Diário de um Biólogo – Domingo 08/03/2009

Acordei tarde e feliz. Desde ontem não faço nada além de comer, dormir e namorar.

Mas mais uma semana vai começar e o texto do blog ameaça fazer 15 dias estampado na vitrine. Havia me prometido lançar pelo menos um texto por semana, mas a coordenação da nova Biofísica para Biologia (BMB163) tem tomado todo o meu tempo. Como boa parte desse tempo foi gasto na criação de textos para auxiliar nas aulas, pensei: "Porque não colocar eles também no blog?"

Os textos são um pouco mais didáticos do que eu costumo a colocar aqui, mas talvez sejam até mais interessantes para os muitos estudantes que frequentam o VQEB. Quem sabe até eles não comentem mais os textos, que eu sei, por diversos canais (tem texto até com comunidade - pro bem e pro mal - no Orkut), ele lêem?

PS: Um beijo especial hoje para todas as mulheres por mais esse dia especial.

Quem são os biofísicos?

Quando entrei no doutorado no Instituto de Biofísica da UFRJ em 1997, uma coisa me incomodava: eu não sabia direito o que era Biofísica! Eu enchia a boca para dizer "Faço doutorado em biofísica" e torcia para ninguém perguntar depois "Mas o que é biofísica?" Acho que o termo é tão ostentoso que ninguém se arriscava a perguntar. Até ontem. Na verdade a pergunta do João não foi exatamente o que é biofísica, mas sim se existem "biofísicos"? Sim João, existem.

Mas vamos voltar a biofísica. É claro que em algum momento, bem no início, eu procurei uma definição de Biofísica. E encontrei. Várias. Todas desse tipo: "Biofísica é a aplicação de princípios físicos, tanto clássicos como modernos, para a solução de problemas dos sistemas biológicos"
Nenhuma ficava guardada na minha memória. Com o tempo, fui eu mesmo construindo minha definição.

Acho que começou quando li "Genes, girls and Gamow" do James Watson (um dos descobridores da dupla hélice do DNA). O 'Gamow' do título é o físico nuclear George Gamow. Um cara de peso, não apenas pelos seus quilos em excesso, mas por toda sua influência na física e na política do século XX. Foi ele que cunhou o termo "big bang" para descrever a grande explosão que teria dado origem ao universo e trabalhou no projeto Manhatan, de onde saíram as duas primeiras bombas atômicas do mundo.

A física viveu seu auge no início do século XX. O modelo atômico de Neils Bohr, a relatividade de Einstein e a mecânica quântica de Max Planck, mudaram a forma de ver o mundo. Houve muitos outros físicos de destaque como Enrico Fermi, Robert Oppenheimer e Richard Feynman. Mas o (explosivo) sucesso da empreitada do projeto Manhatan, com a aplicação na pratica de toda a física teórica até então produzida, trouxe o vazio que costuma a acompanhar o alcance de grandes objetivos. O pós-guerra deixou então muitos físicos órfãos, para não dizer desempregados.

Por outro lado, a biologia era um campo de grande efervescência. Avery, MacLeod e McCarty tinham descoberto em 1944 que era o DNA que continha as informações genétics. Em 1952 Linus Pauling ganhou o Nobel pela descoberta da estrutura de alfa-helice e folhas-beta das proteínas, e em 1953 Watson e Crick descobriram a dupla hélice do DNA. Isso entre outras coisas. Não é de estranhar que os físicos desempregados e sedentos por novas idéias voltassem seus olhos para a biologia. E foi o que fizeram. No livro de Watson ele relata de como após a descoberta da estrutura da dupla hélice, Gamow se juntou a ele e Crick para tentarem entender como apenas 4 nucleotídeos poderiam dar origem aos 20 aminoácidos conhecidos. Eles precisariam estar em código e quebrar esse código se tornou o principal passatempo de Gamow, que continuava consultor do governo americano para assuntos de segurança nacional.

O próprio trabalho de Linus Pauling e de Watson e Crick não seria possível sem uma importante ferramenta da física aplicada a biologia, a difração de raios-X. A técnica utilizada por Bragg e Bragg para decifrar a estrutura cristalina dos materiais foi rapidamente incorporada a biologia para estudar a estrutura cristalina das moléculas biológicas. O fisiologista Neozelandês Maurice Wilkins e a biofísica americana Rosalind Franklin foram pioneiros na aplicação dessa técnica à biologia e competiam com Watson e Crick para ver quem determinaria primeiro a estrutura do DNA.

