Sobre A Origem Da Vida, James Tour Expõe A Irrelevância Da Pesquisa De Lee Cronin

Por Brian Miller | Evolution News
16 de fevereiro de 2023, 13h38

Em meu último artigo, resumi a segunda ^{temporada da série de vídeos do químico sintético James Tour, da Rice University, sobre a origem da vida.} Aqui, vou expandir a resposta de Tour a seu colega químico sintético Lee Cronin, onde ele detalha o exagero consistente de Cronin sobre o progresso que ele e outros pesquisadores fizeram para desvendar o mistério da origem da vida. Veja [áudio em inglês] as Partes 1 a 3 abaixo:

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▪️ Hype Autocatalítica

Um tema comum nas teorias da origem da vida centra-se no que é chamado de conjuntos de reações autocatalíticas, onde o produto de uma reação catalisa (isto é, acelera) outra reação cujo produto catalisa outra reação em uma rede de reações interconectadas. Os teóricos esperam que tais conjuntos de reações possam ter evoluído para um metabolismo inicial em uma célula primitiva.

Em sua entrevista, Cronin descreveu sua pesquisa sobre um conjunto de aglomerados atômicos autocatalíticos baseados em molibdênio e sugeriu que isso fornece evidências de que uma química comparável na Terra primitiva poderia ter evoluído para uma célula autônoma. Tour descreveu o conjunto de reações em seu experimento como “um monte de bobagens”, uma vez que não se assemelham a nada que poderia ter ocorrido na Terra antiga.

A rede autocatalítica de Cronin só pode existir em um ambiente de laboratório cuidadosamente controlado, e as reações não têm semelhança com o metabolismo celular ou qualquer processo relevante à vida. Em geral, as redes autocatalíticas orgânicas requerem uma engenharia cuidadosa para iniciar e persistir, e as teorias de origem baseadas em redes autocatalíticas enfrentam obstáculos intransponíveis, como reações colaterais que travariam o sistema.

▪️ Onde está a Ribose?

No próximo clipe de entrevista, Cronin afirmou que em outro experimento ele foi capaz de “dirigir” a química necessária para produzir ribose, o açúcar em nucleotídeos, para reduzir moléculas estranhas.

Tour destacou no artigo publicado de Cronin como ele apenas pensou ter reduzido o número de moléculas estranhas porque examinou apenas os produtos que não precipitaram da solução. Mesmo a solução que Cronin estudou continha um grande número de moléculas contaminantes, muitas das quais eram compostas pelos mesmos átomos da ribose, mas em configurações diferentes.

O produto do experimento não poderia auxiliar na origem da vida já que a ribose estava em concentrações tão pequenas, e nunca poderia ser separada das outras moléculas por nenhum processo natural.

As moléculas de ribose raramente, ou nunca, se combinam com as outras moléculas necessárias para formar nucleotídeos (ou seja, nucleobase e fosfato). Quaisquer nucleotídeos que se formassem estariam em concentrações tão minúsculas que nunca poderiam se ligar a uma cadeia de RNA suficientemente longa para beneficiar uma célula em desenvolvimento e, mesmo que os RNAs se formassem, eles se separariam rapidamente (aqui, aqui).

▪️ Aumentando o Calor

Cronin também descreveu seu experimento ligando aminoácidos em cadeias e, em seguida, afirmou que demonstrou a plausibilidade de aminoácidos ligando-se a proteínas na Terra primitiva. A turnê mostrou que Cronin novamente exagerou grosseiramente sua realização.

Seu experimento começou com aminoácidos homoquirais em purezas e concentrações que não poderiam ter ocorrido na Terra primitiva. Além disso, ele teve que aquecer os aminoácidos a 130°C (266°F) por 15 horas apenas para ligá-los em pequenas cadeias.

No entanto, essas altas temperaturas decompõem rapidamente a maioria dos blocos de construção da vida (aqui, aqui), então qualquer outro progresso em direção à vida seria perdido.

Igualmente problemático, as cadeias geradas continham tantas ligações incorretas e eram tão pequenas que eram biologicamente inúteis.

Tour enviou o artigo de Cronin a um químico de peptídeos para confirmar sua conclusão sobre a irrelevância do experimento de Cronin para explicar como os aminoácidos poderiam ter se formado em proteínas em um ambiente pré-biótico. Seu amigo respondeu que o experimento é “uma química interessante, mas não é prática para nada”. O elogio de Cronin à sua própria pesquisa foi puro exagero.

▪️ Protocélulas Oleosas

Em uma exibição final de bravata, Cronin afirmou ter demonstrado em outro experimento a formação de protocélulas e a replicação. Aqui estão suas palavras exatas:

A única coisa aqui é que fomos capazes de mostrar que podemos combinar catálise com moléculas que produziriam um material semelhante a uma célula e que conduziria a replicação da célula…

Então, o que mostramos é que você tem esse processo em que naturalmente faz células-filhas sem nenhuma informação, você sabe, nenhum DNA necessário, nenhuma genética necessária, nenhuma maquinaria complicada para que possamos obter a replicação antes dos genes.

Tour destacou o completo absurdo de comparar gotículas de óleo com células reais, ou mesmo membranas celulares, e equiparar a divisão de gotículas de óleo com a replicação celular. Tour também detalhou o enorme controle do investigador sobre as condições experimentais e os protocolos químicos altamente complexos necessários para formar as gotículas de óleo e conduzir a divisão.

Não apenas o experimento é irrelevante para a origem da vida, mas a química nunca poderia ocorrer sem equipamento de laboratório avançado e químicos altamente treinados. Tour propôs que a deturpação consistente de Cronin sobre a relevância de sua pesquisa para a origem da vida é uma consequência de ele não saber nada sobre química orgânica, uma deficiência que Cronin reconheceu.

Descoberta do dobramento de proteínas: evolução ou design?

Por Evolution News | @DiscoveryCSC

16 de dezembro de 2020, 6h13

Se os engenheiros americanos construíram uma nave espacial com hiperpropulsor e um país estrangeiro conseguiu fazer a engenharia reversa e descobrir como funciona, quem deve receber o crédito? Qual é a maior conquista: fazer engenharia reversa de uma nave futurista ou projetar uma do zero?

DeepMind é líder em inteligência artificial (IA). Seus gênios conseguiram vencer os humanos com o popular nome Go usando seu algoritmo AlphaGo. Seus sistemas de IA agora alcançaram 90 por cento de sucesso em prever como uma proteína se dobrará. Uma postagem no blog da DeepMind  explica por que isso é tão importante:

Em seu discurso de aceitação do Prêmio Nobel de Química de 1972, Christian Anfinsen postulou que, em teoria, a sequência de aminoácidos de uma proteína deveria determinar totalmente sua estrutura. Esta hipótese desencadeou uma busca de cinco décadas para ser capaz de prever computacionalmente a estrutura 3D de uma proteína com base apenas em sua sequência de aminoácidos 1D como uma alternativa complementar a esses métodos experimentais caros e demorados. Um grande desafio, no entanto, é que o número de maneiras que uma proteína poderia teoricamente dobrar antes de se estabelecer em sua estrutura 3D final é astronômico. Em 1969 Cyrus Levinthal observou que levaria mais tempo do que a idade do universo conhecido para enumerar todas as configurações possíveis de uma proteína típica por cálculo de força bruta – Levinthal estimou 10 ^ 300 conformações possíveis para uma proteína típica. Ainda assim, na natureza, as proteínas se dobram espontaneamente, algumas em milissegundos – uma dicotomia às vezes chamada de paradoxo de Levinthal. [Enfase adicionada.]

Simples por comparação 

A engenharia reversa de um hiperdrive parece simples em comparação. Em 1994, um professor iniciou um concurso para especialistas em IA chamado CASP: Avaliação crítica da previsão da estrutura [proteína]. A cada dois anos, os competidores tentam prever a dobra de uma proteína apenas a partir de sua sequência de aminoácidos, sem saber a dobra com antecedência. Até agora, as pontuações alcançaram 20 a 40 no Teste de Distância Global (GDT), uma medida da distância entre as posições de aminoácidos previstas  versus  as posições biológicas reais. DeepMind alcançou uma pontuação média de 60 com AlphaFold em 2018. Eles aumentaram enormemente este ano para 92,4. A entrada do blog retrata a proximidade da dobra prevista com a dobra real em dois casos. Eles parecem se sobrepor muito.

Este trabalho computacional representa um avanço impressionante no problema do dobramento de proteínas, um grande desafio da biologia há 50 anos. Tem ocorrido décadas antes que muitas pessoas no campo teria previsto. Será emocionante ver as muitas maneiras pelas quais mudará fundamentalmente a pesquisa biológica.

Alcançar esse sucesso inspirou-se na biologia, física e aprendizado de máquina, junto com os principais especialistas em estrutura de proteínas. A equipe construiu uma rede neural para abordar o desafio, resolvendo pequenos grupos de aminoácidos e usando métodos de aprendizado profundo para explorar como eles podem se unir. Mesmo assim, o concurso CASP usa proteínas relativamente simples chamadas domínios. AlphaFold tem mais dificuldade em descobrir proteínas que interagem. Nature News diz,

A rede também luta para modelar estruturas individuais em complexos de proteínas, ou grupos, por meio dos quais as interações com outras proteínas distorcem suas formas.

