quarta-feira, 26 de fevereiro de 2014

Novos materiais realizam fotossíntese artificial

26/02/2014
Por Elton Alisson, de Chicheley, Inglaterra

Agência FAPESP – A capacidade de fotossíntese das plantas tem servido de inspiração para cientistas de diferentes áreas tentarem produzir em laboratório materiais artificiais com propriedades semelhantes.
Um grupo de pesquisadores do Instituto de Química (IQ) da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), por exemplo, desenvolve materiais com estrutura em escala nanométrica (bilionésima parte do metro) capazes de realizar fotossíntese artificialmente para a produção de energia.


Pesquisadores da Unicamp desenvolvem moléculas de clorofila artificial capazes de usar energia solar e água para gerar hidrogênio e oxigênio; estudo foi apresentado em evento na Inglaterra (imagem de cloroplastos de planta: Wikimedia)

Alguns dos resultados desses estudos foram apresentados na terça-feira (25/02) no UK-Brazil-Chile Frontiers of Science. Organizado pela Royal Society, do Reino Unido, em conjunto com a FAPESP e as Academias Brasileira e Chilena de Ciências, o evento ocorre até esta quarta-feira (26/02) em Chicheley, no sul da Inglaterra. O objetivo é fomentar a colaboração científica e interdisciplinar entre jovens pesquisadores brasileiros, chilenos e do Reino Unido em áreas de fronteira do conhecimento.

“Com base no conhecimento existente do sistema natural de fotossíntese realizado pelas plantas, estamos tentando reproduzir os pontos essenciais para a função fotossintética em materiais artificiais, para energia elétrica ou até mesmo combustível a partir da energia solar”, disse Jackson Dirceu Megiatto Júnior, professor do IQ da Unicamp, à Agência FAPESP.

De acordo com o pesquisador, que realizou doutorado direto com Bolsa da FAPESP, a ideia de realizar fotossíntese artificial foi proposta no início do século XX.
O projeto, contudo, só começou a se tornar possível nos últimos anos em razão de importantes avanços na área, que permitiram a síntese em laboratório de materiais capazes de usar energia solar e água para gerar gases hidrogênio e oxigênio, segundo Megiatto.

Alguns desses avanços foram o desenvolvimento de materiais catalisadores (que aceleram uma reação) que, ao serem ativados pela energia solar, quebram as moléculas de água em hidrogênio e oxigênio.
Essa etapa do processo de fotossíntese é considerada a mais complexa, uma vez que os átomos de hidrogênio e oxigênio estão bastante “grudados” nas moléculas de água. Por essa razão, era difícil encontrar um material capaz de separá-los seletivamente, sem se degradar.

Mas recentemente foram desenvolvidos novos materiais, como painéis solares de silício, com a capacidade de realizar esse processo denominado de “separação da água induzida pela luz solar”. Com isso, de acordo com Megiatto, abriu-se a perspectiva de conectar esses materiais fotoativos a células a combustível convencionais – células eletroquímicas que convertem energia química em elétrica ao combinar os gases hidrogênio e oxigênio para formar moléculas de água novamente.
“O desafio agora é conectar esses materiais a uma célula a combustível. Se formos capazes de usar o hidrogênio e o oxigênio produzidos por esses novos materiais em uma célula a combustível, será possível gerar água novamente e eletricidade e fechar o ciclo de realização de fotossíntese artificial”, avaliou.

Materiais naturais

De acordo com Megiatto, algumas das limitações para utilizar painéis solares de silício para separar hidrogênio e oxigênio das moléculas de água por meio da energia solar é que são materiais caros e difíceis de serem processados para que tenham a pureza necessária a essa finalidade.
A fim de encontrar uma alternativa, os pesquisadores do Instituto de Química da Unicamp buscam na própria natureza materiais capazes de absorver a luz solar e gerar energia (fotovoltaicos), que também funcionem como catalisadores.

O material mais promissor encontrado foi a clorofila – o pigmento fotossintético que, além de conferir a cor verde, é utilizado pelas plantas para realizar fotossíntese.

