Mutações

Anomalias Monogenéticas e Multifactoriais

Cerca de 1400 doenças genéticas conhecidas são causadas por mutações em genes únicos. As lesões bioquímicas de mais de 250 destas doenças são conhecidas e afectam sobretudo enzimas, factores de coagulação do sangue, proteínas de transporte, hormonas peptídicas, receptores.

As doenças monogénicas podem não ser herdadas, mas serem antes o resultado de uma nova mutação no indivíduo afectado. A frequência da ocorrência deste género de mutações foi calculada como sendo de 5 x 10-6 mutação por gene e por geração. Aproximadamente um em cada 100.000 recém-nascidos deveria, portanto, possuir uma nova mutação num qualquer locus genético.

ß-talassemias

Talassemias são pertubações genéticas da síntese de hemoglobina. As hemoglobinas humanas são codificadas por duas séries de genes: os genes de tipo a, localizados no cromossoma 10 e os genes de tipo ß, localizados no cromossoma 11

As talassemias são patalogias caracterizadas pela ausência total ou parcial de síntese de um tipo de globina. O resultado é um desequilíbrio entre as cadeias a e ß e uma anemia. Estes estados têm origem numa deficiência de transcrição do DNA, ou num defeito de maturação do RNA, ou numa instabilidade do RNA ou, ainda, numa incorrecção na tradução do RNA. Estes defeitos podem resultar de mutações pontuais que conduzem a um desfasamento da tradução ou ao aparecimento prematuro de sinais de fim de cadeia ou, ainda, derivar de eliminações do gene, no seu todo ou parciais.

Mutações sem sentido e frame shift

A ß-talassemia, caracterizada pela ausência total da síntese da globina ß, resulta duma mutação pontual no codão correspondente ao aminoácido 17 ou no correspondente ao aminoácido 39. Nos dois casos, a mutação dá origem a um codão sem sentido. Para além de serem intraduzíveis, os RNA mensageiros correspondentes são muito instáveis in vivo.

Outras talassemias de tipo ß resultam de eliminações ou de inserções na sequência que codifica para a globina ß; o resultado é uma deslocação da fase de leitura do RNA mensageiro.

Um exemplo de favorecimento

Aqui temos a tabela dos tripletos. Há três tripletos de terminação de cadeia proteica. Se, por exemplo na CCR5 um destes codões aparecer antes do esperado teremos, então, uma proteína não funcional. Uma mutação poderá favorecer o portador de tal mutação, fazendo com que este não seja afectado pelo vírus do HIV, mas seja apenas portador, por exemplo.

Sequência proteica de CCR5:

>Q5EKN0|Q5EKN0_HUMAN CC chemokine receptor 5 variant - Homo sapiens

MDYQVSSPIYDINYYTSEPCQKINVKQIAARLLPPLYSLVFIFGFVGNMLVILILINCKR

LKSMTDIYLLNLAISDLFFLLTVPFWAHYAAAQWDFGNTMCQLLTGLYFIGFFSGIFIIL

LTIDRYLAVVHAVFALKARTVTFGVVTSVITWVVAVFASLPGIIFTRSQKEGLHYTCSSH

FPYSQYQFWKNFQTLKIVILGLVLPLLVMVICYSGILKTLLRCRNEKKRHRAVRLIFTIM

IVYFLFWAPYNIVLLLNTFQEFFGLNNCSSSNRLDQAMQVTETLGMTHCCINPIIYAFVG

EKFRNYLLVFFQKHIAKRFCKCCSIFQQEAPERASSVYTRSTGEQEISVGL

Bibliografia:

Sebenta de “Tecnologia de DNA Recombinante” Prof. Doutor Alfredo J. M. Cravador

http://beta.uniprot.org/

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Dimensões

Este magnífico vídeo mostra as reais dimensões de alguns corpos celestes.

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Higgs, massa e arrefecimento do Universo

A 10^-42 segundos após a explosão, crê-se que a temperatura foi cerca de 10³² Kelvin. Todos os campos oscilavam violentamente.