No entanto, o sucesso representa “um salto gigantesco” que “mudará tudo”, escreve Ewen Callaway. De que maneiras? John Moult, um professor da Universidade de Maryland que co-fundou o CASP, explica em The Scientist,

“ Isso vai mudar a medicina. Isso mudará a pesquisa. Isso mudará a bioengenharia. Ela vai mudar tudo “, Andrei Lupas, biólogo evolucionista no Instituto Max Planck de Biologia do Desenvolvimento na Alemanha, que ajudou a julgar o concurso, diz  Nature, acrescentando que AlphaFold levou apenas 30 minutos para produzir a estrutura de uma proteína seu laboratório tinha tentado descobrir por 10 anos. 

Escrevendo na  Science  Magazine, Robert F. Service acrescenta:

Conhecer essas formas ajuda os pesquisadores a  desenvolver drogas  que podem se alojar nas fendas das proteínas. E ser capaz de sintetizar proteínas com a estrutura desejada pode acelerar o desenvolvimento de enzimas para fazer biocombustíveis e degradar resíduos plásticos.

Não esqueçamos

Esta é uma ótima notícia e muito bem aplaudida. Mas precisamos lembrar que esse problema de dobramento que tem confundido os humanos por 50 anos é resolvido rapidamente nas células vivas a cada momento. Levinthal observou que as proteínas rotineiramente “dobram-se espontaneamente, algumas em milissegundos” dentro da célula. Algumas precisam da ajuda de acompanhantes para encontrar sua dobra nativa, mas muitas vão diretamente da sequência de aminoácidos 1D para a proteína funcional 3D. 

Isso não é tudo. A célula também possui enzimas de reparo que podem desmantelar proteínas mal dobradas e fixá-las ou substituí-las se forem irreparáveis. Em nossa analogia com a nave espacial hiperdrive, é como ter robôs capazes de detectar componentes com falha, retirá-los, corrigi-los e inseri-los novamente. Como uma célula sem olhos e cérebros faz isso? Pense na sofisticação dos algoritmos capazes de realizar essas operações!

O conceito de Pesquisa tem grande influência na teoria do design inteligente. Se o problema de pesquisa for complicado o suficiente, o sucesso requer informações adicionais além do que a pesquisa cega pode alcançar no tempo disponível. Encontrar um átomo marcado em uma galáxia, por exemplo, levaria muito mais tempo do que a idade do universo para se obter sucesso. William Dembski provou em seu livro No Free Lunch que nenhum algoritmo evolucionário é superior à pesquisa cega, a menos que informações auxiliares sejam fornecidas. O problema, porém, é que o pesquisador precisa pesquisar todas as fontes possíveis de informações auxiliares para saber qual delas é a correta. Dembski comparou isso a encontrar um tesouro enterrado cavando aleatoriamente em uma ilha. Esse tipo de busca cega dificilmente terá sucesso se a ilha for grande o suficiente. Se o pesquisador receber um mapa, ele poderá ir diretamente ao local com essa informação auxiliar. Tudo muito bem, como no filme É um mundo louco, louco, louco, onde as informações fornecidas foram precisas por alguém que conhecia. 

A ausência de previsão

Algoritmos evolucionários, porém, sem previsão, podem gerar um bilhão de mapas do tesouro, dos quais apenas um pode estar correto. O problema de busca então muda para encontrar o mapa correto entre bilhões de mapas do tesouro. Se um livro na estante informa qual mapa é o correto (mais informações auxiliares), como o pesquisador sabe? O pesquisador teria que verificar um bilhão de livros oferecendo respostas aleatórias com essas informações, das quais apenas uma poderia estar correta. Cada peça adicionada de informação auxiliar deve ser verificada por outra pesquisa. É por isso que nenhum algoritmo evolucionário é superior à pesquisa cega. A única maneira de chegar rapidamente ao tesouro enterrado é confiar em uma fonte que conhece e testar as informações cavando lá. Essa informação deve vir basicamente de uma mente – alguém que sabe a resposta certa.

Voltando ao problema do enovelamento de proteínas, vimos que o espaço de busca por dobras de proteínas é vasto além da compreensão, como uma ilha do tamanho do universo. Observando as células rotineiramente dobrando as proteínas com rapidez e precisão, pode-se concluir, portanto, que uma mente estava por trás da informação. Essa conclusão é certificada ao observar especialistas em IA usando suas mentes para fazer engenharia reversa de dobras de proteínas. AI nao está inventando sequências que se dobrarão; ele está tentando descobrir como uma determinada sequência produzirá uma dobra funcional observada. Inventar uma dobra de novo é o problema mais difícil (Stephen Meyer discute as dobras funcionais em  Signature in the Cell, pp. 99ff.)

E a evolução?

A evolução entra na história? Alguns dos trabalhadores do concurso CASP são biólogos evolucionistas. Pensando que algumas proteínas evoluíram para outras proteínas por meio de mutação e seleção natural, eles acreditam que proteínas semelhantes são conectadas por ancestrais comuns. Essa crença, eles acham, pode permitir que “desenvolvam” novas proteínas com dobras semelhantes. Callaway diz: “Algumas aplicações, como a análise evolutiva de proteínas, estão definidas para florescer porque o tsunami de dados genômicos disponíveis agora pode ser traduzido de forma confiável em estruturas”. Isso, porém, é design inteligente; não evolução darwiniana, tire a palavra “evolucionário” de “análise evolucionária”, caso contrário, é um oxímoro. Existem limites para a quantidade de variação que uma dobra pode suportar e preservar a função. (Douglas Axe discute esses limites em Inegável, p. 80ff e 180-182. Veja a cobertura do  Evolution News  aqui e aqui  sobre abordagens evolucionárias simplistas para resolver o problema de dobra e por que eles erram o alvo.)

Se o algoritmo AlphaFold da DeepMind for bem-sucedido no projeto de novas enzimas, será por meio de projeto inteligente, não de pesquisa cega. Ele se baseará nas informações das proteínas funcionais, estendendo esse conhecimento por design. Os processos evolutivos materialistas não têm essa previsão.

Em suma, a conquista da DeepMind é louvável, mas o verdadeiro prêmio vai para o designer de sistemas de proteínas: sua codificação no DNA, sua tradução no ribossomo, seu dobramento espontâneo (às vezes auxiliado por um acompanhante), suas funções, suas interações e seus mecanismos de reparo. Todos eles obtêm pontuações perfeitas quando não são prejudicados por mutações aleatórias que degradam as informações. A IA nem mesmo começou a imitar essas capacidades. Quaisquer pontuações mais altas por meio de IA no futuro serão obtidas por design inteligente, não por evolução. A notícia apenas ressalta o conhecimento superior embutido na base molecular da vida.

Perdendo O Ponto: Os Códigos Não São Produtos Da Física

Por Evolution News | @DiscoveryCSC

2 de dezembro de 2020

Esquemas elaborados para explicar a origem do código genético a partir das leis da física e da química perdem todo o ponto sobre os códigos: a origem da informação. Livros do design inteligente tornam isso bastante claro, como em  Signature in the Cell,  de Stephen Meyer, e  The Mystery of Life’s Origin: The Continuing Controversy (reimpressão expandida), de Thaxton, Bradley e Olsen e autores colaboradores. Intencionalmente ou não, os pesquisadores da origem da vida continuam a ignorar o ponto principal sobre os códigos: um código é uma mensagem, e uma mensagem pressupõe uma mente. Por outro lado, se um processo material pode explicar a disposição dos blocos de construção em uma sequência, não é um código. 

Os códigos podem fazer uso de blocos de construção materiais, como letras em uma página impressa ou pulsos de rádio através do espaço, mas a essência de um código é a informação que ele transmite. A essência de uma mensagem é o significado pretendido pelo mensageiro. O significado pode ser ao vivo ou programado. Em ambos os casos, um código transmite a previsão de uma mente com a intenção de se comunicar.

Com toda a insistência sobre esse aspecto fundamental dos códigos por cientistas do DI nos últimos 36 anos (e mais), é triste ver outros cientistas continuando a insistir na falácia de que códigos podem surgir de processos irracionais. Se isso fosse verdade, seria o equivalente a um milagre. Se outros querem descartar os “milagres” que eles acham que o design inteligente requer, o que os defensores do design deveriam dizer sobre os milagres do acaso dos evolucionistas? Se outros desejam limitar seu kit de ferramentas explicativas às “leis naturais”, o que dizer das leis da probabilidade?

Caso 1: Códigos da Termodinâmica

Nas  Revisões Trimestrais de Biofísica, Klump, Völker e Breslauer tentam argumentar que o código de DNA existente foi naturalmente selecionado como o mais ideal para estabilidade energética. Que seleção natural é o significado pretendido fica claro a partir do título: “Mapeamento de energia do código genético e domínios genômicos: implicações para a evolução do código e darwinismo molecular.” Em outras palavras, eles propõem que a seleção natural se estende até a vida pré-biótica, apesar do entendimento comum de que a replicação precisa é um pré-requisito para a seleção natural. Nesse caso, as leis da termodinâmica fazem a seleção. Isso fica claro no título de uma notícia da  Rutgers University, “A Evolução do Código Genético e a Teoria da Evolução de Darwin Devem Considerar o DNA um ‘Código de Energia’ – o fenômeno ‘Sobrevivência do mais apto’ é apenas parte da equação de evolução”. Mas como o significado (semântica) emerge em um “código de energia” criado pelo “darwinismo molecular”? A hipótese deles ignora totalmente esse requisito.

