar essas bactérias e as enzimas produzidas por elas pode ajudar a criar soluções microbianas para degradar os resíduos plásticos em maior escala.
Pesquisadores descobrem que as células estreladas do cérebro interagem com neurônios para formar e acessar memórias
Pesquisas recentes de cientistas do Baylor College of Medicine revelaram novas percepções sobre como as memórias são armazenadas e recuperadas no cérebro, desafiando a visão tradicional de que apenas redes neuronais são responsáveis por esses processos.
O estudo, publicado na revista Nature, foca nas células estreladas do cérebro, os astrócitos, que funcionam como “caixas de armazenamento” microscópicas para as memórias. Esses astrócitos interagem com grupos específicos de neurônios chamados engramas, responsáveis por gerenciar e recuperar memórias sob demanda.
Até recentemente, acreditava-se que apenas os neurônios eram responsáveis pela formação e recuperação das memórias. No entanto, o estudo liderado pelo Dr. Benjamin Deneen, professor do Baylor, mostrou que os astrócitos têm um papel essencial no processo.
O estudo, publicado na revista Nature, foca nas células estreladas do cérebro, os astrócitos, que funcionam como “caixas de armazenamento” microscópicas para as memórias. Esses astrócitos interagem com grupos específicos de neurônios chamados engramas, responsáveis por gerenciar e recuperar memórias sob demanda.
Até recentemente, acreditava-se que apenas os neurônios eram responsáveis pela formação e recuperação das memórias. No entanto, o estudo liderado pelo Dr. Benjamin Deneen, professor do Baylor, mostrou que os astrócitos têm um papel essencial no processo.
Mais descobertas do estudo
Em experimentos com camundongos, a equipe observou que a ativação de certos astrócitos, que expressam o gene c-Fos, ocorre quando os camundongos reagem a estímulos de medo.
A ativação desses astrócitos estava fisicamente próxima aos neurônios dos engramas, criando uma conexão funcional entre as células.
A ativação dos astrócitos estimulava a comunicação sináptica nos neurônios, ajudando na recuperação da memória.
A descoberta também envolveu o gene NFIA, anteriormente identificado como importante para a regulação das funções dos astrócitos.
Os pesquisadores descobriram que, quando o NFIA era suprimido nos astrócitos, a memória específica associada ao evento de medo não podia ser recuperada, embora outras memórias permanecessem intactas.
Essas descobertas podem ter implicações importantes para o entendimento e tratamento de condições que afetam a memória, como Alzheimer e Transtorno de Estresse Pós-Traumático (TEPT), sugerindo novas abordagens para entender como memórias são formadas e acessadas, e como interferir em casos de perda ou distorção de memória.
Estudo sugere que o L 98-59 d tem uma atmosfera repleta de dióxido de enxofre e sulfeto de hidrogênio, o que indica a presença de magma
A exploração espacial vai muito além da busca por vida inteligente ou mundos habitáveis. A imensidão do universo nos reserva descobertas fantásticas – e por vezes inacreditáveis. Como é o caso desse planeta sobre o qual falaremos a seguir. Um exoplaneta, na verdade, uma vez que ele fica fora do nosso sistema solar.
O L 98-59 d é uma Super-Terra, ligeiramente maior e mais pesado que a ‘nossa casa’, localizado a 35 anos-luz de distância. Ele foi descoberto em 2019 pelo Telescópio Espacial Tess, da NASA.
O Tess definiu a localização e, mais recentemente, o Telescópio Espacial James Webb começou a entregar dados adicionais sobre o local. Por exemplo, a composição da atmosfera desse exoplaneta.
Utilizando uma técnica chamada de espectroscopia de transmissão, um grupo de cientistas concluiu que o L 98-59 d possui uma camada repleta de dióxido de enxofre e sulfeto de hidrogênio.
Os pesquisadores esperam agora por mais informações do James Webb. Se isso se confirmar, a principal hipótese é que esse seria um exoplaneta composto, basicamente, por vulcões! Algo como Mustafar, que apareceu no Episódio III de Star Wars (naquela luta final entre Obi-Wan e Anakin).
Ah, e para não deixar passar batido, a espectroscopia de transmissão consiste na leitura de assinaturas que cada gás deixa na luz. Trata-se de uma técnica comprovada, que já foi usada para confirmar a presença de CO₂ na atmosfera de outros exoplanetas.
Representação artística do Telescópio Espacial James Webb (JWST), da NASA – Imagem: Dima Zel/Shutterstock
Uma planeta inteiro de vulcões?
Se a equipe estiver certa, o L 98-59 d não teria somente vulcões, mas também oceanos de magma!
A descoberta mostra o quão diferentes podem ser os exoplanetas em relação aos corpos celestes que conhecemos no nosso sistema solar.
Por aqui, as atmosferas de planetas rochosos têm prevalência de vapor de água e de dióxido de carbono.
A atmosfera da Terra, por exemplo, é rica em nitrogênio e oxigênio, com traços de vapor d’água.
Já Vênus tem uma atmosfera espessa dominada por dióxido de carbono.
Até Marte tem uma atmosfera fina dominada por dióxido de carbono.
O L 98-59 d, por sua vez, seria rico em SO₂ e H₂S.
Isso sugere uma atmosfera moldada por processos totalmente diferentes daqueles com os quais estamos familiarizados em nosso sistema solar.
E a principal hipótese é essa superfície fundida ou vulcânica.
Os cientistas suspeitam que esse vulcanismo teria sido impulsionado pelo chamado aquecimento de maré.
A atração gravitacional da estrela hospedeira neste planeta a estica e a comprime conforme ela avança em sua órbita.
Esse movimento pode aquecer o centro do planeta, derretendo seu interior e produzindo erupções vulcânicas extremas e possivelmente até oceanos de magma.
O exoplaneta L 98-59 d tem aproximadamente 1,5 vezes o tamanho da nossa Terra – Imagem: Reprodução/The Open University
Próximos passos do estudo
Se observações futuras do James Webb confirmarem a presença de tal atmosfera, estaremos diante do menor exoplaneta a ter uma atmosfera detectada.
Identificar atmosferas em planetas pequenos e rochosos é extremamente difícil, pois eles são minúsculos em comparação com as estrelas hospedeiras, e também porque a radiação intensa dessas estrelas frequentemente remove as camadas de gás.
A descoberta desse tipo de superfície também seria fantástica para entender melhor a formação do universo. Mundos extremos como esse podem nos ajudar a compreender a diversidade da evolução planetária pela galáxia.
Agora, vale destacar que os próprios cientistas disseram que precisamos esperar pelos novos dados do telescópio espacial. Ou seja, ainda estamos no campo das especulações e análises. E a confirmação ou descarte da existência de um exoplaneta vulcânico deve demorar um bom tempo.
Os cientistas afirmam que, com a atividade vulcânica permanente, o exoplaneta teria temperaturas insuportáveis para as formas de vida que conhecemos – Imagem: Rodrigo Mozelli [gerado com IA]/Olhar Digital
Você pode ler o estudo na íntegra no periódico The Astrophysical Journal Letters. Um dos autores é Agnibha Banerjee, que escreveu um artigo para o site The Conversation.
lista escape room
28 de junho de 2024 at 20:21
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Thanks in advance 🙂 Escape room