O Efeito Zeeman

No ano de 1896, o ilustre físico holandês Pieter Zeeman (1875-1943) fez uma descoberta extremamente importante para o desenvolvimento da Física Moderna. Seguindo o exemplo de seu antecessor, o grande físico inglês Michael Faraday (1791-1867), ele fazia experiências com influência de campos magnéticos sobre a luz, especialmente sobre os espectros dos átomos. Em seus experimentos, observou as linhas de emissão de vapor de sódio num campo magnético e logo conseguiu descobrir um alargamento da linha no campo magnético. Depois de melhorar sua técnica experimental, conseguiu separar as linhas do espectro no campo magnético em diversos componentes. A separação das linhas espectrais no campo magnético é conhecida, então, por "efeito Zeeman".

Uma explicação teórica do fenômeno observado seria dada pouco depois pelo professor de Zeeman, Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928). Lorentz partiu da hipótese de que partículas carregadas movem-se no átomo e são responsáveis pela radiação da luz. (Uma teoria um tanto profética, como revelaria-se após a descoberta dos elétrons, por Josef John Thomson, e suas condições de energia.) Sobre essas partículas carregadas, segundo as leis clássicas do eletromagnetismo, atua uma força no campo magnético. A partir da modificação da frequência das linhas no efeito Zeeman, Lorentz e Zeeman conseguiram até mesmo uma afirmação sobre a proporção entre a carga e a massa das partículas carregadas. Ficou estabelecido que tratava-se de uma partícula negativamente carregada com uma duomilésima parte da massa atômica, como mais tarde foi efetivamente verificado para o elétron. Por seus célebres trabalhos sobre o efeito Zeeman, Pieter Zeeman e Hendrik Antoon Lorentz receberam em 1902 o Prêmio Nobel de Física.

Ilhotas em um Mar de Glândulas

Até meados do século XIX, tinha-se uma... vaga ideia da fisiologia do pâncreas, sabendo-se apenas que tal órgão é constituído por glândulas (acinosas) muito semelhantes às salivares, e secretoras de uma enzima (a chamada tripsina) que, através do canal de Wirsung chega ao intestino delgado, contribuindo assim para a digestão. Na Alemanha, quando estudava o pâncreas com o auxílio do microscópio, para a preparação de sua tese de doutoramento, o patologista, fisiologista e biólogo alemão Paul Langerhans (1847-1888) notara o que até então havia passado despercebido a experientes anatomistas: a presença de grupos de ilhotas de glândulas diferentes das acinosas. A descoberta de Langerhans foi anunciada em 1869. O primeiro a avaliar a importância desses grupos foi o patologista e histologista francês Gustave-Edouard Laguesse (1861-1927), que os chamou de ilhotas de Langerhans, em homenagem ao seu descobridor. Em um trabalho publicado em 1893, revelou sua função de secreção interna, ou endócrina.

Enquanto Laguesse realiza suas pesquisas, o médico alemão Joseph von Mering (1849-1908) e o cientista também alemão Oscar Minkowski (1858-1931), ocupados em estudos sobre nutrição, descobriram, acidentalmente, a correlação entre as funções do pâncreas e a doença diabetes. Tudo se iniciou numa conversa durante um almoço na universidade alemã de Strasbourg, quando Mering sugeriu que o suco pancreático não teria influência na digestão da limpanina, um óleo comestível com 6% de ácidos graxos. Minkowski não aceitou a hipótese e propôs a extirpação do pâncreas (operação esta denominada pancreatectomia) de um animal. Mering replicou que a pancreatectomia causaria fatalmente a morte do animal, e desafiou seu colega a realizar a operação. Minkowski aceitou o desafio, e um cachorro por ele operado sobreviveu por quatro semanas. Satisfeito por ter conseguido a prova que buscava, Minkowski desinteressou-se pelo cachorro, que foi entregue aos cuidados de um tratador. No entanto, numa de suas visitas ao animal, notou um aspecto de sujeira na jaula, com ajuntamento de moscas. Chamou a atenção do tratador, que explicou-lhe que tão logo terminava a limpeza o cachorro sujava de novo, com urina. Depois de uma breve reflexão, Minkowski associou a fato a um dos sintomas do diabetes: secreção excessiva de urina. Apanhou um pouco da urina do solo e, ao analisá-la, notou altíssima concentração de 120 gramas de glicose por litro. Sem o pâncreas o cachorro ficara diabético.

A Lei de Avogadro e o Número de Avogadro

Até o início do século passado, os cientistas já haviam adquirido uma razoável quantidade de informações sobre as reações químicas observadas entre os gases. O célebre físico italiano Amedeo Avogadro (1776-1856), baseando-se em tais informações e em resultados de experiências realizadas por ele próprio, formulou, no ano de 1811, uma hipótese extremamente importante, relacionando o número de moléculas existentes em duas amostras gasosas. Segundo Avogadro, se tomarmos dois recipientes, de mesmo volume, contendo gases diferentes, ambos à mesma temperatura e pressão, o número de moléculas contidas em tal recipiente deverá ser o mesmo. Posteriormente, um grande número de confirmações experimentais desta lei fizeram com que ela passasse a ser conhecida como Lei de Avogadro.

Uma das verificações desta lei pode ser feita quando analisamos, em um laboratório, a decomposição de alguns gases. Tomemos, por exemplo, volumes iguais de HCl (ácido clorídrico), H2O (água), NH3 (amônia) e CH4 (gás metano), sob a forma gasosa, à mesma pressão e temperatura. De acordo com a lei de Avogadro, as três amostras dos gases considerados devem ter o mesmo número, N, de moléculas. Decompondo estes gases e recolhendo o hidrogênio liberado em cada amostra, deveríamos, então, obter: para o HCl, N átomos de H; para o H2O, 2N átomos de H; para o NH3, 3N átomos de H; e para o CH4, 4N átomos de H. A experiência confirma este resultado, pois, enquanto recolhe-se uma massa m de hidrogênio na decomposição do HCl, verifica-se que uma massa 2m é recolhida na decomposição H2O, uma massa 3m na decomposição do NH3 e uma massa 4m na decomposição do CH4.