“As origens da evolução do código genético do DNA e a evolução de todas as espécies vivas estão  embutidas nos diferentes perfis de energia de seus projetos de DNA molecular. Sob a  influência das leis da termodinâmica, este código de energia evoluiu, de um número astronômico de possibilidades alternativas, para um código quase singular em todas as espécies vivas.”

Os cientistas investigaram esse chamado “enigma universal”, investigando as origens da observação surpreendente de que o código genético evoluiu para um projeto quase uniforme que surgiu de trilhões de possibilidades.

Os cientistas expandiram as bases do  marco da teoria evolucionária darwiniana de “sobrevivência do mais apto” para incluir o “darwinismo molecular”. A teoria revolucionária de Darwin é baseada na persistência geracional das características físicas de uma espécie que permitem que ela sobreviva em um determinado ambiente por meio da “seleção natural”. O darwinismo molecular se refere a características físicas que persistem através das gerações porque as regiões do DNA molecular que codificam essas características são  excepcionalmente estáveis. [Enfase adicionada.]

O argumento deles é semelhante à hipótese do multiverso: dentre “trilhões de possibilidades”, um universo foi selecionado naturalmente com condições que permitiam vida complexa – e aqui estamos nós! Na história do “darwinismo molecular”, as leis da termodinâmica “selecionaram” arranjos de blocos de construção de DNA que eram estáveis, e pronto! Informações funcionais! É por isso que todas as formas de vida o usam! (Observe o non-sequitur.)

O pessoal da Rutgers não menciona  informações e apenas mencionam a  função  de uma forma posterior, sugerindo que o “darwinismo molecular” pode  permitir  ou  favorecer  funções biológicas.

Diferentes regiões de DNA podem exibir assinaturas diferenciais de energia  que podem favorecer estruturas físicas  em organismos que  permitem funções biológicas específicas, disse Breslauer.

A seguinte citação do artigo deve ser lida para ser apreciada como um exemplo clássico de *gobbledygook acadêmico [ *linguagem sem sentido ou ininteligível pelo uso excessivo de termos técnicos obscuros;  Absurdo.]. Em suma, eles derivam o código genético da segunda lei da termodinâmica, a mesma lei que degrada a informação!

Quando o icônico código genético do DNA é expresso em termos de diferenciais de energia, observa-se que a  informação embutida nas sequências químicas, incluindo alguns resultados biológicos, se correlaciona com perfis de energia livre distintos. Especificamente, encontramos correlações entre o uso do códon e a energia livre do códon, o que sugere uma seleção termodinâmica para o uso do códon. Também encontramos correlações entre o que são considerados aminoácidos antigos e altos valores de energia livre de códons. Tais correlações podem ser reflexivas do  código genético baseado em sequência mapeando fundamentalmente como um código de energia. Em  tal perspectiva, pode-se imaginar  o código genético como composto de  ciclos termodinâmicos interligados que permitem que os códons “evoluam” uns dos outros por meio de uma série de transições e transversões sequenciais, que são influenciadas por uma paisagem de energia modulada por fatores termodinâmicos e cinéticos. Como tal, a evolução inicial do código genético pode ter sido conduzida, em parte, por energias diferenciadas, em oposição exclusivamente à funcionalidade de qualquer produto gênico. Em tal cenário, as pressões evolutivas podem, em parte, derivar da otimização das propriedades biofísicas (por exemplo, estabilidades relativas e taxas relativas), além da perspectiva clássica de ser impulsionado por uma vantagem adaptativa fenotípica (seleção natural). Tal mapeamento de energia diferencial do código genético, bem como domínios genômicos maiores, pode refletir  uma paisagem genômica evoluída e energeticamente resolvida, consistente com um tipo de ‘darwinismo molecular’ diferencial, movido por energia. Não deveria ser surpresa que a evolução do código foi influenciada pela energética diferencial, já que a termodinâmica é o ramo mais geral e universal da ciência que opera em todas as escalas de tempo e comprimento.

A estabilidade de uma dupla hélice de DNA não tem correlação com seu conteúdo de informação.

Presumivelmente, uma sequência repetitiva de AGTCAGTC em toda a cadeia pode ser a mais estável de todas, mas não transmitiria mensagem e não teria função. Um “código de energia” que se estabeleceu a partir da entropia nunca se traduziria em uma máquina molecular com uma função sofisticada. Os autores assumem que, como o código existente é estável e tem o  potencial  de ser rico em informações, ele será selecionado naturalmente para  ser  rico em informações. Isso não faz sentido. Será que o surgimento de carrinhos de compras mais estáveis com quatro rodas em vez de três garantirá que serão preenchidos com mantimentos? Nenhuma retórica pode defender tal ideia. 

Os autores percebem que sua hipótese ainda tem um longo caminho a percorrer:

As próximas etapas  incluem reformular e mapear a sequência química do genoma humano em  um “genoma de energia”,  para que as regiões de DNA com diferentes estabilidades de energia possam ser correlacionadas com estruturas físicas e funções biológicas.

Boa sorte com isso. Nenhuma quantidade de pesquisa pode justificar uma premissa falha.

Caso 2: Sequências Naturais

Outro artigo tenta obter códigos por processos materiais. É encontrado no  PNAS  por Inouye et al., “Evolução do código genético; Evidências de disparidade de uso de códon serina em  Escherichia coli.” Esta equipe rebate o conceito de códons sinônimos, onde um aminoácido pode ser representado por dois a seis códons. O código da serina, por exemplo, pode ser representado por AGU / C (uma “caixa”) ou UCU / C / A / G (uma segunda caixa). Este é o único caso em que são necessárias duas substituições de bases para passar de uma caixa para a outra. “Decifrar como isso aconteceu fornecerá  informações importantes sobre a origem da vida e o código genético”, eles prometem. 

Os autores tentam organizar os aminoácidos em árvores filogenéticas. Na origem da vida, apenas sete aminoácidos estavam em uso, eles propõem; depois, a alanina ramificou-se para a segunda caixa de serina e assim por diante. Eles assumem que aqueles com os códons mais sinônimos evoluíram primeiro e, posteriormente, aqueles com códons únicos. Eles contam quantas espécies de aminoácidos existem nas bactérias e partem, elaborando um cenário de como o código genético evoluiu. Estranhamente ausente está a palavra  informação  no esquema. Como esses códons se traduzem em uma função? Ora, eles o “adquirem”! O Iluminismo floresceu!

A substituição de resíduos Ala por Ser não apenas torna uma proteína mais hidrofílica, mas também, em alguns casos, pode fazer com que uma proteína adquira uma função enzimática ou forneça  um local para modificação de proteína, como fosforilação e acetilação.

Não há sentido em continuar com essa noção. Está tudo misturado.

Portanto, especula-se ainda  que os resíduos Ser codificados por AGU ou AGC em proteínas  tinham funções originalmente diferentes  dos resíduos Ser codificados por UCX. Desde então, os dois conjuntos diferentes de códons Ser foram completamente misturados durante a evolução.

Não leia este artigo como o método científico em ação. Leia como uma história para dormir.

Olhando para a tabela de códons (Tabela 1), parece que somos capazes de decifrar histórias ocultas sobre como os códons genéticos evoluiram. Com base na hipótese de que o aminoácido mais simples e, portanto, o mais primitivo entre os 20 aminoácidos é GGX ou Gly, os códons para outros aminoácidos são propostos como tendo evoluído de GGX. Na segunda etapa da evolução do códon, novos conjuntos de códons para sete aminoácidos surgiram ….

Emergiu. Sim, crianças, graças a Darwin, sabemos que códigos e outras coisas maravilhosas podem emergir da matéria – por si mesmas. 

O poder de um código

Os materialistas que se limitam ao mecanismo de Darwin continuam lutando por maneiras naturais de obter códigos. Eles olham para a energia. Eles olham para os blocos de construção. Eles conectam blocos de construção à energia. Mas, como conectar um cabo de extensão em si mesmo, não há poder que “emerge” no sistema – exceto por meio de histórias especulativas na imaginação dos materialistas. Meyer, Thaxton e os outros permanecem justificados: o poder de um código só flui quando conectado às informações.

Neurocientistas descobrem um mecanismo molecular que permite a formação de memórias

pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts | Medical Express

Um novo estudo do MIT revela que a codificação de memórias em células engramadas é controlada pela remodelação em larga escala das proteínas e do DNA que compõem a cromatina das células. Nesta imagem do cérebro, o hipocampo é a grande estrutura amarela próxima ao topo. Verde indica neurônios que foram ativados na formação da memória; o vermelho mostra os neurônios que foram ativados na recuperação da memória; o azul mostra o DNA das células; e o amarelo mostra os neurônios que foram ativados tanto na formação da memória quanto na evocação e, portanto, são considerados neurônios engramas. Crédito: MIT

Quando o cérebro forma uma memória de uma nova experiência, os neurônios chamados células engramas codificam os detalhes da memória e são reativados posteriormente sempre que a recordamos. Um novo estudo do MIT revela que esse processo é controlado pela remodelação em larga escala da cromatina das células.