“Essas moléculas são a saída da natureza para conseguir absorver energia solar. O processo de sintetização química delas, no entanto, é difícil e caro”, disse Megiatto.
Para transpor essas barreiras, o pesquisador começou a sintetizar durante seu pós-doutorado, realizado nos Estados Unidos, moléculas de uma clorofila artificial, chamadas de porfirinas.
Além de mais simples de serem sintetizadas do que a clorofila natural, as moléculas artificiais do pigmento também são mais fáceis de serem manipuladas quimicamente, disse Megiatto.

“Temos uma flexibilidade muito maior de projetar materiais fotoativos usando porfirinas em vez de clorofila”, afirmou o pesquisador. “Com técnicas de nanoengenharia, podemos otimizar as propriedades dessas moléculas para aumentar a eficiência delas de absorver a luz, por exemplo”, indicou.
Outra vantagem da clorofila artificial, de acordo com Megiatto, é a maior estabilidade química das porfirinas. As moléculas de clorofila natural, quando estão dentro do meio proteico da fotossíntese natural, são estáveis. Ao extraí-las do meio proteico, no entanto, apresentam reações físico-químicas e são degradadas rapidamente.

Já a porfirina tem uma tendência menor a apresentar esse tipo de comportamento, comparou o pesquisador.
“Esses materiais, quando conectados a catalisadores, têm se mostrado muito promissores para a transformação da energia solar em energia química por meio da oxidação de moléculas de água, mas, no momento, estão sendo estudados apenas em solução aquosa e não em um dispositivo fotossintético real”, afirmou Megiatto.
“O que tentamos fazer agora é formar um filme polimérico fotoativo com essas moléculas, de forma a desenvolver um material sólido e depositá-los sobre placas metálicas e semicondutoras [eletrodos], necessários para o funcionamento de uma célula solar”, detalhou.
Aumento da eficiência da fotossíntese
Segundo Megiatto, as plantas desperdiçam grande quantidade de energia solar durante o processo fotossintético natural. Como depende de energia para uma série de necessidades, como para seu desenvolvimento e manutenção da vida, a cana-de-açúcar, por exemplo, só utiliza uma pequena parte da energia solar para fixar gás carbônico em açúcares, apontou.
“A eficiência máxima da fotossíntese natural é, aproximadamente, 10%”, afirmou Megiatto. “Plantas terrestres têm eficiência fotossintética menor do que 1%, enquanto algumas algas são capazes de realizar fotossíntese com uma eficiência que varia entre 4% e 5%.”
Para aumentar a eficiência da fotossíntese de plantas como o arroz, por exemplo, o consórcio internacional de pesquisa “Arroz C4”, financiado pela Fundação Bill e Melinda Gates, pelo Instituto Internacional de Pesquisa do Arroz (IRRI, na sigla em inglês) e por instituições de pesquisa do Reino Unido, pretende realizar modificações genéticas no metabolismo da cultura agrícola.

O arroz e outros grãos, como a soja e o feijão, são denominados de plantas C3 por apresentar maior capacidade de crescimento e menor eficiência fotossintética do que as plantas C4, como o milho e a cana-de-açúcar. Em contrapartida, as plantas C4 possuem sistema fotossintético mais eficiente, mas menor capacidade de crescer rapidamente e cobrir grandes áreas de cultivo como fazem as plantas C3 .
Por meio de mudanças em rotas bioquímicas e na anatomia das folhas da planta, os pesquisadores participantes do consórcio pretendem desenvolver uma variedade de arroz que combine as propriedades das plantas C3 e C4.

“Uma variedade de arroz com as propriedades das plantas C3 e C4 teria a eficiência fotossintética, de uso de água e de nitrogênio 50% maior do que uma variedade não modificada geneticamente”, disse Sarah Covshoff, pesquisadora da University of Cambridge e participante do projeto “Arroz C4”, durante palestra em Chicheley.