Uma vez conhecida a Lei de Avogadro, poderia-se indagar qual é o número de moléculas que existe em uma dada massa do gás. Suponha, por exemplo, que tomássemos 1 mol (unidade de quantidade de matéria) de vários gases diferentes (2 g de H2, 32 g de O2, 28 g de N2, etc.). Em Química, poderíamos afirmar que o número de moléculas em cada amostra, é o mesmo. Este número é denominado número de Avogadro e é representado por N0. O grande físico-químico francês Jean-Baptiste Perrin (1870-1942), no início do século XX, realizou uma série de experiências, procurando determinar o valor de N0, concluindo que este valor estaria compreendido entre 6,5 . 10²³ e 7,2 . 10²³ moléculas em cada mol. Por tais trabalhos, Perrin recebeu o Prêmio Nobel de Física, no ano de 1926. Posteriormente, medidas mais precisas e cuidadosas mostraram que o valor de N0 é mais próximo de 6,02 . 10²³ moléculas/mol.

Os Vírus

Os vírus diferem de todos os outros seres vivos pelo fato de não apresentarem organização celular. Um vírus é formado por um envoltório de moléculas de proteína, o chamado capsídeo, que protege o material genético; este pode ser o DNA (ácido desoxirribonucléico) ou RNA (ácido ribonucléico), dependendo do vírus. Os vírus formam um grupo bastante heterogêneo e diferenciado em relação aos outros seres vivos. Acredita-se que eles possam ter-se originado de organismos celulares que, durante a evolução, tornaram-se parasitas intracelulares e sofreram simplificação estrutural. Quando não estão reproduzindo-se, os vírus não manifestam nenhuma atividade vital: não crescem, não degradam nem fabricam substâncias e não reagem à estímulos. No entanto, sua capacidade reprodutiva é assombrosa: um único vírus é capaz de produzir, em poucas horas, milhões de novos indivíduos.

Todos os vírus são parasitas intracelulares obrigatórios. Um único vírus, ao invadir uma célula, pode assumir o comando das atividades celulares e fazer com que a célula hospedeira passe a trabalhar quase que exclusivamente na produção de novos vírus. A infecção viral geralmente causa profundas alterações no metabolismo celular e pode levar as células infectadas à morte. Os vírus provocam diversas doenças em plantas e em animais, incluindo o ser humano.

A reprodução de um vírus envolve dois aspectos: multiplicação do material genético e síntese das proteínas do capsídeo. Como não possuem a maquinaria necessária para realizar nenhum desses processos, os vírus desenvolveram, ao longo de sua evolução, surpreendentes mecanismos para subverter o funcionamento da célula hospedeira e se reproduzir à custa do metabolismo celular. Em geral, eles inibem o funcionamento do material genético da célula infectada e passam a comandar a síntese de proteínas.

Como exemplo de vírus, pode-se citar os bacteriófagos, que são vírus que reproduzem-se no interior de bactérias. Eles geralmente apresentam uma "cabeça" protéica, na qual fica alojado o material hereditário (no caso o DNA), e uma "cauda", também protéica, formada por fibras que aderem à bactéria hospedeira.

Outro peculiar exemplo de vírus é o vírus da gripe. Existem dezenas de variedades de vírus da gripe. Em todos eles, o material hereditário é o RNA. A infecção gripal começa quando o vírus adere à superfície das células hospedeiras, geralmente células que revestem as vias respiratórias.

Há também um outro tipo muito conhecido de vírus denominado HIV( sigla proveniente do idioma inglês e significa Human Immunodeficiency Virus, isto é, vírus da imunodeficiência humana). O HIV pertence ao grupo dos retrovírus e além de apresentar o RNA como material genético, a principal característica dos vírus desse grupo é a presença de uma enzima, a transcriptase reversa, que catalisa a produção de moléculas de DNA a partir do RNA viral. O HIV ataca os linfócitos T (um dos tipos de glóbulo branco do sangue) causando a síndrome da imunodeficiência adquirida, abreviadamente aids (do inglês acquired immunodeficiency syndrome). A aids é uma doença letal, ainda sem cura, que se tem disseminado rapidamente pelo mundo a partir de 1981.

Van't Hoff e a Química Orgânica

Enquanto desenvolvia a teoria dos isômeros, o grande químico holandês Jacobus Henricus Van't Hoff (1852-1911) (retratado na fotografia acima) ocupava-se também em sua tese de doutoramento. E, no mês de dezembro de 1874, ele lia, ante o catedrático de Química da Universidade holandesa de Utrecht, E. Mulder, o trabalho que tinha como título: Contribuições para o conhecimento do ácido cianético e do ácido malônico. Era uma pesquisa de rotina, sem qualquer contribuição inovadora. O que surpreendeu a muitos, uma vez que, em setembro do mesmo ano, Van't Hoff publicara sua famosa brochura de onze páginas sobre estruturas moleculares espaciais.

Já formado, porém ainda sem rumo definido, Van't Hoff começa a procurar emprego, o que só consegue em março de 1876, tornando-se assistente de Química e Física no Colégio Veterinário de Utrecht. Nessa época dedica interesse especial ao estudo de substâncias extraídas de uma resina vegetal. Escreve também vários artigos sobre estereoquímica - sobre os anéis carbônicos, a fórmula estrutural do benzeno, a direção das valências no átomo de nitrogênio e a relação entre atividade ótica e a constituição das substâncias orgânicas. Ainda em tal período, escreve, em dois volumes, o livro Ansichten über die Organische Chemie (Opiniões sobre a Química Orgânica). Segundo Van't Hoff, o próposito da segunda parte consistia em obter um conhecimento da natureza própria do carbono e das variações que ela sofre quando o elemento combina-se com outros átomos ou grupos de átomos. Para se alcançar este objetivo, devemos ter uma visão geral das reações químicas nas quais o átomo de carbono participa e das variações do caráter físico que as acompanham.

Em setembro de 1877, Van't Hoff é nomeado expositor de Química no Colégio da Cidade de Amsterdam - que um mês após é elevado à categoria de universidade. Em junho do ano seguinte, torna-se professor de Química, Mineralogia e Geologia.