Essa remodelação, que permite que genes específicos envolvidos no armazenamento de memórias se tornem mais ativos, ocorre em vários estágios espalhados por vários dias.

Mudanças na densidade e no arranjo da cromatina, uma estrutura altamente comprimida que consiste em DNA e proteínas chamadas histonas, podem controlar o quão ativos genes específicos estão dentro de uma determinada célula.

“Este artigo é o primeiro a realmente revelar esse processo muito misterioso de como diferentes ondas de genes são ativadas e qual é o mecanismo epigenético subjacente a essas diferentes ondas de expressão gênica“, disse Li-Huei Tsai, diretor do Instituto Picower do MIT para Aprendizagem e memória e o autor sênior do estudo.

Asaf Marco, um pós-doutorado do MIT, é o autor principal do artigo, que despontou hoje na Nature Neuroscience.

Controle epigenômico

As células engrama são encontradas no hipocampo, bem como em outras partes do cérebro. Muitos estudos recentes mostraram que essas células formam redes que estão associadas a memórias específicas, e essas redes são ativadas quando essa memória é recuperada. No entanto, os mecanismos moleculares subjacentes à codificação e recuperação dessas memórias não são bem compreendidos.

Os neurocientistas sabem que, no primeiro estágio da formação da memória, os genes conhecidos como genes iniciais imediatos são ativados nas células engramadas, mas esses genes logo retornam aos níveis de atividade normais. A equipe do MIT queria explorar o que acontece mais tarde no processo para coordenar o armazenamento de memórias de longo prazo.

“A formação e preservação da memória é um evento muito delicado e coordenado que se espalha por horas e dias, e pode durar até meses – não temos certeza”, diz Marco. “Durante esse processo, existem algumas ondas de expressão gênica e síntese de proteínas que tornam as conexões entre os neurônios mais fortes e mais rápidas.“

Tsai e Marco levantaram a hipótese de que essas ondas poderiam ser controladas por modificações epigenômicas, que são alterações químicas da cromatina que controlam se um determinado gene está acessível ou não. Estudos anteriores do laboratório de Tsai mostraram que, quando as enzimas que tornam a cromatina inacessível estão muito ativas, podem interferir na capacidade de formar novas memórias.

Para estudar as mudanças epigenômicas que ocorrem em células de engramas individuais ao longo do tempo, os pesquisadores usaram camundongos geneticamente modificados nos quais podem marcar células de engramas permanentemente no hipocampo com uma proteína fluorescente quando uma memória é formada. Esses ratos receberam um leve choque nas patas, que aprenderam a associar à gaiola em que receberam o choque.

Quando essa memória se forma, as células do hipocampo que codificam a memória começam a produzir um marcador de proteína fluorescente amarelo.

“Então, podemos rastrear esses neurônios para sempre e podemos separá-los e perguntar o que acontece com eles uma hora após o choque no pé, o que acontece cinco dias depois e o que acontece quando esses neurônios são reativados durante a recuperação da memória“, diz Marco.

Logo no primeiro estágio, logo após a formação da memória, os pesquisadores descobriram que muitas regiões do DNA sofrem modificações na cromatina.

Nessas regiões, a cromatina se torna mais frouxa, permitindo que o DNA se torne mais acessível. Para surpresa dos pesquisadores, quase todas essas regiões estavam em trechos de DNA onde nenhum gene foi encontrado. Essas regiões contêm sequências não codificantes chamadas intensificadores, que interagem com os genes para ajudar a ativá-los. Os pesquisadores também descobriram que, neste estágio inicial, as modificações da cromatina não tiveram nenhum efeito na expressão do gene.

Os pesquisadores então analisaram células engrama cinco dias após a formação da memória. Eles descobriram que à medida que as memórias foram consolidadas, ou fortalecidas, ao longo desses cinco dias, a estrutura 3-D da cromatina em torno dos realçadores mudou, trazendo os realçadores para mais perto de seus genes-alvo. Isso ainda não ativa esses genes, mas os prepara para serem expressos quando a memória é recuperada.

Em seguida, os pesquisadores colocaram alguns dos ratos de volta na câmara onde receberam o choque nas patas, reativando a memória de medo. Em células engramadas desses camundongos, os pesquisadores descobriram que os estimuladores preparados interagiam frequentemente com seus genes-alvo, levando a um aumento na expressão desses genes.

Muitos dos genes ativados durante a recuperação da memória estão envolvidos na promoção da síntese de proteínas nas sinapses, ajudando os neurônios a fortalecer suas conexões com outros neurônios. Os pesquisadores também descobriram que os dendritos dos neurônios – extensões ramificadas que recebem informações de outros neurônios – desenvolveram mais espinhas, oferecendo mais evidências de que suas conexões foram fortalecidas.

Preparado para expressão

O estudo é o primeiro a mostrar que a formação da memória é impulsionada por intensificadores epigenomicamente primários para estimular a expressão do gene quando uma memória é relembrada, diz Marco.

“Este é o primeiro trabalho que mostra no nível molecular como o epigenoma pode ser preparado para ganhar acessibilidade. Primeiro, você torna os intensificadores mais acessíveis, mas a acessibilidade por si só não é suficiente. Você precisa dessas regiões para interagir fisicamente com o genes, que é a segunda fase ”, afirma. “Agora estamos percebendo que a arquitetura do genoma 3-D desempenha um papel muito significativo na orquestração da expressão do gene.“

Os pesquisadores não exploraram quanto tempo essas modificações epigenômicas duram, mas Marco diz que acredita que elas podem permanecer por semanas ou até meses. Ele agora espera estudar como a cromatina das células do engrama é afetada pela doença de Alzheimer. Trabalhos anteriores do laboratório de Tsai mostraram que o tratamento de um modelo de rato com Alzheimer com um inibidor de HDAC, uma droga que ajuda a reabrir a cromatina inacessível , pode ajudar a restaurar as memórias perdidas.

[**Obs: ênfase adicionada]

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Mais informações: Mapping the epigenomic and transcriptomic interplay during memory formation and recall in the hippocampal engram ensemble, Nature Neuroscience(2020). DOI: 10.1038/s41593-020-00717-0 , www.nature.com/articles/s41593-020-00717-0

Jornal referência: Nature Neuroscience

Sim, O Design Inteligente É Detectável Pela Ciência

STEPHEN C. MEYER | DISCOVERY INSTITUTE 26 DE ABRIL DE 2018 Em DESIGN INTELIGENTE PUBLICADO ORIGINALMENTE NO SAPIENTIA JOURNAL

Nota do editor: O jornal online Sapientia recentemente colocou uma boa pergunta para vários participantes em um fórum: “Is Intelligent Design Detectable by Science?” Esta é uma questão chave na qual os proponentes do DI e da evolução teísta diferem. Stephen Meyer, filósofo da ciência e diretor do Centro de Ciência e Cultura do Discovery Institute, deu a seguinte resposta.

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Os biólogos há muito reconheceram que muitas estruturas organizadas nos organismos vivos – a forma elegante e a cobertura protetora do nautilus enrolado; as partes interdependentes do olho dos vertebrados; os ossos, músculos e penas entrelaçadas de uma asa de pássaro – “dão a aparência de terem sido projetados para um propósito“. ¹

Antes de Darwin, os biólogos atribuíam a beleza, a complexidade integrada e a adaptação dos organismos a seus ambientes a uma poderosa inteligência projetual. Conseqüentemente, eles também pensaram que o estudo da vida tornava a atividade de uma inteligência projetista detectável no mundo natural.

Ainda assim, Darwin argumentou que essa aparência de design poderia ser explicada de forma mais simples como o produto de um mecanismo puramente não direcionado, a saber, seleção natural e variação aleatória. Os neodarwinistas modernos também afirmaram que o processo não direcionado da seleção natural e da mutação aleatória produziu as intrincadas estruturas semelhantes a designs nos sistemas vivos. Eles afirmam que a seleção natural pode imitar os poderes de uma inteligência projetista sem ser guiada por um agente inteligente. Assim, os organismos vivos podem parecer projetados, mas, segundo essa visão, essa aparência é ilusória e, conseqüentemente, o estudo da vida não torna a atividade de uma inteligência projetista detectável no mundo natural.

Como o próprio Darwin insistiu: “Parece não haver mais desígnio na variabilidade dos seres orgânicos e na ação da seleção natural, do que no curso em que o vento sopra”. ² Ou como argumentou o eminente biólogo evolucionista Francisco Ayala, Darwin representou “design sem designer” e mostrou “que a organização diretiva dos seres vivos pode ser explicada como o resultado de um processo natural, a seleção natural, sem necessidade de recurso para um Criador ou outro agente externo“.³

Mas Darwin explicou todas as evidências de aparente design na biologia? Darwin tentou explicar a origem de novas formas de vida a partir de formas de vida pré-existentes mais simples, mas sua teoria da evolução por seleção natural nem mesmo tentou explicar a origem da vida – a célula viva mais simples – em primeiro lugar. No entanto, agora há evidências convincentes de design inteligente nos recessos internos até mesmo dos organismos unicelulares vivos mais simples. Além disso, há uma característica fundamental das células vivas – uma que torna o design inteligente da vida detectável – que Darwin desconhecia e que os teóricos da evolução contemporâneos não explicaram.

