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Ciência

Descoberta primeira molécula fractal da natureza

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Descoberta primeira molécula fractal da natureza

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.”

Descoberta primeira molécula fractal da natureza

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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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.

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.”

Descoberta primeira molécula fractal da natureza

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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1 Comentário

1 Comentário

  1. lista escape room

    28 de junho de 2024 no 20:21

    Very nice post and right to the point. I am not sure if this is in fact the best
    place to ask but do you people have any thoughts on where to hire some professional writers?

    Thanks in advance 🙂 Escape room

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Ciência

Alunos de engenharia da UFRJ vencem competição internacional nos EUA

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Disputa reuniu estudantes de 32 países

Alunos do curso de engenharia do petróleo da Escola Politécnica da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) conquistaram o bicampeonato do Petrobowl Championship nesta segunda-feira (23) durante competição mundial realizada em Nova Orleans, nos Estados Unidos.

O campeonato é organizado pela Society of Petroleum Engineers (SPE), uma das maiores organizações de engenheiros, gestores e outros profissionais da indústria de óleo e gás.

A competição contou com estudantes de 32 países de todos os continentes. A equipe da Politécnica foi a única representante brasileira.

A equipe formada pelos estudantes Bruno de Almeida Leite, Gilles Garcia Dias, Matheus Bernadaro Dutra, Karina Policarpo dos Santos e Yan Nascimento Furtado venceu competidores da Indonésia na final. A conquista rendeu aos alunos o prêmio de US$ 5 mil, o equivalente a cerca de R$ 27 mil.

Criado em 2002, o campeonato se tornou global em 2014 e atualmente confronta as equipes com perguntas técnicas e não técnicas relacionadas à indústria do petróleo, em formato de quiz, ou seja, precisam ser respondidas rapidamente.

Essa é segunda conquista da UFRJ, que já havia sido vencedora da edição de 2016, disputada em Dubai, nos Emirados Árabes Unidos.

Das dez edições realizadas desde 2015, quando passou a admitir concorrentes de fora dos Estados Unidos, quatro foram vencidas pela americana University of Oklahoma; quatro pela mexicana Universidad Nacional Autónoma de México, além de duas pela UFRJ.


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Brasil

Anvisa proíbe medidor de pressão e termômetro com coluna de mercúrio

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Resolução publicada no Diário Oficial da União desta terça-feira

A Agência Nacional de Vigilância Sanitária (Anvisa) proibiu, em todo o território brasileiro, a fabricação, importação, comercialização e o uso em serviços de saúde de termômetros e esfigmomanômetros (medidores de pressão arterial) com coluna de mercúrio. A resolução foi publicada nesta terça-feira (24) no Diário Oficial da União.

Os equipamentos abrangidos pela resolução têm uma coluna transparente contendo mercúrio e finalidade de aferir valores de temperatura corporal e pressão arterial, indicados para uso em diagnóstico em saúde. A proibição não se aplica a produtos para pesquisa, calibração de instrumentos ou uso como padrão de referência.Ainda de acordo com a resolução, termômetros e esfigmomanômetros com coluna de mercúrio que forem retirados de uso devem seguir as Boas Práticas de Gerenciamento de Resíduos de Serviços de

Entenda

Em 2022, a diretoria colegiada da Anvisa aprovou, em reunião pública, iniciativa regulatória sobre o tema, atendendo a uma demanda da Convenção de Minamata, ocorrida no Japão em 2013 e da qual o Brasil é signatário. Pela convenção, o mercúrio deveria ter seu uso reduzido em todo o mundo até 2020.

O metal pesado, segundo a agência, não representa perigo direto para usuários de termômetros ou de medidores de pressão, mas configura perigoso agente tóxico no meio ambiente quando descartado. A Anvisa destaca ainda que esses equipamentos já contam com alternativas de mercado que não utilizam coluna de mercúrio.

“Termômetros e esfigmomanômetros digitais são produtos para a saúde de uso difundido no Brasil e possuem as mesmas indicações clínicas que os que contém mercúrio. Esses dispositivos também possuem a sua precisão avaliada compulsoriamente pelo Sistema Brasileiro de Avaliação da Conformidade e são ambientalmente mais sustentáveis.”


Fonte: Agencia Brasil

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Brasil

Pesquisadores criam modelo que prevê deslizamentos em São Sebastião

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Projeto da USP identificou mil pontos de risco durante as chuvas

Um inventário produzido por pesquisadores dos institutos de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG) e de Geociências (IGc) da Universidade de São Paulo (USP) identificou mil pontos de escorregamento de solo na cidade de São Sebastião, no litoral norte paulista. O levantamento foi feito usando imagens aéreas feitas logo após desastre ocorrido por causa das fortes chuvas em fevereiro de 2013, que provocou a morte de 64 pessoas.

O inventário que mapeou os pontos de deslizamento no município foi publicado no Brazilian Journal of Geology e ficarão também disponíveis no Zenodo, um repositório de publicações e informações de acesso aberto criado para facilitar o compartilhamento de dados e software.

Em entrevista à Agência Brasil, o coordenador do projeto e professor do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (IAG/USP), Carlos Henrique Grohmann, disse que a maior parte desses pontos de escorregamento não estão em áreas urbanas, mas são importantes de serem identificados para orientar políticas públicas para a região.