À medida que o universo arrefecia e expandia, a densidade de matéria e radiação caía. As ondulações aproximaram-se de 0 (em média)

Quando a temperatura baixou o suficiente, o campo de Higgs condensou num determinado valor não nulo através de todo o espaço. O universo estaria, então repleto de um campo de Higgs uniforme e não nulo.

Para forçar um campo de Higgs a ter valor zero teríamos de elevar a sua energia e a região do espaço não estaria tão vazia como poderia estar. Remover um campo de Higgs é equivalente a adicionar energia à região.

Origem da Massa

Podemos sentir os nossos músculos a trabalhar. Quanto maior a massa do objecto a ser movido, maior a força que terão de exercer. Neste sentido, a massa de um objecto representa a sua resistência a mudanças do seu movimento. De onde vem esta resistência a ser acelerado? O que dá inércia a um objecto?

O oceano de Higgs, no qual estamos todos imersos, interage com os quarks e com os electrões: resiste às suas acelerações. Nós sentimos o campo de Higgs. As forças que exercemos milhares de vezes por dia para mudar a velocidade deste ou daquele objecto são forças que lutam contra o arrastamento do oceano de Higs.

Para acelerar uma bola de pingue-pongue submersa em melaço, teríamos de empurrar com muito mais força. Ela resistirá às nossas tentativas para mudar a sua velocidade mais fortemente do que quando não está no melaço, e assim comporta-se como se tivesse aumentado a sua massa. As partículas elementares resistem a tentativas de mudança das suas velocidades – adquirem massa.

Se não fosse o campo de Higgs, todas as partículas fundamentais seriam como o fotão, e não teriam qualquer massa.

Arrefecimento do Universo

O campo de Higgs condensa num valor não nulo a mil biliões de graus (10¹⁵). É a temperatura para a qual se acredita que o universo tenha baixado um centésimo de bilionésimo (10^-11) de segundo após o Big Bang, o campo de Higgs flutuavapara cima e para baixo, mas tinha um valor médio 0. Um oceano de Higgs não se podia formar a tais temperaturas porque estava demasiado quente. Não havi resistência ao movimento acelerado, todas as partículas tinham massa igual a zero.

Existe uma mudança de aparência e a transição de fase é acompanhada por uma redução de simetria. Várias espécies de partículas adquiriram massas não nulas. Após a condensação do campo de Higgs, as massas das partículas transmutaram-se em valores não nulos e perdeu-se a simetria entre as massas.

A simetria entre fotões, partículas W e Z verificava-se antes da formação do oceano de Higgs. Já que estas partículas transmitem as suas forças respectivas, a simetria entre elas significa que há simetria entre as forças. A temperaturas que vaporizam o vácuo cheio de Higgs de hoje, não há distinção entre a força nuclear fraca e a força electromagnética.

Aquilo que normalmente consideramos o espaço vazio – vácuo – desempenha um papel central em fazer que o mundo se pareça com aquilo que é. Só vaporizando o vácuo, elevando a temperatura o suficiente para que o campo de Higgs evapore – adquira um valor médio de zero -, se tornaria evidente a simetria total que serve de base às leis da natureza.

Através de colisões deveria ser possível extrair uma partícula de Higgs. Essa confirmação produziria indícios directos de uma era antiga, em que vários aspectos do universo de hoje que nos parecem diferentes eram parte de um todo simétrico.

Sem invocar o espiritual podemos aproximar-nos do pensamento de Henry More na nossa busca de compreensão do espaço e do tempo. Para More, o conceito de espaço vazio não fazia sentido porque o espaço estava sempre cheio de espírito divino. Para nós, o conceito usual de espaço vazio pode, de forma similar, ser uma ilusão, já que o espaço vazio a que somos capazes de aceder pode estar sempre cheio com um oceano de campo de Higgs.