O Enigma da Informação

Em 1953, quando Watson e Crick elucidaram a estrutura da molécula de DNA, eles fizeram uma descoberta surpreendente. A estrutura do DNA permite armazenar informações na forma de um código digital de quatro caracteres. Cordas de substâncias químicas em seqüência precisa, chamadas de bases de nucleotídeos, armazenam e transmitem as instruções de montagem – as informações – para construir as moléculas de proteína essenciais e as máquinas de que a célula precisa para sobreviver.

Francis Crick desenvolveu mais tarde essa ideia com sua famosa “hipótese da sequência”, segundo a qual os constituintes químicos do DNA funcionam como letras em uma linguagem escrita ou de símbolos em um código de computador. Assim como as letras em inglês podem transmitir uma mensagem específica dependendo de seu arranjo, o mesmo acontece com certas sequências de bases químicas ao longo da espinha dorsal de uma molécula de DNA. O arranjo dos caracteres químicos determina a função da sequência como um todo. Assim, a molécula de DNA possui a mesma propriedade de “especificidade de sequência” que caracteriza os códigos e a linguagem.

Além disso, as sequências de DNA não possuem apenas “informações” no sentido estritamente matemático descrito pelo pioneiro teórico da informação Claude Shannon. Shannon relacionou a quantidade de informações em uma sequência de símbolos com a probabilidade im da sequência (e a redução da incerteza associada a ela). Mas as sequências de bases do DNA não exibem apenas um grau de improbabilidade matematicamente mensurável. Em vez disso, o DNA contém informações no sentido mais rico e comum do dicionário de “sequências alternativas ou arranjos de caracteres que produzem um efeito específico“. As sequências de bases de DNA transmitem instruções. Elas desempenham funções e produzem efeitos específicos. Assim, elas não possuem apenas “informações de Shannon“, mas também o que foi chamado de “informações específicas” ou “funcionais“.

Como os zeros e uns arranjados com precisão em um programa de computador, as bases químicas no DNA transmitem instruções em virtude de seu arranjo específico – e de acordo com uma convenção de símbolo independente conhecida como “código genético“. Assim, o biólogo Richard Dawkins observa que “o código de máquina dos genes é estranhamente semelhante ao de um computador“. ⁴ Da mesma forma, Bill Gates observa que “o DNA é como um programa de computador, mas muito, muito mais avançado do que qualquer software que já criamos”. ⁵ Da mesma forma, o biotecnologista Leroy Hood descreve as informações no DNA como “código digital“. ⁶

Após o início da década de 1960, novas descobertas revelaram que a informação digital no DNA e no RNA é apenas parte de um sistema complexo de processamento de informações – uma forma avançada de nanotecnologia que tanto espelha quanto excede a nossa em sua complexidade, lógica de design e densidade de armazenamento de informações.

De onde vêm as informações na célula? E como surgiu o complexo sistema de processamento de informações da célula? Essas questões estão no cerne da pesquisa contemporânea sobre a origem da vida. Claramente, os recursos informativos da célula pelo menos parecem projetados. E, como mostro com muitos detalhes em meu livro Signature in the Cell, nenhuma teoria da evolução química não direcionada explica a origem da informação necessária para construir a primeira célula viva. ⁷

Por quê? Simplesmente, há informações demais na célula para serem explicadas apenas pelo acaso. E as tentativas de explicar a origem da informação como conseqüência da seleção natural pré-biótica agindo sobre mudanças aleatórias inevitavelmente pressupõem precisamente o que precisa ser explicado, a saber, resmas de informação genética pré-existente. A informação no DNA também desafia a explicação por referência às leis da química. Dizer o contrário é como dizer que a manchete de um jornal pode surgir da atração química entre a tinta e o papel. Claramente, algo mais está em ação.

Ainda assim, os cientistas que inferem o design inteligente não o fazem meramente porque os processos naturais – acaso, leis ou sua combinação – falharam em explicar a origem da informação e dos sistemas de processamento de informação nas células. Em vez disso, pensamos que o design inteligente é detectável em sistemas vivos porque sabemos por experiência que os sistemas que possuem grandes quantidades dessas informações surgem invariavelmente de causas inteligentes. As informações na tela de um computador podem ser rastreadas até um usuário ou programador. A informação em um jornal veio em última análise de um escritor – de uma mente. Como observou o pioneiro teórico da informação Henry Quastler, “A informação normalmente surge da atividade consciente”. ⁸

Essa conexão entre a informação e a inteligência anterior nos permite detectar ou inferir atividade inteligente, mesmo de fontes não observáveis no passado distante. Arqueólogos inferem escribas antigos de inscrições hieroglíficas. A busca do SETI por inteligência extraterrestre pressupõe que a informação embutida em sinais eletromagnéticos do espaço indicaria uma fonte inteligente. Os radioastrônomos não encontraram nenhum sinal desse tipo em sistemas estelares distantes; mas mais perto de casa, os biólogos moleculares descobriram informações na célula, sugerindo – pela mesma lógica que sustenta o programa SETI e o raciocínio científico comum sobre outros artefatos de informação – uma fonte inteligente.

O DNA funciona como um programa de software e contém informações específicas assim como o software. Sabemos por experiência própria que o software vem de programadores. Em geral, sabemos que a informação especificada – seja inscrita em hieróglifos, escrita em um livro ou codificada em um sinal de rádio – sempre surge de uma fonte inteligente. Portanto, a descoberta de tais informações na molécula de DNA fornece bases sólidas para inferir (ou detectar) que a inteligência desempenhou um papel na origem do DNA, mesmo se não estivéssemos lá para observar o sistema surgindo.

A Lógica de Detecção de Design

Em The Design Inference, o matemático William Dembski explica a lógica da detecção de design. Seu trabalho reforça a conclusão de que a informação especificada presente no DNA aponta para uma mente projetista.

Dembski mostra que os agentes racionais freqüentemente detectam a atividade anterior de outras mentes projetistas pelo caráter dos efeitos que deixam para trás. Os arqueólogos presumem que agentes racionais produziram as inscrições na Pedra de Roseta. Os investigadores de fraudes de seguros detectam certos “padrões de trapaça” que sugerem manipulação intencional das circunstâncias em vez de um desastre natural. Os criptógrafos distinguem entre sinais aleatórios e aqueles que carregam mensagens codificadas, o último indicando uma fonte inteligente. Reconhecer a atividade de agentes inteligentes constitui um modo comum e totalmente racional de inferência.

Mais importante, Dembski explica os critérios pelos quais os agentes racionais reconhecem ou detectam os efeitos de outros agentes racionais e os distingue dos efeitos de causas naturais. Ele demonstra que sistemas ou sequências com propriedades conjuntas de “alta complexidade” (ou pequena probabilidade) e “especificação” resultam invariavelmente de causas inteligentes, não do acaso ou de leis físico-químicas. ⁹

Dembski observou que sequências complexas exibem um arranjo irregular e improvável que desafia a expressão por uma regra ou algoritmo simples, enquanto a especificação envolve uma combinação ou correspondência entre um sistema físico ou sequência e um padrão ou conjunto de requisitos funcionais independentemente reconhecível.

A título de ilustração, considere os seguintes três conjuntos de símbolos:

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O TEMPO NÃO PERDOA NINGUÉM

ABABABABABABABABABABAB

As duas primeiras sequências são complexas porque ambas desafiam a redução a uma regra simples. Cada um representa uma sequência altamente irregular, aperiódica e improvável. A terceira sequência não é complexa, mas altamente ordenada e repetitiva. Das duas sequências complexas, apenas a segunda, entretanto, exemplifica um conjunto de requisitos funcionais independentes – ou seja, é especificada .

O inglês tem muitos desses requisitos funcionais. Por exemplo, para transmitir significado em inglês, deve-se empregar as convenções existentes de vocabulário (associações de sequências de símbolos com objetos, conceitos ou idéias particulares) e as convenções existentes de sintaxe e gramática. Quando os arranjos de símbolos “combinam” com o vocabulário existente e as convenções gramaticais (ou seja, requisitos funcionais), a comunicação pode ocorrer. Tais arranjos exibem “especificação“. A sequência “O tempo e a maré não esperam por ninguém” claramente exibe tal correspondência e, portanto, desempenha uma função de comunicação.

Assim, das três sequências, apenas a segunda manifesta os dois indicadores necessários de um sistema projetado. A terceira sequência carece de complexidade, embora exiba um padrão periódico simples, uma espécie de especificação. A primeira sequência é complexa, mas não especificada. Apenas a segunda sequência apresenta tanto complexidade e especificação. Assim, de acordo com a teoria de detecção de design de Dembski, apenas a segunda sequência implica uma causa inteligente – como afirma nossa experiência uniforme.

Em meu livro Signature in the Cell , mostro que os critérios conjuntos de complexidade e especificação de Dembski são equivalentes a “informações funcionais” ou “informações especificadas“. Também mostro que as regiões codificantes do DNA exemplificam tanto a alta complexidade quanto a especificação e, portanto, não surpreendentemente, também contêm “informações especificadas“. Conseqüentemente, o método científico de Dembski para detecção de design reforça a conclusão de que a informação digital no DNA indica atividade inteligente anterior.