“Em fevereiro do ano passado choveu absurdamente em São Sebastião. Foram 683 milímetros (mm) em menos de 15 horas, o que é mais ou menos metade do que se espera para o verão inteiro. Choveu em uma noite o que se espera para os três meses de verão. Então teve muito escorregamento”, explicou o professor. De acordo com Grohmann, como foi uma chuva muito fora do padrão, não só em volume, mas também muito concentrada, o solo não aguentou, encharcado. “Escorregou em cima das áreas urbanas, das áreas de ocupação regular e teve também muitos escorregamentos fora. Mas esse foi o lado menos pior: a maioria dos escorregamentos estão fora de áreas habitadas”, explicou..

Os deslizamentos são processos geológicos comuns em regiões montanhosas, especialmente com clima tropical, como na Serra do Mar, onde está localizada a cidade de São Sebastião. “Na região [do litoral norte paulista], onde há morros com declividade alta, muito inclinados, a chance de escorregar é grande. E você junta isso a chuvas mais fortes, mais concentradas, de grande volume. Se chover mais, vai escorregar mais. Então, entender onde pode escorregar pode ser importante para os planejamentos [de políticas públicas]”, disse o pesquisador.

Segundo ele, o projeto que a USP está desenvolvendo procura mapear principalmente essas áreas propensas a escorregamentos que estão em áreas naturais, já que as áreas urbanas já foram mapeadas. “As áreas urbanas já estão mapeadas como áreas de risco. Agora as áreas naturais, as áreas não habitadas, onde será que pode escorregar? Essa é uma análise que a gente chama de suscetibilidade a escorregamento”, falou.

Mapeamento de melhor precisão

As áreas naturais – e não habitadas – só conseguiam ser mapeadas após a ocorrência de um escorregamento. Então, foi preciso uma grande quantidade de escorregamentos para que elas pudessem ser mapeadas. “A gente olha onde aconteceu o escorregamento e olha como é o terreno. E aí, usando essas características, a gente tenta mapear outros lugares com características similares para dizer: ‘esse lugar também é um lugar que pode um dia escorregar se chover bastante’”, explicou o professor.

Mas agora, esse mapeamento poderá ser feito de forma diferente e com maior exatidão. Em uma parceria feita com o Instituto Geográfico e Cartográfico de São Paulo (IGC-SP), com apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), a cidade de São Sebastião poderá ser mapeada com uma tecnologia chamada Light Detection and Ranging (LiDAR), feita por meio de um avião ou helicóptero com um sensor laser acoplado. Essa tecnologia usa luz na forma de laser pulsado para medir alcances (distâncias) da Terra, obtendo dados com alta precisão.

“Você tem uma precisão muito grande, um nível de detalhe muito grande também. E isso a gente não tinha antes. Aí veio o diferencial. Até hoje, a gente só tem dados que mostram como é o relevo, com menos detalhes. Agora, com esse laser, a gente vai conseguir fazer e ver a topografia com pixel na casa de um metro. Quer dizer que ela vai ficar mais precisa, vai melhorar muito o nível de detalhe de como vemos a superfície e o relevo”, disse Grohmann. “E então vamos criar um modelo baseado nos dados do escorregamento de São Sebastião. E como a região da Serra do Mar é muito parecida em termos da própria morfologia, o tipo de morro, a chuva, a vegetação, então será possível expandir esse modelo para outras áreas da Serra do Mar”.

Em São Sebastião, o último levantamento divulgado pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) mostra que o município tinha cerca de 2,2 mil casas em 21 áreas de risco de deslizamento em 2018. O órgão foi contratado em fevereiro deste ano pela prefeitura para atualizar esse mapa de risco após a tragédia.

Por meio de nota, a prefeitura de São Sebastião disse que não foi procurada ainda pelo grupo de estudo para colaborar com a pesquisa, mas “entende que é de extrema importância uma análise detalhada de um grupo tão importante quando este, formado pela USP” e que está aberta para colaborar, junto com sua Defesa Civil.

A administração municipal também informou que tem realizado ações para evitar novas tragédias, como a que ocorreu no ano passado. “Mas independente dessa análise, desde o começo do ano, o IPT está no município para fazer a atualização das áreas de risco uma vez que a tragédia mudou o perfil registrado anteriormente. Lembrando que a medida faz parte da revisão do Plano Municipal de Redução de Risco (PMRR). Paralela a essas ações, a prefeitura, por meio da Defesa Civil, tem realizado simulados em áreas conhecidas por isso como forma de preparação da comunidade – foram nove em 2013 e sete neste ano”, destacou a prefeitura, em nota.

Além disso, escreveu o município, uma parceria feita com o governo estadual possibilitou a implantação de uma sirene na Vila Sahy, bairro que foi o mais afetado pela catástrofe do ano passado, e a criação de uma estação meteorológica em Ilhabela para melhorar as previsões do tempo na região. Há também uma parceria feita com o governo federal para a implantação do programa Defesa Civil Alerta, que visa acionar os celulares de moradores da cidade sobre como agir na iminência de um desastre climático.

“O município fez a recuperação das áreas atingidas com investimento que ultrapassam os R$ 200 milhões e, por meio da Secretaria de Educação, tem levado a prevenção para dentro das escolas, trabalhando com os alunos sobre riscos e formas de prevenção e evacuação, pois as crianças são multiplicadores dentro de casa”, completou a prefeitura.


Fonte: Agencia Brasil

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