Asteróides e Meteoritos

Asteróides são grumos secos de rocha, metal ou mistura de ambos, que orbitam em torno do Sol. Suas trajetórias podem colidir, quando eles quebram e são lançados à Terra. Um meteoro ou pedaço de asteróide caído na Terra é chamado de meteorito. Há muito mais de um bilhão de asteróides e mais de duzentos mil já foram descobertos. Eles são material que não chegou a formar um planeta rochoso há cerca de 4,6 bilhões de anos atrás, quando os planetas do Sistema Solar formaram-se. São em geral irregulares na forma e podem ter centenas de quilômetros de diâmetro ou ser do tamanho de um matação, um seixo ou um grão de poeira. Cerca de 100 asteróides têm diâmetro de cerca de 200 km. Mais de 90% dos asteróides estão no cinturão Principal, também conhecido como Cinturão de Asteróides. Ceres, o maior objeto em tal cinturão, foi reclassificado como planeta anão (ou planetóide) em 2006. Os asteróides próximos do planeta Terra têm órbitas que os tiram do cinturão. Os Troianos são dois grupos que seguem a órbita do planeta Júpiter, um à frente dele e outro atrás.

O primeiro close-up de um asteróide foi-nos dado pela sonda Galileo a caminho de Júpiter, em 1991. A chamada NEAR foi a primeira sonda a estudar um asteróide em profundidade, orbitando Eros em dezembro do ano 2000. Embora não projetada como um aterrisador, pousou no asteróide um ano depois. No ano de 2005, a Hayabusa mapeou o asteróide Itokawa e coletou uma amostra da superfície. Outro asteróide observado pela sonda Galileo foi o Ida que é um asteróide de cerca de 60 km de comprimento e com um satélite chamado Dáctil orbitando ao seu redor.

Pedaços de asteróides grandes demais para queimarem-se por completo na atmosfera da Terra caem em sua superfície. Mais de 3 mil desses meteoritos com mais de 1 kg atingem a Terra por ano. A maioria, por sorte, cai no mar. Cerca de 160 crateras foram identificadas - medem de alguns metros a 140 km de diâmetro. A maioria formou-se há mais de 100 milhões de anos.

Ohm e as Forças Eletroscópicas

Em sua obra principal - intitulada Teoria Matemática das Correntes Elétricas -, escrita no ano de 1827, o renomado físico e matemático alemão Georg Simon Ohm (1789-1854) (retratado na fotografia acima) estabelece um paralelo entre seus conceitos e os conceitos expostos pelo físico e matemático francês Jean-Baptiste Joseph Fourier (1768-1830) no livro Teoria Analítica do Calor: a intensidade da corrente, ou fluxo de eletricidade, é análogo ao do calor; o correspondente da temperatura é o que denomina força eletroscópica em um dado ponto. Ohm então apresenta a hipótese de que "uma molécula eletrizada só pode comunicar eletricidade ás moléculas contíguas (...) e a grandeza do fluxo entre duas moléculas contíguas é proporcional, em circunstâncias iguais, à diferença das forças eletroscópicas que as duas moléculas possuem, da mesma maneira que, na teoria do calor, o fluxo de calor é considerado como proporcional à diferença de suas temperaturas".

Ohm ainda considerava que "a tensão (ou força eletromotriz) é definida pelo seguinte princípio: quando dois corpos tocam-se, fica estabelecida no ponto de contato uma diferença constante entre suas forças eletroscópicas". Ohm descreve também esquematicamente como medir a força eletroscópica, através de um eletroscópio. Caracteriza este dispositivo como sendo um simples plano de prova de pequeníssimas dimensões, de tal maneira que, quando é posto em contato com a parte do condutor (percorrida por uma corrente) que pretende-se explorar, seja possível considerá-lo como substituído nessa parte; então, acontece que as forças eletroscópicas (desse plano de prova), medidas pela força que exercem sobre uma espécie de balança de Coulomb, são diferentes para os diversos pontos tocados e elas dão a conhecer as diferenças que existem no estado elétrico desses respectivos pontos.

Despercebidos durante muito tempo, os ilustres trabalhos de Ohm só ganharam projeção após confirmados por físicos como Fechner (em 1829) e Pouillet (em 1837). Já no ano de 1845, o grande físico alemão Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) identificava a "força eletroscópica" com o potencial elétrico.

A Classificação Biológica

No ano de 1735, o naturalista sueco Carl von Linné (1707-1778), mais conhecido como Lineu, publicou o livro Systema Naturae, no qual propôs um sistema de classificação biológica coerente, que, por sinal, serviu de base para os sistemas de classificação modernos. O principal critério usado por Lineu era a organização corporal do organismo, ou seja, sua estrutura anatômica. Com tal feito, Lineu inaugurou um novo campo de estudo nas ciências naturais, a Taxionomia (do grego táxis, classificação, e nómos, regra). Desde então, os taxionomistas têm-se dedicado à tarefa monumental de identificar e catalogar mais de 2 milhões de espécies conhecidas. No sistema atual de classificação, além de semelhanças anatômicas, também são estudadas as semelhanças na composição química e na estrutura do genes.

Nos sistemas atuais de classificação, a primeira categoria de classificação, ou categoria taxionômica, é a espécie (do latim, species, tipo). Esta é definida como um conjunto de seres semelhantes, capazes de cruzar-se em condições naturais, produzindo descendência fértil. A partir da espécie derivam as outras categorias taxionômicas. Por exemplo, cães e lobos são espécies distintas, mas muito semelhantes. Por isso são reunidas em uma categoria taxionômica hierarquicamente superior, o gênero, neste caso denominado Canis (gênero dos cães), que agrupa diversas espécie de cão.

Gêneros que apresentam semelhanças significativas são reunidos em uma categoria hierarquicamente superior, a família. Por exemplo, as raposas não pertencem ao gênero dos cães (Canis), mas são semelhantes o bastante para serem classificadas, junto com os cães, dentro da família Canidae. Famílias semelhantes, por sua vez, são reunidas em ordens; ordens semelhantes são agrupadas em classes, e classes semelhantes são agrupadas em filos. Estes, por sua vez, compõem os reinos.