Portanto, ao contrário dos relatos da mídia, a teoria do design inteligente não é baseada na ignorância ou “lacunas” em nosso conhecimento, mas em descobertas científicas sobre o DNA e em métodos científicos estabelecidos de raciocínio nos quais nossa experiência uniforme de causa e efeito orienta nossas inferências sobre os tipos de causas que produzem (ou melhor explicam) diferentes tipos de eventos ou sequências.

Ajuste Fino Antrópico

A evidência de design em células vivas não é a única evidência na natureza. A física moderna agora revela evidências de design inteligente na própria estrutura do universo. Desde a década de 1960, os físicos reconheceram que as condições iniciais e as leis e constantes da física são perfeitamente ajustadas, contra todas as probabilidades, para tornar a vida possível. Mesmo alterações extremamente leves nos valores de muitos fatores independentes – como a taxa de expansão do universo, a velocidade da luz e a força precisa da atração gravitacional ou eletromagnética – tornariam a vida impossível. Os físicos se referem a esses fatores como “coincidências antrópicas” e à feliz convergência de todas essas coincidências como o “ajuste fino do universo“.

Muitos notaram que esse ajuste fino sugere fortemente o projeto de uma inteligência pré-existente. O físico Paul Davies disse que “a impressão do design é avassaladora”. ¹⁰ Fred Hoyle argumentou que, “Uma interpretação de bom senso dos fatos sugere que um superintelecto se envolveu com a física, assim como com a química e a biologia”. ¹¹ Muitos físicos agora concordam. Eles argumentariam que – de fato – os mostradores na sala de controle cósmico parecem bem ajustados porque alguém os ajustou cuidadosamente.

Para explicar as vastas improbabilidades associadas a esses parâmetros de ajuste fino, alguns físicos postularam não um “ajuste fino” ou um designer inteligente, mas a existência de um vasto número de outros universos paralelos. Este conceito de “multiverso” também necessariamente postula vários mecanismos para a produção desses universos. Nessa visão, ter algum mecanismo para gerar novos universos aumentaria o número de oportunidades para o surgimento de um universo favorável à vida como o nosso – tornando o nosso algo como um sortudo vencedor de uma loteria cósmica.

Mas os defensores dessas propostas de multiverso negligenciaram um problema óbvio. As cosmologias especulativas (tais como a cosmologia inflacionária e teoria das cordas) propostas para a geração de universos alternativos invariavelmente invocam mecanismos que propriamente necessitam de ajuste fino, pedindo, assim, a questão de saber a origem desses ajustes. Na verdade, todas as várias explicações materialistas para a origem do ajuste fino – ou seja, as explicações que tentam explicar o ajuste fino sem invocar o design inteligente – invariavelmente invocam um ajuste fino inexplicado anterior.

Além disso, como Jay Richards mostrou, ¹² o ajuste fino do universo exibe precisamente aquelas características – extrema improbabilidade e especificação funcional – que invariavelmente desencadeiam uma consciência de, e justificam uma inferência para, design inteligente. Uma vez que a teoria do multiverso não pode explicar o ajuste fino sem invocar o ajuste fino prévio, e uma vez que o ajuste fino de um sistema físico para alcançar um fim propício é exatamente o tipo de coisa que sabemos que os agentes inteligentes fazem, segue-se que o design inteligente permanece como a melhor explicação para o ajuste fino do universo.

E isso torna o design inteligente detectável tanto nos parâmetros físicos do universo quanto nas propriedades portadoras de informações da vida, melhor explicação para o ajuste fino do universo.

Notas

1. Richard Dawkins, The Blind Watchmaker (New York, NY: Norton, 1986), 1.
2. Charles Darwin, The Life and Letters of Charles Darwin, ed. Francis Darwin, vol. 1 (New York: Appleton, 1887), 278–279.
3. Francisco J. Ayala, “Darwin’s Greatest Discovery: Design without Designer,” Proceedings of the National Academy of Sciences USA 104 (May 15, 2007): 8567–8573.
4. Richard Dawkins, River out of Eden: A Darwinian View of Life (New York: Basic, 1995), 17.
5. Bill Gates, The Road Ahead (New York: Viking, 1995), 188.
6. Leroy Hood and David Galas, “The Digital Code of DNA.” Nature 421 (2003), 444-448.
7. Stephen Meyer, Signature in the Cell: DNA and the Evidence for Intelligent Design (San Francisco: HarperOne, 2009), 173-323.
8. Henry Quastler, The Emergence of Biological Organization (New Haven: Yale UP, 1964), 16.
9. William Dembski, The Design Inference: Eliminating Chance Through Small Probabilities (Cambridge: Cambridge University Press, 1998), 36-66.
10. Paul Davies, The Cosmic Blueprint (New York: Simon & Schuster, 1988), 203.
11. Fred Hoyle, “The Universe: Past and Present Reflections.” Annual Review of Astronomy and Astrophysics 20 (1982): 16.
12. Guillermo Gonzalez and Jay Richards, The Privileged Planet: How Our Place in the Cosmos is Designed for Discovery (Washington, DC: Regnery Publishing, 2004), 293-311.

O que as libélulas nos ensinam sobre a defesa antimísseis?

Sandia National Laboratories

[Julho, 24, 2019]

ALBUQUERQUE, NM – Agradeça por não estar na dieta de uma libélula. Você pode ser uma mosca da fruta ou talvez um mosquito, mas realmente não importa o momento em que você olha para trás e vê quatro asas poderosas batendo no ar atrás de você. Você voa para salvar sua vida, oscilando evasivamente, mas a libélula de alguma forma o rastreia com reflexos aparentemente instantâneos. Por um momento, você acha que escapou, da mesma maneira que ele se aproxima rapidamente de baixo para matar.

A cientista Frances Chance do Sandia National Laboratories, retratada aqui, está revelando insights sobre como as libélulas interceptam suas presas em vôo, o que pode ser útil para a defesa contra mísseis. (Foto de Randy Montoya)

Então, enquanto o predador da era dos dinossauros agarra você com suas pernas espinhosas e o arrasta para suas mandíbulas no ar, você pode se perguntar:

“Como ele me pegou com um cérebro tão pequeno e sem percepção de profundidade?”

Sandia National Laboratories está respondendo com uma pesquisa que mostra como os cérebros das libélulas podem ser programados para serem extremamente eficientes no cálculo de trajetórias complexas.

Em simulações de computador recentes, libélulas falsas em um ambiente virtual simplificado capturaram com sucesso suas presas usando algoritmos de computador projetados para imitar a maneira como uma libélula processa informações visuais enquanto caça. Os resultados positivos do teste mostram que a programação é fundamentalmente um modelo de som.

A pesquisa Sandia está examinando se a computação inspirada na libélula poderia melhorar os sistemas de defesa antimísseis, que têm a tarefa semelhante de interceptar um objeto em vôo, tornando os computadores de bordo menores, sem sacrificar a velocidade ou precisão. As libélulas capturam 95% de suas presas, coroando-as como um dos maiores predadores do mundo.

A neurocientista computacional Frances Chance, que desenvolveu os algoritmos, está apresentando sua pesquisa esta semana na Conferência Internacional sobre Sistemas Neuromórficos em Knoxville, Tennessee. No início deste mês, ela fez uma apresentação na Reunião Anual da Organização para Neurociências Computacionais em Barcelona, Espanha.

A pesquisa replica o cérebro altamente eficiente da libélula

Chance se especializou em replicar redes neurais biológicas – cérebros, basicamente – que requerem menos energia e são melhores no aprendizado e adaptação do que os computadores. Seus estudos se concentram nos neurônios, que são células que enviam informações através do sistema nervoso.

“Tento prever como os neurônios são conectados ao cérebro e entender que tipos de cálculos esses neurônios estão fazendo, com base no que sabemos sobre o comportamento do animal ou sobre as respostas neurais”, disse ela.

Por exemplo, o tempo de reação de uma libélula a uma presa em manobra é de apenas 50 milissegundos. Um piscar humano leva cerca de 300 milissegundos. Cinqüenta milissegundos é tempo suficiente para que as informações cruzem cerca de três neurônios. Em outras palavras, para acompanhar uma libélula, uma rede neural artificial precisa processar as informações após apenas três etapas – embora, como o cérebro dispara muitos sinais de uma vez, cada etapa pode envolver muitos cálculos executados ao mesmo tempo.

Computação mais rápida e leve para defesa antimísseis

Os sistemas de defesa contra mísseis dependem de técnicas de interceptação estabelecidas que são, relativamente falando, de computação pesada. Mas repensar essas estratégias usando libélulas altamente eficientes como modelo poderia potencialmente:

• Diminuir o tamanho, o peso e as necessidades de energia dos computadores de bordo.Isso permitiria que os interceptores fossem menores e mais leves e, portanto, mais manobráveis.
• Revelar novas maneiras de interceptar alvos em manobra, como armas hipersônicas, que seguem trajetórias menos previsíveis do que mísseis balísticos.
• Revelar novas maneiras de localizar um alvo com sensores menos sofisticados do que os usados atualmente.

Libélulas e mísseis se movem em velocidades muito diferentes, então não se sabe como essa pesquisa se traduzirá em defesa antimísseis. Mas o desenvolvimento de um modelo computacional do cérebro de uma libélula também pode trazer benefícios de longo prazo para o aprendizado de máquina e inteligência artificial.

