domingo, 29 de agosto de 1999

O teste da evolução por meio da 'vida digital'

A perpetuação dos seres vivos se dá pela transmissão de informação genética entre gerações. Segundo a teoria da evolução, a seleção natural ocorre devido a mutações espontâneas de certas características da prole em relação aos pais, que podem vir de diversos fatores, como o aumento de um certo tipo de radiação ultravioleta do Sol, entre outros.

Segundo a teoria da evolução, mutações podem facilitar ou piorar as chances de sobrevivência de uma determinada espécie. O exemplo clássico de seleção natural baseada em mutações é o de um certo tipo de mariposas inglesas, que se tiverem coloração semelhante à das árvores, os pássaros predadores terão maiores dificuldades de atacá-las. Se sua coloração for destoante, serão presas fáceis. Uma população de mariposas claras vivendo em florestas de troncos escuros se beneficiará de uma mutação que as escureça.

Esse argumento tem sido criticado por biólogos que encontraram limitações na análise quantitativa de seus colegas sobre os fatores que influenciam a sobrevivência de mariposas de cores diferentes. Eles afirmam que, como a vida é um fenômeno extremamente organizado, mutações, devido à sua incoerência, têm um efeito devastador para a sobrevivência de uma espécie. Se esses críticos estiverem corretos, os fundamentos da teoria da evolução baseada na seleção natural por meio de mutações devem ser reavaliados.

A questão é como testar de forma controlada o papel das mutações nos seres vivos. Entre as várias alternativas que tradicionalmente envolvem pesquisas com plantas, insetos ou mamíferos, uma nova corrente de experimentos vem despertando grande interesse na comunidade científica. A "vida artificial", ou melhor, a simulação da vida em computadores. Diferentes espécies, ou organismos digitais complexos, são criadas a partir de sequências de informações e instruções de como se reproduzir, usando a "energia" ambiental (o alimento), que, no caso, é o tempo alocado para uma determinada espécie na CPU do computador; quanto mais tempo de CPU, mais energia, e portanto, mais sofisticado pode ser o código de instruções processado por um certo "organismo digital".

No jogo virtual da vida, diferentes criaturas digitais competem pela sobrevivência, simulando as interações em um sistema ecológico no mundo real.

Cada criatura é construída por meio de um determinado código de instruções, comparáveis a sequências de DNA em organismos vivos. As diferentes criaturas digitais competem por mais "energia", isto é, tempo de CPU. Mutações aleatórias são incorporadas nas simulações, visando torná-las mais realistas.

Richard Lenski, da Universidade Estadual de Michigan (EUA), e outros, desenvolveram um mundo virtual com duas espécies, uma simples e outra complexa. A espécie simples foi instruída apenas para se reproduzir o mais depressa possível, enquanto a complexa recebia incentivos (mais tempo de CPU) ao concluir tarefas matemáticas.

Lenski mediu a taxa de reprodução dessas espécies ao serem expostas a mutações diversas. A grande vantagem da vida virtual é que as condições podem ser livremente manipuladas e os dados facilmente analisados. Efeitos de mutações variam; eles podem ser cumulativamente piores (epístases sinergética) ou relativamente inertes (epístases antagônica). Os experimentos indicam que as espécies complexas demonstram epístase antagônica, enquanto para as espécies simples, os dois efeitos são contrabalançados. Mesmo que haja ainda uma distância enorme entre as mariposas inglesas e as criaturas digitais, o jogo da vida aponta para uma nova dimensão da ciência, onde biólogos evolucionistas usarão computadores para testar algumas de suas idéias.

Agradeço ao leitor Enézio de Almeida Filho por correspondência relativa ao problema das mutações na seleção natural.

domingo, 22 de agosto de 1999

O eclipse toral, visto do mar Negro

No dia 11 de agosto, tive o privilégio de assistir a um dos mais espetaculares fenômenos astronômicos: o eclipse do Sol. A universidade onde trabalho, o Dartmouth College, pediu que eu acompanhasse um grupo de ex-alunos em um cruzeiro ao mar Negro, com o objetivo de observar 2 minutos e 21 segundos de "totalidade", quando a Lua cobre inteiramente o disco solar.