É importante salientar que, até o final do século passado, os biólogos agrupavam os seres vivos em dois grandes reinos: Animal e Vegetal. Todavia, em 1899, o grande biólogo alemão Ernst Haeckel (1834-1919) propôs a criação de dois novos reinos: Protista e Monera. Tais novos reinos reuniriam os organismos mais simples. Porém, já em 1969, o grande biólogo norte-americano Robert Harding Whittaker (1920-1980) sugeriu que fungos, até então classificados nos reinos Vegetal ou Protista, fossem separados em um reino à parte, denominado Fungi.

A Descoberta do Hidrogênio

O isolamento e a identificação dos diversos gases como substâncias peculiares foram um dos maiores avanços da Química no século XVIII. Um dos primeiros passos importantes nesse sentido foi dada no início desse século, quando o fisiologista, químico e inventor inglês Stephen Hales (1677-1761) desenvolveu uma "cuba pneumática" que permitia recolher, isolar e medir a quantidade de gás desprendido pelas substâncias aquecidas. Na cuba pneumática, um recipiente de vidro é inicialmente enchido de água e colocado na vertical, com a boca mergulhada em uma bacia igualmente cheia desse líquido; assim, a pressão atmosférica mantém o frasco cheio de líquido. Hales aquecia diversas substâncias em frascos fechados, dos quais saía um tubo curvo que, por dentro da água, se introduzia no recipiente de vidro da cuba pneumática. O "ar" produzido por aquecimento - na verdade um gás qualquer, em geral muito diferente do ar atmosférico - passava pelo tubo curvo e encheria o referido recipiente, dele expulsando a água. Assim, o gás desprendido era recolhido e tornava-se fácil medir o seu volume.

Apesar do grande número de observações que realizou, obtendo quase sempre gases puros, Hales não chegou a reconhecer que essas substâncias diferiam entre si. Ele aceitava que só houvesse um tipo de ar e que as diversidades de cor, cheiro, inflamabilidade, etc. eram acidentais - devidas a "fumaças, vapores e espíritos sulfurosos". Contudo, foi em meados do mesmo século que o físico e químico escocês Joseph Black (1728-1799) iniciou as pesquisas que transformariam completamente o conhecimento sobre a natureza de tais substâncias. Estudando o gás carbônico ( CO2) - que é produzido normalmente na respiração de animais e vegetais ou na queima de substâncias orgânicas - Black mostrou que esse gás (que chamava de ar fixo) podia ser facilmente obtido pelo aquecimento de certas substâncias, como a pedra de cal (carbonato de cálcio) e a magnésia alba (carbonato básico de magnésio). Também constatou que, quando isso acontecia, as propriedades químicas dessas substâncias sólidas mudavam, mas que, unindo-se novamente o gás ao resíduo, elas recuperavam suas antigas propriedades. Mostrou, dessa forma, a existência de um outro "ar", bem diferente do atmosférico, e aboliu a velha ideia de que um "ar" não é capaz de tomar parte em reações químicas de qualquer tipo.

Além das descobertas de Hales e Black, na época do físico e químico inglês Henry Cavendish (1731-1810) também se conhecia a existência de um gás produzido pela dissolução de fios de ferro em ácido sulfúrico (H2SO4): o chamado "ar inflamável", pois, misturado ao ar, ele se incendiava. No entanto, nada mais se sabia a seu respeito. Foi Cavendish quem realizou, em 1766, o primeiro estudo detalhado sobre o ar inflamável, sendo, por isso, considerado o seu descobridor. Tendo produzido tal gás - que depois recebeu o nome de hidrogênio (do grego hýdor, que significa água, e genós, que significa geração) - a partir de diferentes substâncias, recolheu-o em uma cuba pneumática aperfeiçoada (que utiliza mercúrio ao invés de água), enchendo com ele várias bexigas secas de animais. Pesou-as a seguir, conseguindo mostrar que o hidrogênio é bem mais leve que o ar. Estava aí uma das maiores descobertas para o homem: o hidrogênio. Atualmente sabemos que o hidrogênio faz parte da molécula de água, é componente essencial para o maioria dos compostos orgânicos, serve para ligações em compostos orgânicos (ligação esta chamada de ponte de hidrogênio), é "combustível" para a maioria das estrelas (como o Sol) e combustível para foguetes, entre outras várias utilidades.

Tyndall e o Porquê do Azul do Céu

John Tyndall (1820-1893) (retratado na fotografia acima), grande físico irlandês, fez pesquisas significativas sobre o comportamento da luz em determinadas circunstâncias. Uma das suas mais renomadas pesquisas foi sobre a difusão da luz. Prova de tais pesquisas é que a difusão da luz em suspensões coloidais ficou conhecida como efeito Tyndall: sempre que um feixe luminoso atinge um meio dessa natureza, parte da luz é transmitida, parte é difundida em todas as direções.

Para a Química, o efeito Tyndall constituiu-se em valioso recurso de análise quantitativa: a intensidade da luz difundida é diretamente proporcional ao número de partículas da solução coloidal em estudo, ou seja, a sua concentração; o ângulo de difusão relaciona-se com o tamanho dessas partículas. Recorrendo ao comportamento da luz em meios coloidais, Tyndall tenta uma explicação para o "azul do céu": "(...) Pode-se demonstrar, através de provas, as mais conclusivas, que a luz do firmamento é uma luz refletida. A luz do firmamento chega até nós numa direção transversal à direção dos raios solares; e este afluxo lateral ou oposto ao movimento ondulatório só pode ser devido ao choque das ondas no próprio ar, ou contra alguma coisa em suspensão no ar. Além disso, a luz solar não é refletida pelo firmamento nas proporções que produzem o branco. O céu é azul, o que indica um excesso de ondas mais curtas (...)".