A IA é usada em diversos setores, desde transporte autônomo até desenvolvimento de medicamentos prescritos. Esses campos têm a ganhar com métodos altamente eficientes para a construção de soluções rápidas para problemas complexos. A pesquisa em andamento no Sandia está refinando os algoritmos de Chance e determinando onde eles são mais aplicáveis.

Sua pesquisa é financiada peloprograma de Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido por Laboratório de Sandia.

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Sandia National Laboratories é um laboratório de multimissão operado pela National Technology and Engineering Solutions da Sandia LLC, uma subsidiária integral da Honeywell International Inc., para a Administração de Segurança Nuclear Nacional do Departamento de Energia dos EUA. Sandia Labs tem grandes responsabilidades de pesquisa e desenvolvimento em dissuasão nuclear, segurança global, defesa, tecnologias de energia e competitividade econômica, com instalações principais em Albuquerque, Novo México, e Livermore, Califórnia.

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[Ênfase adicionada]

“A teia de aranha faz parte de sua mente, sugerem novas pesquisas”

By TreeHugger

De Bryan Nelson Atualizado em 18 de fevereiro de 2020

Poderiam as estruturas “fora” do corpo de uma criatura fazer parte de seu aparelho cognitivo? Stephencdickson [Licença CC 4.0] / Wiki Commons.

As aranhas tendem a provocar algumas de nossas respostas de luta ou fuga mais extremas. Ao ver um, alguns de nós gritam, outros esmagam. Mesmo aqueles de nós com corações mais bondosos muitas vezes sentem a necessidade de prender e liberar, de preferência em algum lugar longe de casa.

Mas uma nova pesquisa pode fazer com que você reconsidere suas tendências em relação a esses aracnídeos incompreendidos. Acontece que as aranhas parecem possuir uma forma extraordinária de consciência que estamos apenas começando a entender, e tem a ver com suas teias, relata a New Scientist.

Os pesquisadores estão lentamente chegando à conclusão de que a teia de aranha é uma parte essencial do aparelho cognitivo dessas criaturas. Os animais não usam suas teias apenas para sentir; eles as usam para pensar.

É parte de uma teoria da mente conhecida como “cognição ampliada” e os humanos também a utilizam. Por exemplo, podemos gostar de pensar que nossas mentes estão contidas em nossas cabeças, mas contamos com uma série de estruturas fora de nossas cabeças (e até mesmo fora de nossos corpos) para nos ajudar a pensar. Computadores e calculadoras são um exemplo óbvio. Organizamos nossos espaços de vida para nos ajudar a lembrar onde as coisas estão, fazemos anotações e tiramos fotos ou guardamos lembranças.

Mas esses exemplos empalidecem em comparação a como o pensamento de uma aranha está entrelaçado com sua teia. Cientistas estão descobrindo que algumas aranhas possuem habilidades cognitivas que rivalizam com as dos mamíferos e pássaros, incluindo previsão e planejamento, aprendizado complexo e até a capacidade de se surpreender. É o suficiente para fazer você considerar se “Charlotte’s Web” poderia ter sido uma história verdadeira.

O ponto crucial dessas habilidades cognitivas recém-descobertas das aranhas se resume em suas teias. Estamos descobrindo que, se você remover a teia de uma aranha, ela perderá algumas dessas capacidades.

Imagine a teia de aranha como um centro

O futuro pode não ser mais em plástico, mas sim uma combinação de seda de aranha e polpa de árvore. Amy Johansson / Shutterstock

Por exemplo, sabemos que as aranhas podem usar suas teias como um aparelho sensorial; elas sentem vibrações na teia, o que as alerta quando a presa é enredada. Agora também sabemos que as aranhas podem até distinguir entre diferentes tipos de vibrações. Elas sabem quais vibrações são causadas por diferentes tipos de criaturas, por folhas e outros detritos passando e até mesmo por vibrações causadas pelo vento.

O que é realmente surpreendente, entretanto, é o que estamos aprendendo agora sobre como as aranhas usam suas teias para realmente pensar nos problemas. Quando uma aranha se senta no centro de sua teia, ela não está apenas esperando passivamente por vibrações. Ela está ativamente puxando e afrouxando diferentes fios, manipulando a teia de maneiras sutis.

A pesquisa mostrou que essas manipulações são como saber onde uma aranha está prestando atenção. Quando tensiona um fio de teia, esse fio se torna mais sensível às vibrações. É essencialmente o equivalente a uma aranha tapando os ouvidos para ouvir melhor em uma determinada direção.

“Ela tensiona os fios da rede para poder filtrar as informações que chegam ao seu cérebro”,

explicou o pesquisador de cognição ampliada Hilton Japyassú, em reportagem da Quanta Magazine .

“Isso é quase a mesma coisa como se ela estivesse filtrando coisas em seu próprio cérebro.”

Além disso, os pesquisadores testaram essa hipótese com experimentos que envolvem o corte de pedaços de teia. Quando sua teia é cortada, uma aranha começa a tomar decisões diferentes. Segundo Japyassú, é como se as porções de seda já construídas fossem lembretes, ou pedaços de memória externa. Cortar a teia é como realizar uma lobotomia de aranha.

É o suficiente para fazer você se sentir culpado toda vez que acidentalmente passar por alguma teia. (A boa notícia é que uma aranha sempre pode criar outra.)

Afirmações mais fortes sobre o que isso significa para a consciência da aranha ainda precisam ser testadas. Se “consciência” é sinônimo de “percepção“, então a teia de uma aranha certamente aumenta a capacidade da aranha de estar ciente de seus arredores, e esta é uma rua de mão dupla. As aranhas recebem informações passivamente de suas teias e manipulam ativamente essas informações fazendo ajustes. Mas se quisermos sugerir que as aranhas usem suas teias para formar representações mentais reais, essa pode ser uma questão que é melhor deixar para os filósofos.

Mesmo assim, os experimentos parecem pelo menos deixar as questões mais matizadas sobre a consciência abertas para especulação. E uma teia de aranha certamente se mostrou mais do que apenas uma ferramenta de caça.

É alimento para reflexão e razão mais do que suficiente para reconsiderar seus sentimentos sobre esses notáveis criadores de teias.

[◾Obs ênfase adicionada ]

Aqui está como ensinar design inteligente para jovens

Brian Miller – Evolution News

Recentemente, tive a oportunidade de falar a um público sobre a melhor forma de ensinar as evidências do design na natureza para os jovens. Aqui, resumirei minha palestra descrevendo as abordagens que considero mais eficazes para comunicar as evidências a públicos não técnicos. 

Autodescoberta

O primeiro princípio é ajudar os participantes a descobrirem as evidências do design eles próprios. Essa abordagem é particularmente importante para pessoas que foram socialmente condicionadas a suprimir qualquer evidência de design na natureza que encontrarem. O processo de autodescoberta pode contornar preconceitos implantados e barreiras mentais, de modo que a verdade pode envolver totalmente a mente. 

Um dos meus exercícios favoritos é mostrar uma série de objetos ou padrões e pedir aos ouvintes que atribuam uma pontuação de 1 a 10 em sua confiança de que uma imagem foi projetada versus simplesmente o produto de processos naturais e acaso. Uma pontuação de 1 corresponde à confiança total na falta de design e uma pontuação de 10 corresponde à confiança total no design. Freqüentemente, o público fica de pé enquanto conto de 1 a 10. Quando os participantes ouvem o número correspondente à sua pontuação, eles se sentam. Eu uso deliberadamente algumas imagens que são altamente ambíguas e concluo com um objeto ou padrão que foi claramente projetado, como o Monte Rushmore ou uma nave espacial acidentada. 

Figura 1-3: Imagens usadas para exercícios de detecção de design. A primeira imagem é uma foto tirada da paisagem de Marte. A segunda imagem é um mineral natural chamado estaurolita.

Em seguida, peço ao público que liste as razões pelas quais sabiam que o último objeto foi projetado em comparação com as imagens mais ambíguas. As respostas comuns incluem o seguinte: 

• Improbabilidade da formação do objeto por acaso. 
• Diferenças entre o objeto e o ambiente circundante. 
• Incapacidade do processo natural de gerar o padrão. 
• Semelhanças entre o objeto e outros objetos ou padrões conhecidos, como entre os rostos no Monte Rushmore e fotos de presidentes famosos. 
• Evidência de intenção proposital. 

Inevitavelmente, o público chega a alguma versão do Filtro Explicativo de William Dembski. Ao derivar os próprios princípios básicos da detecção de design, os participantes obtêm uma compreensão muito mais profunda desses princípios e como eles se aplicam em diferentes ambientes.  

Animações 

O estágio final do exercício de detecção de projeto é mostrar uma animação de alguma máquina molecular, como a ATP sintase. Em seguida, peço aos participantes que avaliem se o objeto é produto de processos naturais e do acaso ou produto de design inteligente com base nos critérios que acabaram de identificar. Depois que os participantes escolhem o design, pergunto o que os levou à conclusão. As respostas são sempre as mesmas do objeto obviamente projetado na primeira parte do exercício. No final, os participantes nunca esquecem por que a conclusão do design na vida é evidente. 