Segundo Covshoff, o desenvolvimento da variedade de arroz com as propriedades fotossintéticas das plantas C4 irá se valer do avanço de técnicas da biologia sintética. O objetivo do consórcio internacional de pesquisa é ter um protótipo do arroz C4 até o final de 2016.
“Os conhecimentos adquiridos nesse projeto também poderão ser aplicados na pesquisa agrícola para aumento do rendimento de plantas utilizadas para produção de biocombustíveis”, afirmou.

Antes dos dinossauros

Mais antigos que os dinossauros, os ‘pelicossauros’ chegaram a ser os vertebrados dominantes na Terra entre 300 e 250 milhões de anos atrás. De aspecto estranho, essas formas extintas são o tema da coluna deste mês de Alexander Kellner. 
 
Por: Alexander Kellner
Publicado em 21/02/2014 | Atualizado em 21/02/2014
Antes dos dinossauros
O desenho reproduz a aparência de um ‘Edaphosaurus’, ‘pelicossauro’ herbívoro que viveu há cerca de 300 milhões de anos. (imagem: Wikimedia Commons/ ДиБгд) 
 
Muitas vezes recebo mensagens de colegas e leitores perguntando como escolho os temas de minha coluna. Geralmente procuro destacar novidades que acabam de ser publicadas ou tomo por base dicas que recebo de pesquisadores. Mas também recebo sugestões de leitores sobre temas interessantes. Esse é o caso da proposta de Jéssica Reis, que pediu para que eu escrevesse sobre os ‘pelicossauros’.

Confesso que no início a ideia não me entusiasmou tanto. Mas isso mudou à medida que ia preparando o texto. Além de possibilitar a divulgação de uma obra de revisão recém-publicada sobre esses animais, o tema permite falar de vertebrados que antecederam os dinossauros no domínio dos ambientes terrestres e torna possível mencionar a principal extinção em massa ocorrida no planeta. Além disso, escrever sobre os ‘pelicossauros’ acaba nos levando a falar sobre o início da carreira de um importante pesquisador brasileiro.
A obra mencionada intitula-se Primeiros estágios da história evolutiva dos sinapsídeos (tradução livre de Early evolutionary history of the Synapsida). Esse livro, o mais recente sobre os ‘pelicossauros’, foi publicado pela editora Springer e editado por Christian Kammerer, Kenneth Angielczyk e Jörg Fröbisch. Os capítulos abordam os principais aspectos desses vertebrados e foram escritos pelos pesquisadores que mais os estudaram. Mas, afinal, como eram esses animais?

Os amniotas

Para explicar o que são os ‘pelicossauros’, temos que entender primeiro os amniotas, grupo de vertebrados que desenvolveram uma membrana (chamada amniótica) para proteger o embrião. Tal característica os tornou menos dependentes da água para seu desenvolvimento embrionário e evitava que eles tivessem que passar por um estágio larvar seguido de metamorfose, como ocorre com os anfíbios. Geralmente os amniotas possuem ovos de casca dura que podem ser postos em terra firme e não mais dentro de corpos aquosos. Eles podem ser divididos em dois grandes grupos: os répteis e os sinapsídeos.

Para explicar o que são os ‘pelicossauros’, temos que entender primeiro os amniotas, grupo de vertebrados que desenvolveram uma membrana (chamada amniótica) para proteger o embrião
De forma simplificada, dentro do agrupamento Reptilia encontramos os dinossauros, pterossauros e crocodilomorfos (e muitos outros), enquanto os Synapsida reúnem os mamíferos e formas aparentadas. Não conhecemos um ancestral direto que teria dado origem aos amniotas, mas podemos dizer que deve ter sido um animal que estava perdendo os hábitos anfíbios e pelo menos iniciando o desenvolvimento do ovo amniótico.

