Desvendando o Cosmos e a Vida: Perspectivas Científicas

Escalas e Distâncias Astronômicas

1.10 Escalas e Distâncias Astronômicas

Nenhuma das representações do Sistema Solar em livros, revistas ou fotos na internet respeita as proporções de seus tamanhos e distâncias, e por isso não poderia ser diferente. Se representássemos o Sol do tamanho de uma laranja, a Terra seria como a cabeça de um alfinete situada a 15 metros de distância, Marte seria um grão de areia a 23 metros, Júpiter seria uma cereja situada a 77 metros, e Netuno seria uma ervilha, localizada a 450 metros da laranja. Uma enorme lacuna existe entre todos esses corpos celestes.

1. Suponha que queremos fazer um modelo do Sistema Solar na escala descrita em um campo de futebol (as dimensões são 105 m de comprimento x 70 m de largura). Colocando a laranja no centro e assumindo que as órbitas planetárias são circulares, quantas órbitas desses planetas se encaixam?
2. Quanto teríamos que reduzir a escala para que a órbita de Júpiter pudesse caber no campo de futebol?
3. Qual desses corpos celestes poderia ser visto da arquibancada?

Soluções:

1. Apenas as órbitas dos planetas interiores: Mercúrio, Vênus, Terra e Marte.
2. A escala deve ser reduzida para pouco menos da metade (45%).
3. Nessa escala, apenas o Sol seria visível, e mesmo assim, com muita dificuldade.

1.11 Júpiter e Netuno: Distância e Tempo de Luz

Júpiter está a uma distância média do Sol de 778 milhões de quilômetros, enquanto Netuno está a 4,497 bilhões de km.

• Qual é essa distância em Unidades Astronômicas (UA)?
• Quanto tempo a luz do Sol leva para chegar a cada um desses planetas?

Soluções:

• Júpiter está a 5,18 UA, e Netuno a 30 UA.
• A luz do Sol leva 43 minutos para chegar a Júpiter, enquanto para Netuno leva 4 horas e 10 minutos.

1.12 Planetas Extrassolares

Por que é mais difícil ver planetas extrassolares do que estrelas?

Solução:

Porque os planetas são menores e, sobretudo, porque são mais frios.

1.13 Via Láctea e Galáxias Próximas

Se representarmos a Via Láctea como um disco de 10 cm de diâmetro e mantivermos a escala, a que distância deveríamos localizar a galáxia mais próxima? Diante dessa representação, seria correto dizer que as galáxias podem ser relativamente próximas umas das outras?

Solução:

Nessa escala, a galáxia mais próxima estaria localizada a aproximadamente 8 cm. Sim, podemos dizer que elas são relativamente próximas e que, em um aglomerado de galáxias, a distância entre cada uma delas é um pouco menor que o diâmetro de cada uma.

1.14 Síntese Pré-biótica

Suponha que em uma fonte hidrotermal sejam formados atualmente compostos orgânicos a partir de inorgânicos. Isso poderia completar a síntese pré-biótica? Justifique sua resposta.

Solução:

Não, a síntese pré-biótica de matéria orgânica não poderia ser completada, pois esses compostos seriam imediatamente utilizados como nutrientes por microrganismos.

Ciência e Seus Métodos

1.19 A Equação de Drake

O astrofísico estadunidense Frank Drake desenvolveu uma equação, conhecida como a Fórmula de Drake, para calcular o número de civilizações alienígenas esperadas. Encontre informações sobre essa equação.

A fórmula proposta por F. Drake é: N = R* · fp · ne · fi · fc · L

Onde:

• N = Número de civilizações comunicativas.
• R* = Taxa de formação de estrelas (similares ao nosso Sol).
• fp = Fração dessas estrelas que possuem planetas.
• ne = Número de planetas com condições para a vida em um sistema planetário.
• fi = Fração dos planetas onde a vida inteligente se desenvolve.
• fc = Fração dessas civilizações capazes de se comunicar.
• L = Tempo de vida de civilizações capazes de se comunicar.

1.27 Somos Marcianos? (Panspermia)

Leia o texto abaixo e responda às questões levantadas:

"Os dezenove meteoritos marcianos que vieram para a Terra não foram muito perturbados por choques e altas temperaturas (foi demonstrado que a temperatura do ALH84001 em sua formação foi inferior a 40 ºC), o que significa que tiveram um lançamento relativamente suave. O grande problema da panspermia são as viagens interplanetárias. No vácuo do espaço, e às temperaturas próximas ao zero absoluto, deve-se adicionar a radiação intensa na órbita interna. E tudo isso por um longo tempo. [...] Surpreendentemente, alguns organismos terrestres podem suportar (pelo menos por curtos períodos) estas condições adversas. [...] Dado que, ao longo da história do Sistema Solar, podem ter chegado à Terra milhões de toneladas de rochas marcianas, e uma única célula viva é suficiente para contaminar um planeta inteiro, as chances não são desprezíveis."