A expectativa era enorme. Afinal, um eclipse total não é coisa que acontece todos os dias, nem mesmo todos os anos. O próximo será em junho de 2001. Mas esse foi o eclipse do fim do milênio; profecias apocalípticas não faltavam, usando o eclipse como sinal de que o fim se aproxima, a trombeta do juízo final.

Ao longo dos milênios, a humanidade celebrou eclipses com um misto de fascínio e terror. As imagens variam de cultura para cultura, mas o tema básico é sempre a possibilidade do Sol desaparecer, em geral devorado por algum animal, como uma serpente ou coiote. A escolha do animal devorador depende muito do local onde é criado o mito. Felizmente, algum ser benigno combate o animal esfomeado, salvando o Sol e, consequentemente, a nós também. A luz retorna, as trevas novamente limitadas a sua presença noturna.

Inicialmente, a Lua vai cobrindo aos poucos o disco solar, ou fotosfera, reduzindo o todo-poderoso Sol a uma figura minguante, um discreto sorriso no céu. A temperatura cai, o céu escurece, tingindo-se de um belíssimo azul-metálico. Nos segundos finais antes da totalidade, o observador mais apurado pode ver a sombra projetada pela Lua, se aproximando a 1.500 km/h.

Dois segundos antes da totalidade, o último vestígio de Sol sobre a Lua cria um efeito conhecido como "anel de diamante". Então, com binóculos, pode-se ver as incríveis proeminências solares, jorros de hidrogênio incandescente, de um vermelho profundo, decorando o círculo de luz que circunda a superfície negra da Lua. E do Sol. Embora seja apenas o início da tarde, Vênus e Mercúrio estão perfeitamente visíveis, como pontos de luz solitários em uma noite sem estrelas no meio do dia. A totalidade da cobertura do Sol pela Lua é alcançada.

Em torno do disco negro, pode-se ver a coroa solar, raios de uma luz etérea propagando-se a distâncias de vários diâmetros solares, partículas e gases ejetados da turbulenta superfície solar a incríveis velocidades.

Antes da existência de espaçonaves, a coroa só podia ser observada durante eclipses totais. Como não somos astronautas, eclipses continuarão a ser o único meio terrestre de ver essa luz decorando os céus. O horizonte é sutilmente iluminado por uma luz de tom coral, como se a aurora decidisse não vir mais do leste, mas simultaneamente de todos os pontos cardeais.

Algumas pessoas fotografam e filmam o evento, outras tentam reproduzi-lo no papel, outras gritam, enquanto outras simplesmente olham em silêncio, absolutamente deslumbradas pelo espetáculo astronômico. Tudo isso se deve a uma coincidência, os diâmetros e distâncias relativos entre a Lua e o Sol sempre comparáveis. Caso contrário, a Lua não cobriria o disco solar totalmente, e apenas eclipses anulares, onde vê-se ainda o disco solar em torno da Lua como um anel, seriam possíveis. E mesmo que eclipses anulares sejam também muito belos, nada se compara a um eclipse total.

Passados 2 minutos e 21 segundos, um novo anel de diamante marca o fim do período de totalidade, mais belo ainda do que o que marcou seu início. Um tremor invade meu corpo, minha mente reduzida a um estado primal, impossível de expressar em palavras. O eclipse revela nossa fragilidade, nossa impotência perante as forças que controlam a dinâmica do cosmos. Um silêncio estranho paira sobre o convés do navio, a consciência de que qualquer descrição seria injusta, qualquer comentário incompleto, a certeza de nossa mortalidade atravessada na garganta.

domingo, 15 de agosto de 1999

A dolorosa busca pela verdade



Verdade, mesmo nas ciências exatas, é um conceito que exige muito cuidado. Em princípio, não há uma verdade final, uma teoria "perfeita" do mundo. O que existe são aproximações, algumas mais precisas do que outras, modelos matemáticos que descrevem os fenômenos que observamos na natureza.