Entre os primeiros vertebrados que podem ser classificados como Amniota, alguns têm características semelhantes aos mamíferos, como uma abertura na parte posterior do crânio, distinta da que se observa nos répteis (na região lateral, após a órbita). Dessa condição, denominada sinápsida, deriva o nome do grupo. Por outro lado, a dentição mais uniforme e o aspecto do corpo que lembra superficialmente os répteis levaram os pesquisadores a se referir a esses vertebrados como “répteis mamaliformes”, que foram classificados em um grupo denominado ‘Pelycosauria’.

Hoje se evita esse termo, já que é um agrupamento considerado parafilético, isto é, incompleto, não reunindo todos os organismos que representam a história evolutiva do grupo. Por isso usamos o termo ‘pelicossauros’, entre aspas, significando uma aplicação mais informal.
Edaphosaurus
Esqueleto de ‘Edaphosaurus’ montado no Museu Field, em Chicago, Estados Unidos. Sua marca peculiar é a presença de vértebras com espinho neural alto, formando uma espécie de vela no dorso. (imagem: Andrew Y. Huang/ Wikimedia Commons – CC BY-SA 3.0)
Dessa forma, os ‘pelicossauros’ não são répteis, mas sinapsídeos basais. As espécies mais antigas foram encontradas em rochas da Nova Escócia, no Canadá, cuja idade varia de 314 e 311 milhões de anos. Cabe salientar que o réptil mais antigo que se conhece (Hylonomus, de crânio do tipo anápsida, ou seja, desprovido de aberturas temporais) também foi encontrado nos mesmos depósitos.

A maioria desses ‘pelicossauros’ foi encontrada na Europa e América do Norte. Eles se extinguiram durante o Permiano, alguns milhões de anos antes da maior extinção em massa ocorrida na Terra, há cerca de 252 milhões de anos (o limite Permiano-Triássico). Estimativas sugerem que cerca de 95% das espécies marinhas e perto de 70% da formas terrestres se extinguiram. Esse evento foi bem mais intenso e destrutivo que a extinção em massa ocorrida há 66-65 milhões de anos, que dizimou a maioria dos dinossauros e diversos outros grupos de vertebrados.

Edaphosaurus e Dimetrodon

Voltemos aos sinapsídeos basais, os ‘pelicossauros’. São conhecidos seis principais grupos (Caseidae, Edaphosauridae, Eothyrididae, Varanopidae, Ophiacodontidae e Sphencodontia), e todos eles desenvolveram estratégias alimentares diferentes.

Os sinapsídeos basais mais famosos talvez sejam Edaphosaurus e Dimetrodon
Os sinapsídeos basais mais famosos talvez sejam Edaphosaurus e Dimetrodon. Com base no exame de sua dentição, Edaphosaurus é tido como forma herbívora que se alimentava de plantas de folhas espessas e resistentes. Tinha cabeça relativamente pequena se comparada com o corpo. Mas sua característica mais peculiar é a presença de vértebras com o espinho neural bastante alto, formando uma espécie de vela no dorso.

E o mais curioso: havia numerosas projeções laterais, diferentes de tudo o que se conhece hoje e cuja função é totalmente ignorada. Alguns pesquisadores defendem que essa vela poderia ter auxiliado o animal a controlar a temperatura de seu corpo ou ter servido para que membros de uma mesma espécie pudessem se reconhecer mais facilmente. Há ainda os que defendem ser esse tipo de estrutura destinada a distinguir machos e fêmeas ou mesmo servir para a atração sexual.
Outro exemplo de sinapsídeo basal é o Dimetrodon. Tendo vivido na mesma época que o Edaphosaurus (há cerca de 300-270 milhões de anos), essa forma possuía um crânio bem maior e dentes que sugerem hábitos de predador. Dimetrodon também desenvolveu uma vela na região dorsal do esqueleto, ainda maior que a de seu companheiro herbívoro (que talvez tenha sido sua presa). Mas ela é diferente, por não possuir as enigmáticas projeções laterais.
Dimetrodon
Esqueleto de ‘Dimetrodon’, sinapsídeo basal (‘pelicossauro’) predador, depositado no Staatliches Museum für Naturkunde Karlsruhe, Alemanha. (imagem: H. Zell/ Wikimedia Commons – CC BY-SA 3.0)
É importante frisar ainda que, quando se fala nos sinapsídeos basais, não se pode deixar de mencionar o pesquisador brasileiro Llewellyn Ivor Price (1905-1980), que iniciou sua carreira ao lado do famoso paleontólogo americano Alfred Sherwood Romer (1894-1973). Com este, Price aprendeu a base da pesquisa de répteis fósseis.