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União dos Campos e a solução dos problemas da Cosmologia - II

Em 1964, Peter Higgs, descobriu que uma teoria com uma quebra espontânea da simetria permitiria a existência de partículas maciças. A massa surge da interacção entre o campo φ e todos os tipos de partículas. Antes de φ se estabelecer num dos mínimos da sua energia potencial, as partículas saltam ligeiramente desimpedidas. Mas assim que o φ chega a –v ou +v, o campo recém estabelecido exerce resistência a qualquer coisa acoplada a ele. As partículas portadoras de força começam a comportar-se como se tivessem massa diferente de zero, e quaisquer medições da sua massa dependeriam do valor local de φ. Brans-Dicke e higgs propuseram explicar a origem da massa introduzindo um novo campo escalar que interagia com todos os tipos de matéria.

No início dos anos 70, ninguém sugeriu que φBD e φH poderiam ser fisicamente semelhantes.

No final dos anos 70, houve a descoberta da liberdade assintótica em 1973 e a construção das primeiras grandes teoria unificadas (GUTs) em 1973 e 1974.A liberdade assintítica trata-se da diminuição força da interacção quando a energia das partículas aumenta, em vez de aumentar da mesma forma que a maioria das outras forças.

A introdução das GUTs direccionou a atenção para as energias altas. Os físicos perceberam que o potencial de três forças fundamentais - electromagnetismo e forças nucleares fracas e fortes – poderiam convergir à medida que aumentava a energia das partículas. Assim que as energias aumentassem o suficiente, as três forças agiriam como uma única força indiferenciada. Esta unificação ocorreria a uma escala astronómica de cerca de 10²⁴ eléctron-volts. Isto mostra-nos que a energia média das partículas no Universo teria sido extremamente alta nos primórdios da história cósmica.

Em 1979, dois teóricos sugeriram que φBD e φH poderiam ser um único e mesmo campo. Anthony Zee e Lee Smolin combinaram as equações gravitacionais de quebra de simetria de Goldstone-Higgs.

Nesse modelo, a força local da gravidade variava inicialmente ao longo do tempo e do espaço, com G proporcional a 1/ φ², mas o seu valor constante actual surgia após o campo φ se estabelecer num mínimo do seu potencial de quebra de simetria, que ocorreu nos primeiros momentos do Big Bang. Desta forma Zee e Smolin ofereceram a explicação para o motivo de a força gravitacional ser tão fraca em comparação a outras: quando o campo se estabeleceu no seu estado final, φ=±v, ele ancorou φ nalgum grande valor diferente de zero, levando G a um valor menor.

Em 1980 Zee notou que as teorias cosmológica padrão permaneciam incapazes de responder à uniformidade extraordinária do Universo observável (pelo menos nas escalas maiores). Dicke concluiu que o Big bang também não consegui explicar a planura do Universo, cuja forma poderia em princípio afastar-se bastante da curvatura mínima observada pelos astrónomos. Em 1981, Alan Guth introduziu a cosmologia inflacionário para tratar de ambos os problemas. O modelo de Guth contava com outro campo escalar, modelado segundo o de Higgs: o Inflatão. Este campo ofereceu a força motriz por trás de um período postulado de expansão rápida – inflação – durante os primeiros momentos do Universo.

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União dos Campos e a solução dos problemas da Cosmologia - I

No final dos anos 50 e início dos anos 60 havia um problema entre os físicos: porque os objectos têm massa? A resposta veio de dois conjuntos de ideias, o campo de Brans-dick e o campo de Higgs.

Especialistas abordaram o problema segundo os termos de Mach. A massa de um objecto – uma medida da sua resistência às mudanças do seu movimento – deriva das interacções gravitacionais desse objecto com todas as outras matérias do Universo.

Para incorporar o princípio de Mach na teoria gravitacional, postularam a existência de um novo campo escalar que interage com todos os tipos de matéria. Na relatividade geral de Einstein a força da gravidade é fixada pela constante G de Newton. Brans e Dicke sugeriram que o princípio de Mach poderia ser atendido se a constante de Newton variasse ao longo do tempo e do espaço. Eles introduziram um campo chamado φ (“phi”), inversamente proporcional à constante de Newton, e trocaram G por 1/ φ.