Depois de refutar a hipótese que atribui a aperência do firmamento a uma eventual cor azul do ar, continua discutindo: "Suponhamos, pois, que partículas muito pequenas estejam difundidas em nossa atmosfera. Ondas de toda grandeza vêm chocar-se com elas e, em cada colisão, uma parte da onda incidente é desviada. Isso ocorre para todas as ondas do espectro, do vermelho ao violeta; mas em que proporções serão elas dispersas?". E Tyndall conclui que, devido às reduzidas dimensões das partículas atmosféricas, na parcela refletida predominarão as cores de baixo comprimento de onda - o azul, sobretudo. Tyndall então afirma: "As outras cores do espectro devem, até certo ponto, estar associadas ao azul (...), mas em proporções que diminuem do violeta ao vermelho."

Como divulgador da Ciência, John Tyndall atinge renome internacional. De diversos países chegam-lhe convites para proferir conferências ou orientar cursos. Pressionado pelo secretário da Smithsonian Institution, o grande cientista norte-americano Josef Henry (1797-1878), acaba atendendo ao pedido que lhe chega dos Estados Unidos da América.

Galáxias

As galáxias (do grego galaktos, que significa leite) são sistemas de bilhões de estrelas, unidas por sua própria gravidade, em geral misturadas com poeira e gás. Existem vários tipos e parecem ser transformadas por colisões dentro de aglomerados de galáxias. A nossa galáxia, a Via Láctea (do latim via, que significa rio, e láctea, que significa leite), abriga o Sol e todas as estrelas que podemos ver no céu. É um vasto sistema espiral situado a cerca de dois terços a partir do centro, na borda exterior de um braço espiral. Como a galáxia tem a forma de um disco, há mais estrelas em nossa linha de visão quando olhamos ao longo do plano dela do que quando olhamos para cima ou para baixo do plano - as densas nuvens de estrela do plano formam a faixa da Via Láctea que se enrola em volta do céu. O Sol gira em torno do centro da galáxia uma vez a cada 200 milhões de anos, aproximadamente, porém a Via Láctea não comporta-se como um corpo sólido e as regiões internas orbitam em torno do centro mais depressa que as externas. A região central é dominada por um denso centro de antigas estrelas vermelhas e o disco externo tem uma mistura de estrelas. As estrelas azuis mais brilhantes concentram-se nos braços espirais, em geral em aglomerados abertos formados há pouco. As estrelas no disco e nos braços espirais da Via Láctea, chamadas estrelas de População I, são em geral relativamente jovens. Estrelas mais velhas encontradas no centro e nos aglomerados globulares formam a população II.

A Via Láctea não está só em sua região do espaço. Para o seu tamanho, as galáxias estão relativamente comprimidas, e nossa galáxia é um membro-chave de um pequeno aglomerado, o chamado Grupo Local, que contém pelo menos mais duas dúzias de galáxias pequenas e dois outros membros maiores: as espirais Andrômeda e Triângulo, a cerca de 2,5 milhões de anos-luz de distância. Andrômeda, duas vezes maior que a Via Láctea, é a maior galáxia do Grupo Local. A atração gravitacional entre as duas é tão forte que estão se aproximando e fatalmente colidirão e se fundirão daqui a bilhões de anos.

A cerca de 160 mil anos-luz de distância orbitam duas galáxias "irregulares", sem forma e tamanho moderado: as chamadas Nuvens de Magalhães. Ainda mais próxima, uma minúscula e esparsa galáxia "anã elíptica" está de fato colidindo com a nossa do outro lado do centro galáctico.

Algo extremamente interessante que sabe-se sobre a Via Láctea é que em seu centro há um buraco negro com massa de três milhões de Sóis. Ele há muito sugou as estrelas e o gás da região à sua volta, entretanto, sua gravidade ainda afeta a rotação das estrelas no centro. É provável que a maioria das grandes galáxias tenha buracos negros com massas enormes em seu centro.

O Efeito Termoiônico e a Válvula Diodo

Os elétrons livres existentes em um corpo metálico possuem, a qualquer temperatura, um movimento aleatório em virtude de sua agitação térmica (de modo muito parecido ao que ocorre com as moléculas de um gás). Os elétrons que, nesta agitação constante, atingem a superfície do metal, são atraídos pelos íons positivos (os cátions) da rede cristalina e, à temperatura ambiente não possuem energia suficiente para vencer esta atração, permanecendo, assim, no corpo do metal. Todavia, se a temperatura do corpo for aumentada, a agitação térmica dos elétrons aumentará e um grande número deles conseguirá escapar da atração dos íons positivos. Estes elétrons que escapam do material passam a formar uma nuvem eletrônica próxima à superfície do corpo. Este fenômeno de emissão de elétrons pela superfície de um metal aquecido é denominado emissão termoiônica e foi observado, pela primeira vez, pelo célebre inventor norte-americano Thomas Alva Edison (1847-1931) (retratado na fotografia acima). Por este motivo, a emissão termoiônica costuma ser também denominada efeito Edison.

Edison conseguiu fazer tal descoberta da seguinte maneira: introduziu na parte superior de uma lâmpada elétrica comum uma placa metálica, situando-a, assim, em frente ao filamento metálico.

A placa foi ligada ao pólo positivo de uma bateria e o filamento ao pólo negativo da mesma bateria. Como sabe-se atualmente, este filamento, ao ser aquecido pela bateria (o que chamamos de efeito Joule, em homenagem à James Prescott Joule), emitia uma grande quantidade de elétrons que eram atraídos pela placa. Em virtude disso, Edison observou que uma corrente elétrica era estabelecida no circuito da bateria, sendo indicada por um amperímetro. Naquela época, nem Edison, nem outros cientistas conseguiram uma explicação para o fato.

O efeito termoiônico encontra a sua mais importante aplicação na construção das chamadas válvulas eletrônicas, usadas amplamente em aparelhos de rádio, televisões, etc. A mais simples das válvulas eletrônicas é denominada diodo (o nome indica que ela possui dois eletrodos) e nada mais é do que uma adaptação da lâmpada com a qual Edison descobriu o efeito termoiônico. A válvula diodo consiste de um cilindro metálico (o catodo, ou seja, o eletrodo negativo), que é aquecido por meio de um filamento existente em seu interior, no qual passa uma corrente elétrica. Este cilindro é envolvido por outro, também metálico, que constitui o anodo da válvula (eletrodo positivo).

