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Archive for the ‘Biology’ Category

A história evolutiva do homem

terça-feira, 19 abr 2011; \16\UTC\UTC\k 16 1 comentário

A um tempo atrás eu assisti um documentário fantástico da PBS, daquela mesma série que fez o documentário do Universo Elegante, foi o Becoming Human (tradução livre: “Tornando-se humano”). É o melhor documentário que já vi sobre a evolução do homem, recomendo. O filme completo de 3h está no YouTube aqui, em inglês. Não consegui achar legendas em Português. Ele também está disponível integralmente no site da PBS, mas provavelmente bloqueado para IPs dos EUA.

É verdade que meus conhecimentos do assunto são de Zé, o que aprendi na escola e em alguns livros de divulgação, mas o documentário é muito bem fundamentado por especialistas. Conta-se em detalhes a história dos paleontólogos e suas descobertas, com um enfoque grande em como são extraídas conclusões com base nos fósseis, genética e geologia. O documentário traça as espécies de hominídeos conhecidas e que passo da evolução cada uma deu. Fala-se sobre quais são os marcos da evolução dos primatas que acredita-se serem os pontos mais importantes que levaram a diferenciação do humano moderno, como o aumento da infância, a postura ereta, a adaptação para resistência a corrida em caça, o desenvolvimento da arte, a invenção da cozinha, a quase extinção do gênero Homo e a ascensão da adaptação a diferentes ambientes do Homo sapiens. Há bastante informação científica de qualidade. O filme também é atual, de 2009, e contém os avanços mais recentes como o sequenciamento do DNA dos neandertais. Vale a pena assistir!

Categorias:Ars Physica, Biology, Science Tags:

Novo livro de Miguel Nicolelis

quarta-feira, 30 mar 2011; \13\UTC\UTC\k 13 1 comentário

O neurocientista brasileiro Miguel Nicolelis publicou recentemente nos Estados Unidos um novo livro de divulgação científica sobre seu trabalho: Beyond Boundaries (trad. livre: Além das fronteiras, A nova neurociência que conecta cérebros a máquinas). O livro já está disponível para compra nos EUA e tem seu próprio blog com fotos e filmagens referentes a pesquisa do grupo.

Ontem, Nicolelis deu uma entrevista sobre o livro no Daily Show com Jon Stewart. Durante a entrevista, Nicolelis fala sobre o projeto o qual ele está envolvido de construir um exoesqueleto robótico para pessoas com paralisia de membros que poderia ser controlado exclusivamente com pensamentos, sem necessidade do indivíduo apertar nenhum botão. Isso seria a extensão para humanos do trabalho demonstrado com macacos (que também apareceu na palestra TED do post anterior).

Atualizarei o post quando eu tiver notícia de uma edição em português. Se você não quiser esperar, pode comprar inglês importado em uma livraria. Por exemplo, aqui.

Atualização 1, 16/06/2011: o livro em português no Brasil entitula-se Muito além do nosso eu e já está disponível nas lojas.

Quando chega a hora de questionar a bioengenharia?

segunda-feira, 28 mar 2011; \13\UTC\UTC\k 13 4 comentários

Wow. Esta palestra é de assustar…

Da TEDxPeachtree, Paul Wolpe, especialista em bioética, lista alguns dos experimentos contemporâneos que modificaram seres vivos e exploraram as mais diversas manipulações de organismos… de cérebros mantidos vivos para controlar robôs a mariposas controladas por controle remoto.

Neurociência e o Projeto Ersätz-Brain…

quarta-feira, 8 dez 2010; \49\UTC\UTC\k 49 Deixe um comentário

ResearchBlogging.org

Bom pessoal, como anunciado anteriormente, vamos falar um pouco sobre um certo aspecto da Neurociência: o da modelagem de redes neurais via sistemas dinâmicos, modelo de Potts e, por que não, teorias de gauge (cf. What is a gauge?, Gauge theories (scholarpedia), Preparation for Gauge Theory e Gauge Theory (José Figueroa-O’Farrill)).

O nome-do-jogo, aqui, é Projeto Ersätz-Brain, e a idéia é a de se construir uma “arquitetura” análoga a de um cérebro para aplicações cognitivas. A base dessa arquitetura são as estruturas de audição e de visão do cérebro: ao contrário do que ingenuamente se imagina, ambas essas estruturas são altamente hierarquizadas e distribuídas. Ou seja, grupos diferentes (e espacialmente distribuídos) de neurônios lidam com ‘pedaços’ diferentes da informação sendo recebida, enquanto que um outro grupo de neurônios “integra” essas informações, numa camada hierárquica superior as anteriores.

Então, a motivação é a de se construir uma arquitetura distribuída e hierárquica — ou, no jargão que nós usamos, uma “rede [neural] de redes [neurais]”: ou seja, estamos dando um passo na direção da “recursividade” da arquitetura usual de redes neurais. Alguns chamariam tal passo de meta redes neurais” e outros de rede neurall Gödeliana, ambos os nomes aludindo à natureza auto-referencial da arquitetura: “redes de redes”.