Assim, a matéria corresponde à curvatura do tempo e do espaço, e às variações na força local da gravidade. O campo φ permeia todo o espaço, e o seu comportamento ajuda a determinar como a matéria de move pelo espaço e pelo tempo. A medição da massa de um objecto depende do valor local de φ.

A partir dos anos 50 o problema da massa surgiu de forma diferente. Os teóricos descobriram que podiam representar os efeitos das forças nucleares impondo classes especiais de simetrias nas equações que regem o comportamento de partículas subatómicas. Mas os termos violavam as simetrias especiais. Em particular afectou os bósões W e Z, as partículas que promovem a força nuclear fraca, responsável pelo decaimento radioactivo. Se fossem realmente sem massa, como as simetrias pareciam exigir, o alcance das forças nucleares devia ser infinito – o comportamento das forças nucleares decrescem rapidamente em distâncias maiores do que o tamanho dos núcleos atómicos.

Muitos físicos tentaram desenvolver uma teoria que representasse as propriedades simétricas e incorporando simultaneamente a massa das partículas. Em 1961, Jeffrey Goldstone, introduziu um campo escalar, coincidentemente chamado φ, cuja densidade de energia potencial, V(φ), apresenta dois pontos mais baixos: quando tem os valores de –v e +v. Como a energia do sistema é mais baixa nestes mínimos, o campo acabará por se estabelecer num deles. Como o campo deve no final estaelecer-se apenas num valor - -v ou +v -, a solução para as equações rompe espontaneamente com a simetria.

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Promo vídeo dos Diabo a Sete!

Aqui fica o vídeo de promoção dos Diabo a Sete. Este promo vídeo foi gravado ao vivo a 22 de Junho de 2007 no TAGV (Coimbra), por altura da apresentação do 1º trabalho discográfico "Parainfernália", um dos discos do ano (Programa "Sopa da Pedra, de Carlos Norton)

Mais informações no blog dos Diabo a Sete

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Origem da Vida: O Caldeirão da Sopa Está Vazio

Os blocos de construção do RNA são complexos: um açúcar, um fosfato e uma das quatro bases azotadas. Deste modo, cada nucleótido de RNA possui nove ou dez átomos de carbono, vários de azoto e oxigénio e um grupo fosfato. Existem muitas alternativas para formar as conexões, produzindo milhares de nucleótidos possíveis. Este número torna-se pequeno quando comparado com o número de conexões possíveis de moléculas orgânicas estáveis de tamanho semelhante que não sejam nucleótidos.

A ideia de que os nucleótidos poderiam ser formados assim mesmo foi inspirada numa experiência de Stanley L. Miller, em 1953. Ele aplicou uma descarga eléctrica a uma mistura de gases simples, considerada na época como representante da atmosfera dos primórdios da Terra.

Alguns autores presumiram que todos os blocos de construção da vida poderiam ser formados com facilidade em experiências como a de Miller e estavam presentes em meteoritos e outros corpos extraterrestres. Mas não é o caso.

Os aminoácidos de Millerr são menos complexos do que os nucleótidos: um grupo amina (um átomo de azoto e dois de hidrogénio) e um grupo ácido carboxílico (um átomo de carbono, dois de oxinénio e um de hidrogénio), ambos ligados ao mesmo carbono. Nenhum nucleótido de qualquer espécie foi apontado como produto das experiências com descarga eléctrica ou em estudos de meteoritos.

Com base na síntese prebiótica os investigadores tentaram mostrar que o RNA e os seus componentes podem ser sintetisados em laboratório a partir de uma sequência de reacções cuidadosamente controladas, usando condições materiais iniciais relevantes.

Supostamente, esta primeira molécula replicadora teria as capacidades catalíticas do RNA. Como nenhum vestígio deste foi reconhecido, o RNA deve ter sido assumido completamente todas as suas funções em algum momento após o seu aparecimento.