Cultura: Um Nicho Ecológico

Em quanto tempo a evolução processa-se e como situar o homem na escala evolutiva são problemas que ainda desafiam a Ciência. Nos vários quadros que traçam as linhas gerais da evolução, estabelecendo um paralelo entre o tempo geológico, existem muitos elementos especulativos. A localização do homem como caso particular do desenvolvimento evolutivo foi, desde o início da teoria evolucionista - sobretudo depois que o célebre naturalista britânico Charles Darwin (1809-1882) publicou seu livro A Estirpe do Homem -, o centro dos mais ferozes ataques dirigidos pelos ultra-conservadores. Estes não podiam aceitar que a espécie humana tivesse ascendentes animais. E, muito menos, que fossem gorilas ou outros gêneros de macacos. Na realidade, fez-se uma certa confusão, proposital ou não, ao se afirmar que o homem descende do gorila: já que ambos são contemporâneos, a verdadeira proposição seria a de indicar para homens, gorilas e outros primatas a mesma faixa de ancestrais comuns. E isso foi muito bem feito.

Em seu livro Processos de Evolução Orgânica, o ilustre geneticista norte-americano George Ledyard Stebbins Jr. (1906-2000) (retratado na fotografia acima) comenta: "Estudos recentes da morfologia e da química comparada de proteínas mostraram que o Homo sapiens, o chimpanzé e o gorila relacionam-se muito mais estreitamente que qualquer dessas espécies com os outros macacos antropóides, como o orangotango e com gibão. Aquelas três espécies descendem provavelmente de um grupo de macacos que eram comuns na Eurásia e na África durante o Mioceno. Os ancestrais imediatos do Homo sapiens foram os australopitecos, que viveram na África do Norte e na Eurásia, no fim do Plioceno e no início do Pleistoceno. A primeira espécie do gênero Homo, o H. erectus, estava disseminada pela Eurásia durante o médio pleistoceno e, provavelmente, evoluiu em direção ao homem moderno por meio de uma série de estágios, sem se desmembrar em espécies separadas. As diversas particularidades que distinguem o homem dos macacos provavelmente evoluíram a taxas um pouco diferentes. Uma das primeiras características humanas a aparecer foi o uso de instrumentos, que precedeu o aumento do tamanho do cérebro e acompanhou a mudança da postura quadrúpede para a postura ereta".

Todavia, pode-se afirmar que o bipedismo não oferece vantagens do ponto de vista da sobrevivência. O bipedismo apenas liberta as mãos, especializando-se de forma diversa dos pés, na fabricação de instrumentos. A vantagem do bipedismo é, portanto, de nível cultural. E os seres bípedes conseguiram sobreviver defendidos pela vantagem da cultura que eles criaram.

Referindo-se ao homem moderno, Stebbins considera como seu aspecto mais marcante a evolução cultural, e analisa: "Os processos da evolução cultural não são controlados pelos processos biológicos de mutação, recombinação gênica e seleção natural, mas pela invenção, desenvolvimento de ideias, aprendizagem, previsão, difusão cultural e seleção consciente".

O Flogístico: Um Atraso para a Química

Já no século XVIII, fazendo a distinção entre os corpos simples e complexos - ainda que de modo pouco preciso, rudimentar e insatisfatório - os químicos já eram capazes de dizer com bastante clareza quais os corpos simples que, reunidos sob determinadas condições, davam origem a certos corpos complexos. Uma coisa, todavia, preocupava os pesquisadores: o fato de uma substância mudar de aspecto e ter alterada suas propriedades físicas e químicas quando queimada. Como ainda eram poucos os gases conhecidos, os químicos não podiam imaginar que a combustão do enxofre (S), por exemplo, se devesse a um mecanismo análogo ao da formação de um sal a partir de um ácido e um álcali (ou, em linguagem moderna, uma base). Alem disso, os cientistas acalentavam a esperança de descobrir um agente universal, que, de uma vez por todas, acabasse com as controvérsias que cercavam os "princípios", fossem eles escolásticos ou devidos ao cientista holandês Phillipus Aureolus Theophrastus Bombastus Von Hohenheim (1493-1541), mais conhecido como Paracelso.

A chamada teoria do flogístico satisfaz essas duas reivindicações e encontrou no químico, médico e metalúrgico alemão Georg Ernst Sthal (1659-1734) o seu mais fervoroso adepto. O flogístico, ou fogo-princípio, não deveria ser confundido com o fogo visível, que se produz durante uma combustão. Tratava-se de um elemento imponderável, contido em todos os corpos combustíveis. No momento da combustão, o flogístico abandonaria o corpo em questão, e a isso devia-se sua mudança de características. Dessa maneira, o enxofre, submetido à combustão, perderia seu flogístico e se transformaria em gás sulfuroso; os óleos, quando queimados, passariam a gás carbônico, água e alguns resíduos; e assim por diante.

A teoria do flogístico reinou soberana por muito tempo, pois satisfazia a todos, desde atomistas e newtonianos, até os cartesianos. Era o coroamento de um esforço de síntese que os químicos almejavam há três séculos. E nenhuma outra teoria foi capaz de se lhe antepor.

Para os cientistas modernos, o conceito de uma substância impalpável e mal definida como o flogístico pode parecer totalmente absurda; na época em que surgiu, no entanto, este conceito não era mais misterioso que, por exemplo, a eletricidade ou o magnetismo. Na verdade, a teoria do flogístico foi muito bem aceita, pois explicava de maneira satisfatória a maioria dos fenômenos então conhecidos. Grandes cientistas como Joseph Priestley (1733-1809), Henry Cavendish (1731-1810), Jeremias Benjamin Richter (1762-1807) e Carl Wilhelm Scheele (1742-1786) alinharam-se na defesa dessa teoria. Porém, o célebre químico francês Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794) (retratado na fotografia acima) lutava veemente contra tal teoria. Lavoisier tinha conhecimento nas falhas dessa teoria e percebeu que a causa dos corpos se queimarem tinha imensa relação com o gás oxigênio (O2) presente no ar.