Pra dar um exemplo concreto dum problema que estamos atacando atualmente, vamos pensar em termos do Código Morse: imagine que o nosso EB é como uma criança que ainda não aprendeu a falar e se pergunte: “Como é que uma criança aprende um idioma?” Agora vamos fazer de conta que o idioma não é uma das línguas faladas ao redor do globo, mas sim Código Morse… e, ao invés de termos uma criança, temos uma arquitetura de redes neurais, um EB. :wink:

O que a gente pretende fazer é colocar um sinal de código Morse como dado de entrada para o EB e, do outro lado dessa “caixa preta”, tirar a mensagem descodificada. O EB tem que aprender código Morse e identificá-lo com os símbolos usuais do alfabeto, pra assim poder dar como saída a mensagem apropriada.

Quem está acostumado com o paradigma usual de redes neurais e Teoria de Hebb já deve ter percebido que esse tipo de approach não vai funcionar no caso do EB. A pergunta, então, se põe sozinha: “E agora, José?” :wink:

O insight é não pensar em termos de “memória”, mas sim em termos de “dinâmica de informação”. Ou seja, ao invés de tentarmos ficar memorizando padrões em cima de padrões, pra depois associar a outros padrões, e assim por diante… a idéia é se notar que, assim como em Teorias de Gauge, há muita informação repetida e muito ruído nesse problema. Então, se Teorias de Gauge funcionam tão bem na Física… por que não tentar implementar um pouco delas em Redes Neurais?! :twisted:

É exatamente isso que estamos fazendo atualmente, criando um modelo para o EB em termos de Teorias de Gauge. Ou seja, há dois tipos de “dinâmicas” em jogo, uma “interna” e outra “externa” (por falta de nomes melhores). A “interna” é como a simetria de gauge em Física, e fornece a dinâmica dos graus-de-liberdade das partículas de gauge, enquanto que a “externa” é a dinâmica dos campos propriamente ditos. Dessa forma a gente estabelece dum modo bem claro uma relação de ‘recursividade’: a dinâmica “interna” determina o estado “externo” e vice-versa (num sistema de feedback).

Então, a gente pode pensar num Modelo de Potts com 3 estados: ponto, espaço, e ‘espaço branco’ (entre palavras). Esses 3 estados estão sujeitos a uma certa “dinâmica interna” — à la BSB, cf. Learning and Forgetting in Generalized Brain-State-in-a-Box (BSB) Neural Associative Memories — que é descrita por um sistema dinâmico (BSB), e o resultado dessa dinâmica “interna” seleciona um determinado estado para a dinâmica “externa”, que é guiada, por exemplo, por uma dinâmica do tipo BSB também (mas pode ser algum outro tipo, isso não é muito relevante no momento).

Pra apimentar ainda mais esse paradigma, nós estamos implementando ‘operadores de nós’ (knot operators), que são estados topológicos e robustos perante uma gama de “perturbações” do EB. Como esses estados são robustos, é fácil transportá-los hierarquicamente, de um nível hierárquico para outro. O que leva a algumas especulações bastante não-triviais sobre o “aprendizado” do EB — ao contrário do que é normalmente feito em “Teoria Habbiana”.

Bom, por enquanto é só… quem quiser ler um pouco mais sobre o trabalho, pode dar uma olhada num artigo (um pouco antigo, é verdade — o novo vai sair quando eu acabar de escrever :wink: ) disponível no livro abaixo:

Żak, S., Lillo, W., & Hui, S. (1996). Learning and Forgetting in Generalized Brain-state-in-a-box (BSB) Neural Associative Memories Neural Networks, 9 (5), 845-854 DOI: 10.1016/0893-6080(95)00101-8

História do Mundo, em menos de 5 minutos…

quarta-feira, 1 dez 2010; \48\UTC\UTC\k 48 1 comentário

Hans Rosling ataca mais uma vez! :twisted:

SciBloWriMo…

segunda-feira, 8 nov 2010; \45\UTC\UTC\k 45 1 comentário

O mês de Novembro é conhecido no meio literário como NaNoWriMo, National Novel Writing Month.

Um pessoal da Matemática decidiu pegar carona nessa idéia de criar o MaBlogWriMo: Math Blog Writing Month. A idéia, como descrita no link, é a de se escrever todo dia um post com até 1.000 palavras sobre matemática. :cool:

Então, parafraseando ambos esses eventos, vou começar o SciBloWriMo: Science Blog Writing Month! :twisted:

Eu vou aproveitar que vou dar uma palestra na conferência Miami 2010 e pegar uma carona pra falar dum tema que eu já venho trabalhando há algum tempo: o espaço de soluções (aka moduli space) de teorias quânticas de campo e suas simetrias. Esse será um dos temas do SciBloWriMo aqui no AP.

O outro tema é o de um trabalho que eu venho realizando atualmente, em colaboração com um pessoal da Neurociência, sobre o funcionamento hierárquico e maçissamente paralelo do cérebro, chamado Ersätz-Brain.

Assim que os posts forem ficando prontos, eu os linko aqui,

  • Álgebra, Teoria da Representação e Picard-Lefschetz;
  • Neurociência e o Projeto Ersätz-Brain: Teoria de Gauge, Variáveis de Nós e o Funcionamento Hierárquico do Cérebro.