Vamos presumir que a sopa de blocos de construção surgiu de algum modo e que as condições favoreciam a ligação entre os blocos, formando cadeias. Esta sopa deveria conter grandes quantidades de blocos de construção defeituosos, cuja inclusão numa cadeia nascente arruinaria a sua capacidade de agir como replicadora.

A Natureza combinaria unidades de forma aleatória, produzindo cadeias curtas limitadas, em vez de cadeias longas de geometria uniforme necessária para as funções replicadoras e catalíticas.

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We Building Life!

Foi criado em laboratório o primeiro genoma sintético de um organismo vivo. O feito pode ser um passo importante no processo de criação de vida.

A criação vem explicada na revista Science. Esta publicação científica explica que a espécie eleita pela equipa de Craig Venter, pai do Projecto Genoma Humano, foi a bactéria "Mycoplasma genitalium", o ser vivo com o genoma mais pequeno, de entre os que são passíveis de ser reproduzidos de forma independente.

"Este pode ser o primeiro passo para a síntese artificial de qualquer coisa que um dia possa vir a ser vida completa", afirmou o investigador português, Alexandre Quintanilha.

Na perspectiva do investigador, os cientistas estão a demonstrar "de uma forma simples e clara que uma célula viva é um sistema complexo mas que pode ser feito a partir dos seus constituintes".

"Nesta altura, ainda não conseguimos fazer células a partir dos seus blocos constituintes de uma célula, ainda não conseguimos criar vida a partir da vida, mas se for possível começar a construir cromossomas novos a partir do seu material químico e fazer um DNA a partir dos seus componentes químicos, isso será um passo importantíssimo", afirma.

Para Alexandre Quintanilha, essa evolução científica será "um passo muito importante para demonstrar que a vida pode ser criada a partir dos seus componentes".

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PCR

A Polymerase Chain Reaction (PCR) é a técnica mais usada para copiar um trecho de ADN. A imagem abaixo esquematiza o processo (1).



No passo 1 a cadeia dupla de ADN é separada aquecendo a solução. No passo 2 arrefece-se a solução e os primers agarram o ADN nas extremidades da região a amplificar. Os primers são pequenos trechos de ADN com cerca de 20 a 30 nucleótidos sintetizados com a sequência do ADN nos pontos onde queremos que encaixem. Em seguida a polimerase começa a alongar os pequenos primers catalisando a ligação de nucleótidos à cadeia em crescimento. Como cada tipo de nucleótido (A, T, G, C) apenas encaixa num tipo específico da cadeia complementar (A com T e G com C), a cadeia gerada é complementar à original.

Depois é repetir isto vinte ou trinta vezes. O aquecimento separa (desnatura) as cadeias, o arrefecimento faz encaixar (hibridar) os primers nas extremidades e a polimerase sintetiza uma cadeia complementar a partir de cada primer. Cada ciclo duplica a quantidade de ADN da região a amplificar e basta umas dezenas de ciclos para obter milhões de vezes a quantidade inicial. É isto que permite isolar trechos de ADN a partir de uma amostra biológica e obter quantidade suficiente para sequenciar um gene, identificar um indivíduo e assim por diante.

In ktreta

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Origem da Vida: O Primeiro Replicador

Desde há 50 anos que se procura o primeiro replicador para a origem da vida. A estrutura de Watson e Crick parecia ser a indicada, mas parece ter falhado.

Apareceram complicações na teoria do primeiro DNA. A replicação do DNA não pode ocorrer sem assistência de várias proteínas. Enquanto o DNA é constituído por nucleótido, as proteínas são formadas por aminoácidos. As proteínas são as faz-tudo. As enzimas aceleram os procesos químicos que sem a sua actuação seriam lentos de mais para a vida. As proteínas são constituídas seguindo instruções codificadas no DNA.

A informação codificada de proteínas no DNA não pode ser recuperada sem a assistência das proteínas. Logo, que molécula apareceu primeiro, as proteínas ou o DNA?

Uma possível solução é o RNA. Esta molécula é idêntica ao DNA mas exerça muitos papéis nas células.