Em raras ocasiões, teorias podem até prever a existência de novos fenômenos ou objetos ainda não observados ou descobertos, como se nossa imaginação se antecipasse aos nossos "olhos", criando realidades que depois comprovamos existir.

O ceticismo que marca o trabalho do cientista é ao mesmo tempo fundamental e brutal para preservar a credibilidade da ciência. No seu trabalho, o cientista tem poucas certezas. Uma delas é a do ceticismo com que uma idéia nova será acatada. Isso se ela não for completamente desprezada, claro.

A grande vantagem desse sistema é que se uma idéia for mesmo correta, ela será aceita pela comunidade científica. Anos, ou mesmo décadas, podem se passar antes que isso aconteça, o que muitas vezes pode trazer grande sofrimento e desespero ao seu proponente. Se por um lado temos de acreditar em nossas idéias e saber como defendê-las das críticas de colegas, por outro devemos também saber aceitar quando estamos errados, evitando frustrações ainda mais prolongadas. Essa lição oferecida pela ciência pode ser muito útil também fora dela.

Um dos episódios mais dramáticos na história da física ocorreu com o austríaco Ludwig Boltzmann, um dos arquitetos da mecânica estatística. Trabalhando no final do século 19, Boltzmann defendia a existência de átomos contra críticos como o filósofo Ernst Mach e o químico Friedrich Ostwald, que diziam que átomos não eram reais: eles não acreditavam que a física pudesse descrever o comportamento de objetos que não eram observáveis. O debate atingiu seu clímax durante uma conferência em Lubeck em 1895, conforme relatou Arnold Sommerfeld: "... era uma luta entre um touro (Boltzmann) e seu matador (Ostwald). Mas desta vez o touro conquistou o matador, apesar de toda sua elegância e técnica. Os argumentos de Boltzmann foram bem mais aceitos, com todos os jovens cientistas tomando seu lado."
Mas Boltzmann continuou isolado em sua batalha, o que lhe custou um altíssimo preço emocional. Deprimido e doente, em 1906, um ano antes da comprovação experimental da existência dos átomos, ele se suicidou.

Durante os primeiros dias do rádio, muitos achavam que a frequência modulada (FM), proposta por Edwin H. Armstrong, da Universidade de Columbia nos EUA, seria a solução contra a alternativa, a amplitude modulada (AM), que era muito suscetível à estática causada por distúrbios atmosféricos. Mas em 1922, o matemático John H. Carlson, do Bell Laboratories, publicou um artigo demonstrando que a banda requerida pela FM era maior do que pela AM, e que a distorção do sinal era maior. A maioria dos investigadores abandonaram seus projetos da transmissão em FM.

Isolado, Armstrong continuou a insistir nas vantagens da FM, e, em 1930, provou suas vantagens na luta contra a estática. As estações de rádio, que haviam investido pesadamente nas transmissões em AM, se recusaram a aceitar sua descoberta. Quando finalmente elas aceitaram, o fizeram sem pagar direitos a Armstrong, que gastou anos em lutas judiciais que lhe custaram todo seu dinheiro. Em 1954, exausto e empobrecido, Armstrong tirou sua própria vida.