É isso aí: espero que ninguém esteja com medo do frio! :wink:

Possíveis bactérias em lago de asfalto reacende chance de vida em Titã

domingo, 18 abr 2010; \15\UTC\UTC\k 15 7 comentários

Titã

Fotografia de Titã, uma das luas de Saturno, missão Cassini da NASA, julho de 2009. Exibe-se a reflexão da luz do Sol no lago de hidrocarbonetos da lua. As cores são reais.


Grupo de astrobiólogos alega ter encontrado evidência indireta de vida em lago de piche parco em água que possui condições similares a lua de Saturno, Titã, reacendendo a possibilidade da lua abrigar vida.

Um grupo de astrobiólogos liderado pelo Prof. Dirk Schulze-Makuch[1], da Universidade Estadual de Washington em Pullman, alega ter encontrado evidências indiretas de que há cerca de 10 milhões de bactérias por grama de betume em um lago natural de asfalto quente localizado em Trinidad e Tobago, conhecido pelo nome Pitch Lake (Lago de Piche)[2]. O achado é inesperado pois o lago é constituído primariamente de hidrocarbonetos a temperaturas de 32 °C a 56 °C com quantidade de água praticamente zero (em concentração menor que 0.01%, considerada abaixo do limite mínimo de água necessária para vida). O grupo atesta a existência dessa população de bactérias observando que a quantidade de isótopo de carbono 12 é desproporcionalmente maior que a do carbono 13[3] e identificando a presença de pelo menos seis aminoácidos. Para poder sobreviver, especula o grupo, essas bactérias devem estar realizando metabolismo sem água, respirando metais e degradando sem oxigênio algum ou alguns dos hidrocarbonetos presentes: metano, etano e propileno — características dramaticamente diferentes das formas de vida já conhecidas na Terra.

A: vista aérea do Lago de Piche em Trinidad, um dos maiores lagos naturais de asfalto do mundo. B: bolhas de asfalto quente na superfície do lago onde pode haver vida, mesmo praticamente sem água. Fotos do artigo ref. 2.

Isso suscita novamente a possibilidade de que exista vida em Titã, a maior lua de Saturno. Provavelmente um dos primeiros astrobiólogos a falar sobre vida lá foi Carl Sagan. Após as missões Voyager 1 e Voyager 2, ficou conhecido que a atmosfera da lua contém hidrocarbonetos e possui, assim como a Terra, a molécula de nitrogênio como principal constituinte. Sagan observou que Titã possui uma superfície sólida sobre a qual existe um lago de hidrocarbonetos, uma atmosfera com compostos orgânicos a uma pressão apenas 1,6 vezes maior que a da superfície da Terra, e gelo, ingredientes potenciais a vida ou pelo menos os estágios primários de vida. Em As Variedades da Experiência Científica, ele escreveu:

Agora, isto é um mundo que vale a pena visitar. O que aconteceu com essas coisas no decorrer dos últimos 4,6 bilhões de anos? Quão longe isso foi? Quão complexas são as moléculas lá? O que acontece quando há ocasionalmente um evento externo ou interno que aquece as coisas localmente e derrete um pouco do gelo para formar água líquida? Titã é um mundo gritando por exploração detalhada e parece ser um experimento em escala planetária nos primeiros passos que aqui na Terra levaram a origem da vida porém lá em Titã foram provavelmente congelados, literalmente, nas primeiras etapas, devido a escassez de água. [trad. livre minha]

Em 2005, o astrônomo Christopher McKay da NASA e Heather Smith[4] esquematizaram quimicamente como poderia existir uma forma de vida em Titã cujo metabolismo seria baseado em converter hidrocarbonetos em metano, parte do tipo de esquema que seria necessário para a existência de vida no Lago de Piche, segundo o achado do grupo de Schulze-Makuch. Este último também é um defensor de longa data da possibilidade séria de existir vida em Titã. Em contrapartida, no final de 2005, a sonda Cassini da NASA identificou que a proporção de carbono 12 para carbono 13 da atmosfera de Titã não sugeria vida, enfraquecendo a hipótese, pelo menos de formas de vida como se conhece na Terra.

Ainda assim, a descoberta no Lago de Piche pode permitir a investigação de organismos que vivem em condições similares a Titã, e desta forma aumentar o leque de condições aceitáveis a vida nas buscas astronômicas por vida extraterrestre.

Referências e Links

  1. Laboratory for Astrobiological Investigations & Space Mission Planning, Washington State University; Dirk Schulze-Makuch.
  2. arXiv:1004.2047 [q-bio].
  3. Como as formas de vida na Terra metabolizam 12C, excesso de 12C sobre 13C é considerado sinal de vida.
  4. C.P. McKay, H.D. Smith, Icarus 178 1 (2005).
  5. arXiv blog
  6. Cientistas defendem hipótese de haver vida em Titã, Folha de S. Paulo (04 de janeiro de 2006).
  7. Sítio da missão Cassini.
  8. Fotos diversas do Lago de Piche de Trinidad e Tobago.
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