Parênteses para fofoca: Na verdade, foi ao ver uma palestra de Wilkins no Instituto de Zoologia de Nápoles, que Watson (que era muito, muito ambicioso) decidiu que deveria estudar a estrutura do DNA, um assunto que poderia levá-lo a fama (e ao sucesso com as garotas, que ele tanto almejava). Mas ele, além de muito feio e muito chato, não entendia nada de difração de raios-x, então foi para a Inglaterra, para os laboratórios Cavendish, onde essa técnica era amplamente utilizada (inclusive por Sir Laurence Bragg), com a desculpa de estudar a estrutura da mioglobina. Mas passava a maior parte do tempo conversando com Crick sobre hereditariedade, DNA e construindo os modelos de madeira e ferro que levaram eles a compreender corretamente a estrutura do DNA. Fecha parênteses.

Mas talvez o pai da biofísica seja Erwin Schrödinger. É, aquele que disse que 'o gato dentro da caixa' está vivo algumas vezes e morto outras, esse mesmo. Ele foi mais um daqueles brilhantes físicos do início do século XX, que já na meia idade, após uma distinta carreira científica, voltou seus olhos para a biologia.

A pergunta que perturbava Schrödinger era: "Como podem os eventos no tempo e espaço que ocorrem dentro dos limites espaciais de um organismo vivo, serem explicados pela física e pela química?" Ele estava convencido de que a inabilidade da física e da química daquela época para explicar esses eventos não era razão para duvidar que eles pudessem ser explicados por essas ciências. Assim, em 1948 ele publica o livro "What is life" onde dá uma abordagem revolucionária sobre o que é a vida e que influenciou em muito a biologia dai por diante.

Hoje em dia a definição que eu mais gosto, e mais uso, é a do professor Carlos Chagas Filho, fundador do Instituto de Biofísica da UFRJ, que leva o seu nome, e onde eu trabalho: "Biofísica é tudo aquilo que se faz no instituto de Biofísica"

Fluorescer da Guerra

Entre outras coisas, eu dou aula de Biofísica. As vezes um aluno te faz uma pergunta cabreira e então você descobre alguma coisa que não sabe. Outras vezes, no meio de uma explicação a gente descobre que não sabemos o que estamos tentando explicar. Não sei se eles percebem, mas eu mesmo percebo. Uma vez tive que explicar fluorescência de raios X e acabei aprendendo o que era fluorescência. E qual não foi a minha surpresa quando descobri que não sabia o que era (ou melhor, não sabia que não era a mesma coisa que) fosforescência.

Ambos fenômenos estão relacionados com a capacidade dos átomos de absorver energia. Na verdade, quem absorve energia são os elétrons. Você lembra alguma coisa de física? De química? Os elétrons são aquelas partículas muuuuuuuuuuito pequenas, que ficam girando (orbitando) ao redor do núcleo dos átomos (que tem seus prótons e neutros). Eles são capazes de absorver energia e pularem para um estado dito "excitado" (pronto, foi só falar de alguma coisa mais mundana que todo mundo se anima). Quando o elétron volta para seu estado natural, chamado "fundamental", tem que mandar se livrar daquela energia extra e faz isso emitindo radiação eletromagnética. Na forma de raios X, ultravioleta e luz visível, entre outras.

Em alguns átomos especiais, esses elétrons têm maior facilidade de se excitar e com isso emitem muita energia quando voltam ao seu estado fundamental. Parte dessa energia é liberada na forma de luz visível imediatamente e com um determinado comprimento de onda. Mas outra parte dessa energia, de alguns elétrons retardatários, e liberada um pouco depois, e tem um comprimento de onda um pouco maior. Bem, essa "luz imediata", é a fluorescência e cessa assim que termina a excitação. Já a "luz retardatária" é a fosforescência e essa demora um pouco mais para cessar, e continua por algum tempo mesmo depois que termina a excitação.

Ah, você acha que isso não interessa? Bom, confesso que eu posso me interessar mais do que os outros. Confesso também que esse texto foi para responder uma curiosidade minha (é, biólogos também fazem perguntas desse tipo). Mas vocês também deveriam se interessar, já que são fenômenos especialmente presentes no nosso dia-a-dia. Lâmpadas frias, interruptores de luz, ponteiros de relógio e quase tudo que ilumina ou brilha no escuro, envolve um dos dois. Pra quem quiser ir mais a fundo, tem preservativos fosforescentes também!