Ribozimas, moléculas idênticas a enzimas e feitas de RNA, pareciam ser uma solução simples: a vida começou com o aparecimento da primeira molécula de RNA. “É possível contemplar um mundo de RNA contendo apenas moléculas de RNA que servem para catalisar a síntese de se mesmas. (…) O primeiro passo da evolução então prossegue com as moléculas de RNA realizando as actividades catalíticas necessárias para montarem a si mesmas a partir de uma sopa de nucleótidos” (Walter Gilbert, Nobel). O primeiro RNA auto-replicador que surgiu de matéria não-viva executava as diversas funções actualmente executadas pelo RNA, DNA e proteínas.

Muitas moléculas pequenas, os co-factores, exercem um papel nas reacções catalíticas de enzimas. Elas carregam um nucleótido de RNA sem função óbvia. Estas estruturam fram consideradas “fósseis moleculares” em que apenas o RNA, sem DNA ou proteínas, dominava o mundo bioquímico.

Estas pistas apoiam a conclusão de que o RNA precedeu o DNA e as proteínas, mas não fornecem informação sobre a origem da vida.

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As Primeiras Estrelas III - Renascimento Cósmico

Estrelas desprovidas de metais têm temperaturas de superfície mais altas do que aquelas com composições semelhantes à do Sol. Estas tinham temperaturas de superfície de 100 mil Kelvin (17 vezes mais atas que a do Sol). Deste modo, a primeira luz de estrelas deve ter sido a radiação ultravioleta, que teria começado a aquecer e ionizar o gás hidrogénio e hélio.

Equipas de investigação observaram uma forte absorção de luz ultravioleta no espectro dos quasares que datam cerca de 900 milhões de anos ABB. O WMAP mediu as propriedades fundamentais do Universo com alta precisão: idade (13,7 mil milhões de anos), proporções entre matéria escura e luminosa, e energia escura no Cosmos.

O WMAP indicou que a radiação ultravioleta das primeiras estrelas ionizou o hidrogénio e hélio atómicos, produzindo uma abundância de electrões livres encontrada nos início da história cósmica.

Estima-se que estrelas com massas entre 100 e 250 MSol sucumbam em explosões energéticas. Algumas das primeiras estrelas tinham massas nessa faixa. Como os metais são mais eficientes que o hidrogénio em arrefecer nuvens formadoras de estrelas, estas explosões teriam tido um efeito considerável na formação de estrelas.

Um grupo de investigação descobriu que quando a abundância de metais em nuvens formadoras de estrelas ultrapassa um milésimo a abundância no Sol, os metais arrefecem o gás até à temperatura da radiação cósmica de fundo (2,7 K). As estrelas de segunda geração devem ter sido as principais responsáveis pela iluminação do Universo e pelo renascimento cósmico.

No começo desse período a temperatura da radiação cósmica de fundo teria sido superior à das nuvens moleculares actuais (10K). Muitas estrelas como essas podem-se ter formado durante as etapas iniciais da construção das galáxias, através de fusões de protogaláxias.

Evidências Intrigantes

A alta abundância de metais no gás intergaláctico dos aglomerados de galáxias, que emite raios X quentes é intrigante. Porém, explicado se tivesse havido um período de rápida formação de estrelas maciças, com uma taxa alta de supernovas, enriquecendo quimicamente o gás intergaláctico. Esta hipótese é reforçada do evidências recentes.

A formação das primeiras estrelas e protoestrelas deu início a um processo de evolução cósmica. Evidências mostram um período de alguns milhões de anos ABB em que a formação de estrelas, construção de galáxias e actividade de quasares foram mais intensas.

O Telescópio Espacial James Webb e outros instrumentos poderão detectar algumas das estrelas muito maciças e brilhantes nos primórdios do Universo. Ficaremos à espera dos resultados.

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As Primeiras Estrelas II - Faça-se Luz!

As estrelas jovens ricas em metais não chamadas de “estrelas de população 1”, as estrelas mais velhas pobres em metais são as “estrelas de população 2”. As estrelas desprovidas de metais são as “estrelas de geração 3” ou “primeiríssima geração”.