— Anguita, F.: Biografia da Terra. Ed. Aguilar.

1. Quais são as situações mais críticas que um possível agente de panspermia deve superar?
2. Quais dados sobre a panspermia estão disponíveis?
3. Tratam-se de dados conclusivos ou simplesmente nos dizem que este cenário é possível?
4. Se a vida em Marte for encontrada, faria sentido que ela não tivesse origem e propagação de lá para a Terra?

Soluções:

1. Os três momentos críticos são:
   1. O impacto inicial no corpo celeste de origem, de modo que os organismos vivos (ou seus precursores) sejam ejetados e possam atingir a Terra;
   2. As viagens interplanetárias, durante as quais devem suportar temperaturas muito baixas e alta radiação;
   3. A chegada à Terra, entrando em contato com o ambiente da superfície, seja no mar ou nos continentes.
2. Os dados disponíveis incluem a presença em alguns meteoritos, como o Murchison, de inúmeros compostos orgânicos, entre eles aminoácidos (alguns semelhantes aos terrestres, canhotos; outros destros). Ou a possível presença de vestígios fósseis de microrganismos (ALH84001).
3. Não, não são conclusivos. Eles apenas sugerem que essa hipótese pode ser mais plausível do que se pensava anteriormente.
4. Sim, faz sentido. Em Marte, hoje, as condições não são favoráveis à existência de vida, mas nada impede que tenha havido vida no passado.

1.29 A História do Universo em um Ano

Os grandes números envolvidos ao falar sobre a formação do universo e do Sistema Solar tornam difícil ter uma ideia do tempo para cada fase. Uma maneira é transformar a história do universo em um ano e posicionar nele, proporcionalmente, os grandes eventos. A tabela abaixo mostra os eventos e quando eles aconteceram. Calcule o equivalente em um ano.

ITEM 2

2.1 O que Especificamente nos Fez Humanos?

Você sabe o nome da teoria científica que ajudou a superar cada uma das provas falsas do senso comum? Qual é o erro de observação na interpretação de cada uma delas?

• Falsa Prova 1: Que ninguém viu uma mudança de uma espécie para outra, provando que essa mudança não ocorre.
• Falsa Prova 2: Os continentes não se movem. Se o fizessem, haveria aviso prévio.

Soluções:

• A teoria que ajudou a superar a ideia de fixidez biológica é a evolução biológica (darwinismo). O erro de observação relacionado à fixidez biológica está ligado à idade da Terra e ao conceito de tempo geológico. Somente quando se compreendeu que a Terra tem muitos milhões de anos é que se teve tempo suficiente para que processos evolutivos pudessem ocorrer.
• A teoria que ajudou a superar a fixidez geológica (imobilidade dos continentes) foi, inicialmente, a "deriva continental" de Wegener e, finalmente, a teoria das placas tectônicas. O erro de observação, neste caso, também estava associado ao tempo geológico: a deriva continental ocorre em um ritmo tão lento que é imperceptível, a menos que medições muito precisas sejam feitas por satélite.

2.2 Cuvier e a Estabilidade das Espécies

A observação de pinturas do antigo Egito, com mais de 3000 anos, que mostravam pássaros idênticos aos atuais, foi utilizada por Cuvier como um argumento a favor da estabilidade das espécies. Qual o erro por trás dessa "falsa evidência" de Cuvier?

Solução:

A observação de Cuvier implicava a ideia de uma Terra com cerca de 6000 anos. Assim, os 3000 anos desde que essas pinturas foram feitas representariam metade do tempo disponível para mudanças nas espécies. No entanto, a idade real da Terra é muito maior, permitindo tempo suficiente para a evolução.

2.3 Genótipo e Fenótipo

O seu genótipo é igual ao que você tinha dez anos atrás? E o seu fenótipo?

Solução:

O genótipo em si é o mesmo que você tinha 10 anos atrás, mas o fenótipo não, pois ele é influenciado pela interação do genótipo com o ambiente ao longo do tempo.

2.4 Lamarckismo e Brânquias Humanas

Alguns filmes contam histórias de pessoas que vivem permanentemente em um ambiente aquático e acabam desenvolvendo brânquias. Isso seria possível? Qual seria uma visão lamarckista sobre esta história?