Um dos primeiros trabalhos de Price, publicado em coautoria com Romer, foi justamente uma revisão dos ‘pelicossauros’. Embora tendo havido diversas mudanças no conhecimento desses sinapsídeos basais graças ao desenvolvimento de novas técnicas e à descoberta de mais exemplares, a obra de Romer e Price, publicada em 1940, ainda é considerada um verdadeiro marco no estudo desses vertebrados.
Obrigado pela dica, Jéssica!

Alexander Kellner
Museu Nacional/UFRJ
Academia Brasileira de Ciências

segunda-feira, 24 de fevereiro de 2014

Repórter Eco dá o alerta: restam apenas 250 onças-pintadas na Mata Atlântica

Com a população em reprodução de cerca de 50 indivíduos, o Brasil está perto de ver o maior felino do continente americano ser extinto. No ar domingo (22/2), às 17h30, na TV Cultura

Repórter Eco dá o alerta: restam apenas 250 onças-pintadas na Mata Atlântica




 







Meio Ambiente
20/02/14 20:10 - Atualizado em 20/02/14 20:13
O Repórter Eco deste domingo (22/2) traz um dado preocupante para toda a comunidade científica: restam apenas 250 onças-pintadas adultas na região da Mata Atlântica. A situação é ainda mais crítica quando se pensa na população efetiva que está se reproduzindo: cerca de 50 animais, divididos em oito populações. O programa vai ao ar às 17h30, na TV Cultura.
 
O alerta foi feito através de uma carta redigida por um grupo de 13 pesquisadores brasileiros e publicada no final de 2013 pela revista científica Science. Integrante da lista vermelha de espécies ameaçadas de extinção do Ministério do Meio Ambiente, a onça-pintada se tornou símbolo de ações de preservação. Contudo, a caça e o desmatamento persistiram, levando o maior felino do continente americano à situação atual. 
 
O número reduzido leva à consanguinidade, o que diminui a heterogeneidade do grupo, o que o torna mais vulnerável a doenças. Diante do risco real de extinção, o Brasil está próximo de uma marca nada almejada: ficar marcado como o primeiro país tropical a perder um grande predador, com impactos severos para o meio ambiente. 
 
O foco do documento é chamar a atenção da comunidade científica, sociedade e governantes para que, juntos, possam se movimentar rapidamente na tentativa de estancar o desmatamento e reduzir a caça a nível zero, para que a espécie tenha condições de se recuperar por ela mesma. 
 
Além da matéria sobre a onça-pintada, o programa traz uma esperança no campo da medicina: estudos da Unifesp (Universidade Federal  de São Paulo) indicam que as sementes da árvore “orelha de macaco”, integrante da flora brasileira, tem uma proteína que, no futuro, poderá ser usada no tratamento de seis tipos de câncer, entre eles, o de mama. 
 
O Repórter Eco, integrante do jornalismo da TV Cultura de São Paulo, é exibido aos domingos, às 17h30, com reexibição aos sábados, às 8h15.

domingo, 23 de fevereiro de 2014

The Handbook of Bird Identification: For Europe and the Western Palearctic
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The Handbook of Bird Identification - For Europe and the Western Palearctic (Helm Identification Guides)"
ISBN: 0713639605, ASIN: B004L9MFHM | 1998 | PDF | 872 pages | 87 MB

Identification guide covering all the bird species to have occurred in the European region. The species are covered by family, with each family introduction followed by the relevant colour plates and species accounts and for 625 species there are detailed colour maps within the text.


Baixe aqui o livro