As nuvens de gás primordial formavam-se nos nós de uma rede de filamentos de pequena escala e depois começavam a contrair-se devido à gravidade. A compressão aquecia o gás acima dos 1000 Kevin. Alguns átomos de hidrogénio combinavam-se em pares criando alguns traços de hidrogénio molecular. Estas molécuilas resfriavam as partes mais densas do gás emitindo radiação infravermelha depois de colidir com átomos de hidrogénio. A temperatura nas zonas mais densas caía para 200 a 300 Kelvin permitindo que se contraíssem até formar caroços gravitacionalmente ligados.

Esse arrefecimento teve um papel importante, permitiu que a matéria comum se separasse da matéria escura.

Os caroços mais densos contraíam-se e alguns colapsavam, formando estrelas.

Grão de poeira e moléculas com elementos pesados arrefecem as nuvens actuais com mais eficiência, até cerca de 10 Kelvin. A massa mínima para colapsar sob a acção da própria gravidade é a “massa de Jeans”.

Em nuvens moleculares na parte mais próxima de nós, na Via Láctea, a massa de Jeans é igual à do Sol. Os primeiros caroços formadores de estrelas teriam sido de 500 a 1000 MSol.

Em geral, uma estrela forma-se de “dentro para fora”, absorvendo gás dos caroços das vizinhanças e formando num núcleo central proto-estelar. À medida que a massa da estrela aumenta, ela produz radiação e fluxos de matéria que podem expulsar uma grande parte do gás do caroço em colapso. Estes efeitos dependem da presença de elementos pesados e eram importantes para as primeiras estrelas. Os cálculos mostram que uma estrela de população 3 cresce até 50 MSol nos primeiros 10 mil anos depois do núcleo inicial se formar. Poderá crescer até 100 ou 100 MSol, o que leva a concluir que as primeiras estrelas eram bastante mais maciças que o Sol.

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As Primeiras Estrelas I

As primeiras estrelas só surgiram por volta de 100 milhões de anos depois do Big Bang.

As primeiras estrelas eram bastante maciças e luminosas. Elas alteram a dinâmica do Cosmos aquecendo e ionizando os gases na vizinhança, além de produzir e dispersar os primeiros elementos pesados.

O colapso de algumas das primeiras estrelas pode ter sido a semente para o crescimento de buracos negros supermaciços.

Os astrónomos foram capazes de examinar uma grande parte da história do Universo. A idade de cada objecto pode ser determinada pelo desvio para o vermelho (redshift) da sua luz, As galáxias e quasares mais distantes datam de cerca de mil milhões de anos após o Big Bang.

Baseadas na radiação cósmica de fundo em microondas, emitida 400 mil anos após Big Bang, podem-se fazer inferências sobre o Universo primitivo. A uniformidade indica que naquela época a matéria distribuiu-se de forma muito suave. À medida que o Cosmos se expandia, a radiação de fundo desviava-se para o vermelho e o Universo ia ficando mais frio e escuro. Contudo, cerca de mil milhões de anos após Big Bang (ABB), algumas galáxias e quasares tinham aparecido. Mas quando? E como?

A radiação de fundo mostra evidências de flutuações de densidade de pequena escala – caroços que evoluíram até se transformar em estruturas gravitacionalmente ligadas.

As regiões mais densas teriam a forma de uma rede de filamentos, e os primeiros sistemas formadores de estrelas se aglutinariam nos nós dessa rede. As protogaláxias teriam-se fundido para formar galáxias e, posteriormente, aglomerados de galáxias.

As primeiras protogaláxias continham principalmente matéria escura. Actualmente a matéria escura é separada da matéria comum: esta concentrou-se na região interna da galáxia, enquanto que a matéria escura se manteve espalhada ao longo de um halo externo.

As protogaláxias não teriam quantidades significativas de quaisquer erlementos além de hidrogénio e hélio.

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De Marte...