Raramente as grandes descobertas ou invenções são rapidamente reconhecidas. O cientista, como qualquer outro profissional, comete às vezes erros de julgamento devido a preconceitos ou à aceitação cega de "verdades" ditadas por grandes nomes. Não há um sistema perfeito, pois não somos perfeitos. O que vale é nós enamorarmos de uma idéia, mas nunca cegamente.


domingo, 8 de agosto de 1999

A Guerra Fria e a herança nuclear

Quando os EUA detonaram a primeira bomba atômica no deserto do Novo México, o chefe do Projeto Manhattan, J. Robert Oppenheimer, declarou, sombriamente, que a explosão inaugurou uma nova era para a humanidade. O evento, disse, lembrou-lhe parte de um texto das escrituras sagradas hindus, o Bhagavad Gita, que conta a história de como o deus Vishnu tenta convencer o príncipe-guerreiro Arjuna a concluir suas tarefas. Para impressionar o príncipe, Vishnu assume uma forma monstruosa com vários braços e diz: "Agora sou a Morte, destruidora de mundos".

A proliferação de armas nucleares após a Segunda Guerra Mundial mudou a história do mundo e o papel da ciência na história. Se antes a ciência criar e destruir, a criação e destruição eram sempre locais, de impacto limitado. Mas as armas nucleares inauguraram uma nova era, onde nos tornamos capazes de aniquilar a humanidade como um todo. Se antes a população civil sofria com invasões e saques, bombardeios e incêndios, agora a população do planeta inteiro pode sofrer as consequências de um conflito ou acidente com armas nucleares.

Essa nova realidade redefiniu os últimos 50 anos, com a polarização entre capitalismo e comunismo representando o frágil balanço que define nossa sobrevivência. As bombas de Hiroshima e Nagasaki, horrendas como foram, não se comparam ao poder devastador das bombas de fusão nuclear, ou de hidrogênio. Em um argumento perverso, essa política dizia que apenas através do balanço do poder de destruição entre as potências nucleares poderia ser alcançada uma paz duradoura. Isso me lembra um pouco o que os pais fazem quando compram presentes para suas crianças: para evitar brigas entre irmãos, é sempre melhor comprar dois brinquedos iguais. E assim definimos a sobrevivência de nossa espécie.

Mas com a queda da União Soviética, o balanço nuclear sofreu uma profunda alteração. Hoje, a Rússia está praticamente falida, paralisada por uma séria crise econômica e política, um gigante cego a procura de um novo rumo. Uma das consequências imediatas dessa crise é o abandono do arsenal nuclear e das centrais de controle de materiais usados na construção de armas nucleares. Antes da queda da União Soviética, os cientistas e os técnicos trabalhando no arsenal nuclear eram bem pagos, desfrutando de direitos e privilégios sociais. Hoje, grande parte deles está desempregada, ou recebendo salários que, para nossos padrões, são miseráveis. (Claro, me refiro a profissionais e técnicos com ensino superior.) Pior ainda, vários deles procuram por empregos mais lucrativos em outros países, o que em princípio pode acelerar a construção de armas nucleares em países com intenções nem sempre pacíficas.

Vários incidentes alfandegários envolvendo o contrabando de plutônio, urânio enriquecido ou tecnologia bélica nuclear foram registrados nos últimos anos. Uma nova forma de terrorismo está emergindo, o terrorismo nuclear, onde países com regimes totalitários ou fundamentalistas tentam obter tecnologia nuclear usada na construção de armas capazes de alcançar nações inimigas. A Coréia do Norte e o Irã poderão em breve ter mísseis capazes de atingir alvos a milhares de quilômetros. Juntando-se a possibilidade (muito plausível) de que essas nações possuem um programa nuclear ou de armas bioquímicas, o perigo se torna muito grande. E mesmo sem mísseis, o que aconteceria se um grupo terrorista contaminasse o abastecimento de água de uma grande cidade com lixo nuclear ou bioquímico? Ironicamente, a "vitória" do ocidente na Guerra Fria transformou o "inimigo", temível mas visível, em várias forças invisíveis e, portanto, muito mais difíceis de serem controladas e monitoradas. Essa é a paranóia dos anos 90, herdeira da política de "détente".

domingo, 1 de agosto de 1999

Trinta anos do homem na Lua



Eu me lembro como se tudo tivesse acontecido ontem à tarde... Com os olhos grudados na TV, eu e meus primos Daniel e Marcos quase não podíamos acreditar -o homem havia mesmo pousado na Lua. O astronauta Neil Armstrong dando seus passos-pulos e fazendo a declaração inesquecível: "É um pequeno passo para homem, um gigantesco salto para a humanidade".