Arquimedes e a Quadratura da Parábola

Tradicionalmente, a geometria grega, desde seus primórdios, mais ou menos no século IV a. C. ou III a. C., vinha investigando processos de transformação de figuras curvas em retas, equivalentes. A quadratura do círculo, por exemplo, constituía um problema que vários matemáticos procuraram resolver. O grande matemático e filósofo grego Arquimedes (287 a. C. - 212 a. C.) (retratado na fotografia acima) dedicou-se profundamente a esse tipo de questão - e um dos seus principais livros sobre Matemática intitulou-se Tratado da Quadratura da Parábola.

A transformação do curvilíneo em retilíneo é feita por Arquimedes através do chamado método "de exaustão". Se um triângulo é inscrito num círculo, sua área é tão claramente menor que a do círculo quanto a do triângulo circunscrito é maior. No entanto - eis o procedimento adotado por Arquimedes - multiplicando-se o número de lados formados, inscritos e circunscritos, já aproximam-se da área do círculo. E com o multiplicar sucessivos dos lados, os polígonos assim formados apresentam áreas que crescem (para os inscritos) e diminuem (para os circunscritos), aproximando-se da do círculo, embora nunca coincidem com ela.

Arquimedes conseguiu ir multiplicando o número de lados dos polígonos até obter figuras de 96 lados; verificou que as áreas respectivas, apesar de cada vez mais próximos do círculo, eram sempre um pouco maiores ou um pouco menores. Havia aqui também um procedimento que subentendia a aproximação de um valor exato - a área do círculo; esta era um "limite" a ser atingido, uma "justa medida" que só permitia abordagens aproximadas. O que estava implícito nesse método de resolução de um problema geométrico era - como no caso do estabelecimento do valor do número pi - a existência de valores infinitesimais, que justificavam a gradativa variação de tamanhos e grandezas. Aqui também Arquimedes antecipa conquistas que a Matemática só efetivará plenamente no final do século XVII, com o cálculo infinitesimal do matemático e filósofo alemão Wilhelm Leibniz (1646-1716) e do matemático, físico e astrônomo inglês Sir Isaac Newton (1642-1727). (Em relação ao número pi, pode-se dizer que representa o quociente entre o comprimento de uma circunferência e seu respectivo diâmetro. Tal número é irracional e constante em todas as circunferências; seu valor é aproximadamente 3,1415926535897932384626...)

A Descoberta da Fotossíntese

Mesmo empregando métodos de pesquisa bastante simples e até mesmo rudimentares, o grande químico britânico Joseph Priestley (1733-1809) conseguiu dar importantes contribuições à história da Química e da Biologia. Ao experimentar a ação dos gases, que descobria sobre seres vivos, concluiu, espetacularmente, que os vegetais, ao contrário dos animais, eliminam oxigênio (O2). Estava dado o primeiro passo importante no estudo da chamada fotossíntese.

Utilizando o gás carbônico (CO2), Priestley verificou que as plantas absorvem este gás e, uma vez colocadas em um lugar iluminado, enriquecem o ambiente em oxigênio. A importância da luz nesse processo passou despercebida ao cientista, porém sua descoberta serviu de base para estudos posteriores, que foram desvendando os mecanismos da vida vegetal. Coube, então, a um contemporâneo de Priestley, o médico holandês Jan Ingenhousz (1730-1799) (retratado na fotografia acima) dar o passo seguinte no conhecimento dos fenômenos da fotossíntese. Trabalhando em Londres, em 1766 ele destacou-se pelo emprego da inoculação da varíola no tratamento desta doença. Graças a esse trabalho, que trouxe-lhe renome internacional, foi chamado pela imperatriz austríaca Maria Teresa para residir na capital austríaca, Viena, para onde partiu em 1968. Foi nessa época que a respiração das plantas começou a despertar seu interesse. Para se libertar da absorvente vida da aristocracia vienense, que prejudicava seus estudos, e, ao mesmo tempo, para obter melhor material de trabalho, Ingenhousz acabou voltando para Londres, em 1779. No mesmo ano de seu retorno, foi eleito membro da Sociedade Real de Londres (o Royal Society of London) e passou a ser protegido de lorde Shelbourne (o mesmo Shelbourne que havia amparado Priestley), em cuja residência instalou seu laboratório.

Um dos grandes méritos do cientista holandês foi a introdução da noção de equilíbrio entre vida vegetal e vida animal. O resultado de suas pesquisas, publicado no livro intitulado Experiência Sobre Vegetais Para Descobrir Seu Grande Poder de Purificação do Ar Comum ao Sol e de Poluí-lo na Sombra e Durante a Noite, demonstra que as partes verdes das plantas fixam o gás carbônico livre na atmosfera e que esse poder existe somente quando a luz incide sobre as plantas. Na obscuridade, ao contrário, as plantas libertam tal gás. Detalhando suas experiências, Ingenhousz mostrou que a produção de oxigênio é muito intensa à luz solar direta e deficiente em dias de luz difusa, mas que nem todas as plantas atuam da mesma maneira durante o período de iluminação do dia: algumas não desprendem oxigênio algum após o crepúsculo do Sol, enquanto outras fazem na nesse mesmo período. Assinalava ainda que, na obscuridade, as plantas não só deixam de libertar oxigênio como viciam ainda mais o ar. A produção de oxigênio ocorre principalmente na face inferior das partes verdes do vegetal e nas folhas jovens menos que nas totalmente desenvolvidas. Mostrou também que as plantas aquáticas liberam o mesmo gás.