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Entropia e Big Bang II

Se a evolução nunca aconteceu, e nós seres humanos chegámos aqui por via de um salto aberrante para uma menos entropia, a aberração teria sido bem menos extrema se não houvesse um registo fóssil consistente e ordenado. Se o big bang nunca aconteceu, e os mais de bilião de galáxias que vemos agora surgiram como um salto aberrante para uma menor entropia, a aberração teria sido menos extrema se houvesse 50 mil milhões, ou 5 mil, ou um só punhado de galáxias.

Uma galinha absorve mais ou menos tanta energia de comida como a que dá de volta ao ambiente. Sem este balanço a galinha ficava cada vez maior.

A energia que uma galinha dá é altamente desordenada enquanto que a energia que a galinha recebe tem baixa entropia.

Onde se origina a baixa entropia de um ovo um passo para trás? Porque é que a fonte de energia da galinha, a comida, tem tão baixa entropia? Como se explica esta fonte de ordem aberrante? Se a comida é de origem animal, somo levados para a questão: como têm os animais tão baixa entropia? Um passo para trás: de onde veio o sol altamente ordenado (baixa entropia)? Um passo para trás: de onde veio a nuvem de gás difuso? De restos de estrelas mais velhas que chegaram ao final das suas vidas. De onde veio o gás difuso responsável por estas estrelas primárias? O gás foi formado imediatamente após o big bang. O universo estava cheio de um gás praticamente uniforme composto por aproximadamente 75 por cento de hidrogénio, 23 por cento de hélio e pequenas quantidades de deutério e lítio. Este gás tinha uma entropia incrivelmente baixa. O big bang deu início ao universo num estado de entropia baixa, e esse estado parece ser a fonte da ordem que actualmente vemos.

Poucos minutos após o big bang o gás se espalhou. Poderíamos pensar que, tal como a lata de refrigerante, o gás primordial estava num estado de alta entropia, desordenado, o que não é verdade. A gravidade precisa ser tomada em conta. No caso do refrigerante a gravidade praticamente não desempenha nenhum papel, a quantidade de gás é mínima. No caso do big bang não era, de certo, pouco gás.

Para uma nuvem de gás inicialmente difusa, a redução da entropia obtida através da formação de agrupamentos ordenados é mais que compensada pelo calor gerado à medida que o gás se comprime. A elevada tendência para a desordem não significa que não se possam formar estruturas ordenadas (estrelas e planetas), ou formas de vida ordenada (plantas e animais). A segunda lei da termodinâmica, na formação de ordem, há geralmente uma geração mais que compensadora de desordem.

Quanto mais comprimidos forem os agrupamentos de gás, tanto maior será a entropia total. Um exemplo disso são os buracos negros.

O universo recém-nascido estava cheio de uma mistura quente de hidrogénio e hélio. O gás estava disperso e a gravidade não governava, logo sem ter em conta a gravidade, um tal gás uniforme tem uma entropia extremamente baixa. Desde essa altura, a gravidade tem tomado o controle e a entropia global do universo tem vindo a tornar-se gradualmente maior. A gravidade fez com que o gás primordial se agrupasse esses agrupamentos formaram galáxias, estrelas e alguns agrupamentos mais leves formaram planetas. Pelo menos um desses planetas tinha uma estrela próxima, que proporcionou uma fonte de energia com entropia baixa, que permitiu que evoluíssem formas de vida de baixa entropia, e entre tais formas de vida houve uma galinha, que pôs um ovo e, para grande desgosto nosso, o ovo prosseguiu na sua trajectória em direcção a um estado de maior entropia e rolou da bancada, partindo-se no chão. O ovo parte-se em vez de se recompor porque está a dar prosseguimento à evolução no sentido de uma maior entropia.

As condições do nascimento do universo são críticas para dar um sentido à seta do tempo. O futuro é realmente o sentido de aumento da entropia. A seta do tempo – o facto de as coisas começarem desta forma e terminarem daquela, mas nunca começarem daquela e terminarem desta – começou o seu voo no estado altamente ordenado, de baixa entropia, do nascimento do universo.

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