Nem todos na casa dividiam nossa euforia. A cozinheira dizia que não acreditava, que isso tudo era um truque de "Oliud". Mas nós tínhamos certeza de que os grandes cineastas de "oliud" não seriam tão maldosos; a coisa aconteceu mesmo, despertando os mais variados sonhos nas mentes de milhões de crianças. "Bom, se isso aconteceu agora, imagine só o que irá acontecer lá pelo ano 2000, quando nós tivermos 40 anos", comentei com meus primos.

Passados 30 anos, Marcos virou professor de filosofia no Rio, Daniel virou economista -hoje no setor internacional do Banco Central, como vários leitores devem reconhecer- e eu virei físico. Nossos sonhos e fantasias, típicos de qualquer garoto de classe média, continuam sendo os de milhões de outros garotos e garotas (essa, uma novidade mais recente!) pelo mundo.

O que não sabíamos, quando tínhamos 10 anos, é que as missões Apollo foram produto de uma paranóia americana decorrente da Guerra Fria e do lançamento da pequenina Sputnik pelos russos, em 1957. Os EUA não poderiam perder sua hegemonia tecnológica e o controle do espaço para os comunistas. Entre 1969 e 1972, seis missões tripuladas pousaram na Lua, restaurando a glória da corrida espacial aos americanos. Mas tanto os altos custos monetários quanto os riscos forçaram a Nasa a mudar a estratégia, optando por missões menores e mais baratas, sem seres humanos. Os heróis dos garotos dos anos 80 e 90 foram as câmeras fotográficas e outros aparelhos que trouxeram outros mundos às nossas salas de jantar.

Mas as missões Apollo não foram apenas para propaganda. Fora o feito tecnológico de enviar seres humanos a um mundo distante e trazê-los de volta, as missões colheram amostras que têm sido usadas em estudos que visam compreender a origem do Sistema Solar, de nosso planeta e, claro, da própria Lua.

Até os anos 80, existiam três teorias sobre a origem da Lua: a teoria "irmã", a "filha" e a "captura". Na teoria "irmã", a Lua e a Terra evoluíram de forma semelhante, a partir de matéria que existia durante a formação do Sistema Solar, uma orbitando a outra como irmãs. Na teoria "filha", a Lua foi separada da Terra devido à sua alta velocidade de rotação, deixando uma bacia que hoje é o oceano Pacífico. Na teoria da "captura", a Lua era um asteróide que foi fisgado pelo campo gravitacional da Terra.

As rochas lunares trazidas pelos astronautas contrariam as três teorias. Sua química mostra que a Lua não pode ter sido um asteróide capturado pela Terra, pois sua composição difere da dos asteróides comuns e tem propriedades encontradas em rochas terrestres. Por outro lado, a Lua tem pouco ferro, água, sódio, potássio e outros elementos comuns na Terra, o que contraria a teoria de que é nossa "irmã". A idéia de que a Terra pôde, no passado, girar com velocidade alta o suficiente para fissionar um objeto como a Lua também não foi comprovada.

A teoria aceita atualmente é que a Lua foi resultado de uma colisão entre a Terra e um asteróide do tamanho de Marte. A colisão pulverizou o asteróide e parte da superfície terrestre, criando um anel de detritos orbitando a Terra que aos poucos foi aderindo matéria até formar a Lua. O calor da colisão explica por que a Lua não tem muita água. A mistura de elementos explica as semelhanças e diferenças entre a Lua e a Terra. Os astronautas nos trouxeram uma belíssima ilustração de como, no Universo, destruição e criação andam sempre juntas.