Os Estados Quânticos

Os cientistas, na década de 1910, chegaram a estranhas conclusões a respeito do comportamento dos elétrons (partículas subatômicas que giram em torno do núcleo atômico). Não pode-se, por exemplo, determinar a posição e a velocidade de um elétron em um determinado instante, porém, teremos uma probabilidade P de encontrar o elétron em uma determinada posição com uma determinada velocidade. Essa propriedade foi descoberta pelo grande físico alemão Werner Karl Heisenberg (1901-1976) e pode ser conhecida como Princípio de Heisenberg ou Princípio da Incerteza. Embora possuam massa e carga elétrica, as propriedades dos elétrons são a de uma nuvem de carga negativa, concentrada em alguns pontos e rarefeita em outros. No entanto, podem-se construir modelos, isto é, imaginar a forma como eles estão dispostos e, a partir daí, verificar se o modelo construído está de acordo com os dados empíricos. Assim, do conhecimento de que os elétrons estão presos ao átomo, conclui-se que eles devem possuir energia, pois é necessário fornecê-la, para retirá-los de sua respectiva órbita ou do próprio átomo. Experiências realizadas evidenciaram que a energia não é a mesma para todos os elétrons de um átomo, e que há certos valores que eles não podem ter: os elétrons ocupam níveis energéticos distintos. Isso significa que um elétron não passa de um nível de energia percorrendo valores intermediários, como um veículo automotivo, que, dos 60 km/h aos 70 km/h, deve necessariamente passar pelos 61,62,63,64,65, etc. Esses níveis de energia são quantidades descontínuas ou discretas - os chamamos de estados quânticos dos elétrons.

Dessa forma, é possível imaginar os elétrons dispostos em camadas, cada uma delas correspondente a um nível, um estado quântico. Para ajustar esse modelo a dados obtidos experimentalmente, o grande físico austríaco Wolfgang Ernst Pauli (1900-1958) postulou que um mesmo estado quântico não pode ser ocupado por mais de um elétron. Essa princípio ficou conhecido como Princípio da Exclusão de Pauli. Por isso, o comportamento global de um corpo é altamente influenciado pelo que acontece com os elétrons da última camada eletrônica (também conhecida como camada de valência). É o que ocorre com as propriedades químicas das substâncias: quando um elemento é composto por átomos com camadas inteiramente preenchidas, torna-se muito estável, a ponto de sua afinidade química é tão baixa que praticamente não reage; é o ocorre com os chamados gases inertes ou gases nobres, que são respectivamente o hélio (He), o neônio (Ne), o argônio (Ar), o xenônio (Xe), o criptônio (Kr) e o radônio (Rn).

Quando a última camada a ser preenchida dispõe de apenas um elétron, este confere à substância caráter fortemente metálico. É o que acontece nos metais alcalinos, respectivamente o lítio (Li), o sódio (Na), o potássio (K), o rubídio (Rb) e o césio (Cs). Nos halogêneos, como flúor (F), cloro (Cl), bromo (Br) e iodo (I), ocorre o contrário: são sete os elétrons da última camada em cada átomo, que está assim quase completa. Dessa forma é mais fácil a um metal alcalino perder elétron do que ganhar outro. Exatamente o oposto ocorre no caso do halogêneo, que é um não-metal (ou ametal). De qualquer forma, qualquer átomo apresenta-se eletricamente neutro: a carga negativa (dos elétrons) tem o mesmo valor que a positiva (dos prótons). Quando perde um de seus elétrons, o átomo fica ionizado: transforma-se em um íon positivo (os chamados cátions). A ionização (isto é, o desequilíbrio entre cargas positivas e negativas em um átomo) também pode ocorrer de maneira inversa, como acontece com os halogêneos: o átomo recebe um elétron, que completará sua última camada, tornando-se assim um íon negativo (os chamados ânions).

Aparelho de Golgi e Organelas Citoplasmáticas

No final do século XIX, o grande médico e histologista italiano Camillo Golgi (1844-1926) apontou a existência de um aparelho no citoplasma de certas células, de áreas com afinidade por metais pesados, como a prata e o ósmio. Anos mais tarde, descobriu-se que nos locais apontados por Golgi havia estruturas bem definidas, denominadas posteriormente como aparelhos ou complexo de Golgi, em homenagem a seu descobridor. Ao microscópio eletrônico, o aparelho de Golgi aparece como pilhas de sacos membranosos achatados, cada uma delas denominada golgiossomo ou dictissomo. O aparelho de Golgi é uma local onde substâncias são transformadas, empacotadas e finalmente remetidas para outras regiões da célula ou para o meio extracelular. Proteínas sintetizadas no retículo endoplasmático granular, por exemplo, passam pelo aparelho de Golgi, onde sofrem modificações e são enviadas aos locais onde desempenharão suas respectivas funções.

O aparelho de Golgi desempenha papel fundamental na eliminação de substâncias úteis ao organismo, processo este denominado secreção celular. Praticamente todas as nossas células fabricam e secretam proteínas que atuarão no meio externo. Por exemplo, as enzimas digestivas produzidas pelas células no pâncreas são sintetizadas no retículo endoplasmático granular e enviadas ao aparelho de Golgi. Por conseguinte são empacotadas em pequenas bolsas membranosas, que se desprendem dos dictissomos e migram para o pólo celular voltado para a cavidade pancreática. Quando há alimento para ser digerido, vesídulas cheias de enzimas deslocam-se até a membrana plasmática, fundem-se com ela e eliminam seu conteúdo para o canal do pâncreas. Através deste, as enzimas chegam até o intestino delgado, onde participam da digestão dos alimentos.

Outro grande exemplo do papel secretor do aparelho de Golgi ocorre nas células produtoras de muco, substância lubrificante que recobre os revestimentos internos do nosso corpo. O muco é constituído por moléculas de glicídios e proteínas (o que podemos chamar de glicoproteínas), que combinam-se quimicamente no interior dos sacos do aparelho de Golgi. Bolsinhas contendo muco são constantemente liberadas e expelidas pelas células mucosas, lubrificando a superfície das células adjacentes.

Além do retículo endoplasmático e do aparelho de Golgi, o citoplasma de uma célula eucariótica contém inúmeras estruturas membranosas, no interior das quais ocorrem processos metabólicos específicos. Essas estruturas atuam como pequenos órgãos das células, daí serem denominadas organelas ou orgânulos citoplasmáticas. As principais organelas citoplasmáticas são os lisossomos e os peroxissomos, relacionados a processos digestivos intracelulares, e as mitocôndrias e os plastos, relacionados a processos energéticos.