Com essa resposta eu já daria a minha curiosidade por satisfeita, mas conforme fui escrevendo o texto, me lembrei de uma coisa que li há algum tempo atrás, quando dava aulas de "Desenvolvimento sustentável", e vi que esses fenômenos poderiam ter implicações bem mais profundas nas nossas vidas.

As lâmpadas fluorescentes, como o próprio nome diz, funcionam com o princípio da fluorescência. O tubo de vidro é preenchido com um gás inerte como o argônio e o vapor de Mercúrio (que é tóxico, mas a gente entra nessa questão outro dia). Quando vocês ligam a luz na sua casa, a eletricidade esquenta os filamentos (de Tungstênio, como nas lâmpadas incandescentes) que estão na extremidade de cada ponto do tubo da lâmpada e assim liberam elétrons para o gás. Esses elétrons ionizam o gás (fazem com que o argônio e o Hg também percam elétrons) e com isso eles ganham carga (positiva). Como de um lado da lâmpada é negativo e do outro é positivo, esses íons se aceleram com a diferença de potencial e vão ionizando outros átomos. Toda essa excitação produz ultravioleta. Se não fosse aquele pó branco que recobre a lâmpada o que teríamos seria um sol particular e vocês poderiam ficar se bronzeando debaixo da lâmpada da cozinha, não fosse o fato do UV ser um dos maiores agentes carcinogênicos existentes. O pó branco é um composto fosfórico (que contem ainda um monte de outros elementos, incluindo metais pesados diversos) que absorve a radiação UV e emite luz visível.

Quando desligamos a lâmpada, a fluorescência cessa, mas a lâmpada ainda pode emitir brilho, devido à fosforescência. Os interruptores de luz são feitos com um material fosfórico que emite mais fosforescência e, brilhando no escuro, depois que cessa a energia de excitação, para que você o encontre com mais facilidade e acenda a luz.

As lâmpadas fluorescentes também são chamadas de lâmpadas frias, e vem sendo cada vez mais utilizadas atualmente pelo fato de aproveitarem melhor a energia elétrica, diminuindo o desperdício. As lâmpadas incandescentes, para produzirem 5% de luz gastam os outros 95% da energia elétrica produzindo calor. As lâmpadas fluorescentes produzem 75% da energia em luz e apenas 25% é perdido como calor.

A princípio, não parece um número irrelevante, mas se vocês pensarem no resultado disso na conta de luz no final do mês ele pode parecer irrelevante sim. Uma daquelas economias bobas que varia entre R$ 0,76 e R$ 2,47. No entanto, se pensarmos globalmente, a economia não têm nada de irrelevante. Ela é enorme! Pensei nisso alguns anos atrás quando tivemos que reduzir nossas contas de luz por conta do Apagão.

Já naquela época, apesar da série de confusões governamentais que levaram ao Apagão, quem pagou a conta, fomos nós. Um livro que eu li, muito antes do racionamento, dizia que a melhor coisa que um governo poderia fazer era trocar todas as lâmpadas incandescentes das casas de todas as pessoas no país por lâmpadas fluorescentes. E deveria fazer isso sem custo direto para a população. De graça!

Por que a economia seria tanta, mas tanta, que não haveria necessidade de se racionamento. E mais, nem mesmo construindo uma nova usina hidroelétrica, que custaria infinitamente mais do que a troca das lâmpadas, se conseguiria produzir mais energia do que teria sido economizada com esse simples gesto.

O livro trazia um cálculo parecido para os Estados Unidos. Segundo os autores, se o governo americano trocasse todas as lâmpadas incandescentes por fluorescentes, a energia economizada seria equivalente ao correspondente em petróleo, que o país importa do oriente médio todos os anos.

Ou seja, trocando todas as lâmpadas, a 1/100 do custo de construção de uma usina nuclear, não haveria mais necessidade de se importar petróleo do Oriente. E assim, não haveria mais necessidade de intervir em governos soberanos com guerras para manipular o preço do petróleo. E sem necessidade de resistir a invasão dos governos estrangeiros, talvez não houvesse insurgência de grupos fanáticos religiosos na região. E talvez fosse evitado o nascimento do terrorismo.

Tudo isso só trocando algumas lâmpadas.