Solução:

Não, não é possível que uma pessoa desenvolva brânquias, mesmo que viva sempre na água. Um lamarckista diria que sim, que após várias gerações nessas condições, a vida na água geraria a necessidade de mudança no sistema respiratório para se adaptar às novas condições, levando ao aparecimento de brânquias.

2.5 Evolução de Besouros (Darwinismo)

Considere uma população de besouros marrons que se alimentam de folhas verdes. Em um dado momento, surge um besouro com uma cor verde semelhante à das folhas.

1. Descreva os processos que ocorrem.
2. Associe cada uma das ideias básicas da teoria de Darwin ao cenário descrito.
3. Qual teria sido a evolução desta população de besouros se eles se alimentassem de folhas secas no chão?
4. Se uma população de besouros preferisse as folhas verdes e outra, as secas, como evoluiria a cor de cada uma?
5. É possível que uma mudança seja vantajosa em um ambiente e prejudicial em outro? Justifique sua resposta.

Soluções:

1. 1. Em uma população de besouros marrons, surge um besouro verde (variação).
   2. Os besouros verdes, por se camuflarem nas folhas, são menos detectados por predadores, enquanto os marrons são mais fáceis de encontrar.
   3. A maior sobrevida dos besouros verdes leva a um aumento gradual de seu número na população.
   4. Com o tempo, os besouros verdes tornam-se os mais frequentes na população.
2. • A variação entre indivíduos de uma população é ilustrada pelo surgimento do besouro verde.
   • A seleção natural ocorre quando nem todos os indivíduos sobrevivem, e os mais aptos (os verdes, neste caso) são selecionados.
   • Os indivíduos que sobrevivem reproduzem-se e transmitem suas variações vantajosas, levando à mudança gradual da população.
3. A seleção teria sido oposta, de modo que os besouros verdes seriam eliminados, e os marrons seriam favorecidos.
4. No caso de uma população que prefere folhas verdes, a cor verde seria favorecida. Se preferissem folhas secas, a cor marrom seria vantajosa.
5. Sim, é possível que uma característica seja vantajosa em um ambiente e prejudicial em outro. O exemplo dos besouros ilustra isso perfeitamente: a cor verde é vantajosa em folhas verdes, mas desvantajosa em folhas secas.

2.6 Um Problema com Várias Soluções: Evolução de Golfinhos e Focas

Considere a evolução dos golfinhos e focas de seus ancestrais terrestres para as formas atuais, e a estrutura óssea de uma foca.

1. Todos os membros do ancestral dos golfinhos se transformaram em nadadeiras?
2. Quais são as semelhanças e diferenças entre os processos evolutivos do golfinho e da foca?

Soluções:

1. Não, apenas os membros anteriores dos golfinhos se transformaram em nadadeiras. Os membros posteriores, no entanto, atrofiaram-se, e a barbatana caudal é uma formação nova, assim como a dorsal.
2. Em ambos os processos, há uma adaptação evolutiva ao ambiente aquático, com a formação de nadadeiras e a adoção de um formato fusiforme que melhora a mobilidade na água. No entanto, o processo seguido em cada caso é diferente: nas focas, todos os membros se transformaram em nadadeiras, o que não é o caso dos golfinhos. Em outras palavras, o mesmo problema (a necessidade de se mover rapidamente no ambiente aquático) é resolvido de duas maneiras diferentes, o que mostra que o resultado de um processo evolutivo nunca é intencional.

2.7 Fungo Parasita e Resistência: Lamarckismo vs. Darwinismo

Um fungo parasita ataca culturas de tomate e gera grandes perdas econômicas. Para removê-lo, são usados produtos químicos (fungicidas), mas os agricultores reclamam que o produto está se tornando menos eficaz e que pode ser necessário mudar para outro. Como um lamarckista explicaria esse fato? E como um darwinista o explicaria?

Soluções:

• Um lamarckista diria que a presença do fungicida levou os fungos a desenvolverem mudanças que lhes permitiram adaptar-se gradualmente e se tornarem resistentes. O fungo "acostumou-se" ao fungicida.
• Um darwinista diria que, na população inicial de fungos, já existiam alguns indivíduos (poucos) resistentes ao fungicida. Até então, essa era uma variação neutra, ou seja, não gerava vantagens nem desvantagens. A presença do fungicida introduz um novo critério de seleção que faz com que aqueles que possuem a variação vantajosa sobrevivam e se reproduzam, aumentando assim a porcentagem de fungos resistentes na população.