Em geral, as animações são uma das ferramentas mais eficazes para demonstrar a evidência de design em sistemas biológicos. As imagens falam simultaneamente à mente e às emoções. As animações também transmitem grandes quantidades de informações em um curto espaço de tempo. E, eles se fixam na memória muito mais facilmente do que a mera prosa. Hoje, várias animações estão disponíveis que demonstram a engenharia maravilhosa da vida. Aqui estão apenas alguns exemplos:

Analogias com Imagens

Outra técnica eficaz é usar analogias simples ilustradas por imagens memoráveis. Um dos meus exemplos favoritos diz respeito à informação no DNA ou nas sequências de aminoácidos que compreendem proteínas. Para demonstrar como as informações apontam para o design, peço aos ouvintes que imaginem estar com uma gripe e serem chamados para almoçar na cozinha pela mãe. Continuo descrevendo uma tigela de sopa de letrinhas sobre uma mesa. Ao mesmo tempo, mostro a foto da sopa com as letras formando a mensagem “BEBA MUITOS FLUIDOS E DESCANSE ATÉ SE SENTIR MELHOR”. Em seguida, explico como uma palavra curta pode se formar por acaso, mas uma mensagem tão longa nunca poderia ser explicada por mudança ou qualquer processo natural, como a química da massa ou a física do caldo aquecido. Grandes quantidades de informações só podem ser geradas por uma mente. E essa conclusão não é simplesmente cair na falácia do pai preocupado com as lacunas. Esta ilustração mostra como as informações apontam para o design de maneira confiável com muito mais facilidade do que desconstruir toda a ciência com lixo flutuando pela internet, alegando que os processos naturais podem gerar grandes quantidades de informações gratuitamente (veja  aqui , aqui e  aqui ).

Figura 4: Tigela de sopa de letrinhas com mensagem.

Outra ilustração útil é mostrar a árvore da vida evolucionária prevista próxima aos dados reais do registro fóssil correspondente à explosão cambriana. A disparidade entre teoria e realidade é tão gritante que imediatamente se reconhece a tensão. Por exemplo, conheci um estudante da Universidade Charles Darwin em Darwin, Austrália. Ele me disse que havia decidido abandonar a crença em Deus porque a evolução provou que éramos simplesmente o produto de processos naturais cegos. Devo admitir que, por algum motivo, antecipei seu comentário. Mostrei a ele as duas imagens abaixo. Depois de ver as imagens por menos de um minuto, ele disse que reconheceu que a evolução não poderia ser verdadeira e imediatamente renunciou ao seu ateísmo. 

Figura 5-6: Árvore evolutiva versus dados reais. As linhas pontilhadas representam uma série de fósseis de transição que deveriam existir de acordo com o modelo evolucionário padrão, mas nunca foram identificados. 

Se ele não fosse tão rapidamente convencido, eu teria então dito a ele que o tempo alocado pelo registro fóssil para a transformação completa de um animal complexo em outro na maioria dos casos era apenas suficiente para duas ou três mutações neutras específicas  aparecerem e se espalharem em toda a população. A diferença entre a quantidade de informação que poderia ter sido gerada no tempo disponível e a quantidade necessária para uma transformação em grande escala é comparável à diferença entre a altura máxima que um salto com vara já superou e a distância até a lua. E a probabilidade de alguma nova descoberta compensar a lacuna de informação é comparável à probabilidade de um treinador esportivo conceber algum novo regime de treinamento e programa nutricional que preencheria a lacuna entre o salto mais alto do saltador e a lua. Também posso mostrar imagens correspondentes para reforçar meu ponto. 

Implicações

Freqüentemente concluo minhas apresentações explicando as implicações práticas de reconhecer que não somos o produto de forças cegas e não direcionadas, mas sim a criação de um designer. A título de ilustração, peço aos ouvintes que imaginem encontrar uma pedra na praia. Provavelmente, essa pedra não veio com um manual que instrui os leitores a colocar a pedra em um estilingue, puxar o elástico e soltar. Como a rocha não foi projetada, ela não tem um propósito específico.Em contraste, se alguém encontrar um relógio, reconhecerá imediatamente que o relógio foi projetado, portanto, deve ser usado de acordo com as intenções de seu fabricante. Se, em vez disso, alguém o usar para pregar um prego ou para mexer uma xícara de café, seu potencial e valor diminuiriam. 

Da mesma forma, as pessoas que acreditam ser simplesmente um acidente da natureza não têm razão para acreditar que possuem algum valor ou valor intrínseco, que existe moralidade objetiva ou que podem viver para qualquer propósito significativo. Em contraste, aqueles que reconhecem que fomos projetados entendem que temos um valor inerente, devemos viver de acordo com um padrão moral que corresponda aos nossos parâmetros de design e que nossas vidas têm significado e propósito inerentes. Também posso mostrar imagens de uma pedra e um relógio para reforçar essa lição crucial. 

A Informação É A Base Do Universo?

Por Evolution News – Michael Egnor

[Obs: Texto adaptado – O artigo possui alguns links em inglês – Vídeo adicionado (Não tem no artigo original) no final do artigo do PhD Stephen Meyer, sobre biologia e informação – Vídeos legendados em português, ative as legendas]

 

Big Think tem um artigo interessante, “A Base do Universo Pode Não Ser Energia ou Matéria, Mas Informação“. O autor, Philip Perry, escreve:

Existem muitas teorias sobre qual é a base do universo. Alguns físicos dizem que são partículas subatômicas. Outros acreditam que é energia ou mesmo o espaço-tempo. Uma das teorias mais radicais sugere que a informação é o elemento mais básico do cosmos. Embora esta linha de pensamento emana de meados do século 20, parece estar hoje, desfrutando um pouco de um renascimento entre uma série de cientistas proeminentes.

Considere que, se soubéssemos a composição exata do universo e todas as suas propriedades e tivéssemos energia e conhecimentos suficientes para nos basear, teoricamente, poderíamos dividir o universo em vários 0 e 1 (bits) e usar essa informação, reconstruindo-o de baixo para cima. É a informação; dizem os provedores desta visão, trancada dentro de qualquer componente singular, que nos permite manipular a matéria da forma que escolhermos…

Perry discute várias abordagens para a teoria da informação (por exemplo, informações Shannon), e ele traz o físico teórico John Archibald Wheeler:

[Wheeler] em seus últimos anos foi um forte defensor da teoria da informação. Outro exemplo de ciência desconhecida, Wheeler era um veterano do Projeto Manhattan, cunhou os termos “buraco negro” e “buraco de minhoca”, ajudou a elaborar a “matriz S” com Neils Bohr e colaborou com Einstein em uma teoria unificada da física.

Wheeler disse que o universo tinha três partes: primeiro, “Todas As Coisas São Partículas“, em segundo lugar, “Todas As Coisas São Campos” e, em terceiro lugar, “Todas As Coisas São Informação“. Na década de 1980, ele começou a explorar possíveis conexões entre a teoria da informação e a mecânica quântica. Foi durante este período que ele cunhou a frase “A partir do pouco“. A idéia é que o universo emana da informação inerente a ele. Cada um deles ou uma partícula é um bit. É a partir do bit.

Em 1989, Wheeler produziu um paper para o instituto de Santa Fé, onde ele anunciou, “tudo” – cada partícula, cada campo de força, mesmo o próprio espaço-tempo contínuo – deriva sua função, seu significado, sua própria existência inteira – mesmo que em alguns contextos, indiretamente – do aparelho [respostas evocadas por equipamentos] – produzindo respostas sim-ou-não para perguntas, através de escolhas binárias, bits “.

No mundo dominado por materialistas da ciência moderna, é natural inferir que a matéria (ou campos que movem a matéria) é a realidade fundamental. Mas uma análise cuidadosa da natureza, e particularmente da biologia, sugere que a informação é a realidade básica, da qual a matéria é um meio em que a informação é manifesta.

A centralidade da informação para o mundo natural, e particularmente para o mundo biológico, tem sido a tese orientadora do movimento do design inteligente. Meus colegas, Bill Dembski e Stephen Meyer, em particular, escreveram extensivamente sobre a importância da teoria da informação na compreensão da natureza. Nós, no movimento do DI, apenas continuamos uma linha de pesquisa que remonta bastante ao passado.

 

 

O que chamamos de informação é melhor definido como “limitação de resultados” na natureza. A informação é a limitação de configurações particulares e funções da matéria. Os sistemas de informação baixos são caóticos, exibindo uma grande quantidade de estados e relacionamentos (pense nas configurações incontáveis ​​de moléculas de água no oceano). Sistemas de informação elevados, como seres vivos, têm um conjunto restrito de estados e funções. As coisas vivas são mantidas vivas pela homeostase, que é a notável tendência da vida de manter um ambiente fisiológico interno constante. Compreender e manter a homeostase é, por exemplo, essencial para a prática da medicina, onde doenças e ferimentos podem ser entendidos como distúrbios da homeostase.

A tradicional compreensão hilemórfica da natureza – desenvolvida pelos filósofos escolásticos que foram os precursores da Revolução Científica – enfatizava a centralidade da informação (como limitação) de uma forma bastante dramática (e eu acho bastante precisa). Na compreensão hilemórfica, matéria e forma são manifestações de uma realidade mais fundamental, que é potência e ação. A potência é a gama de possibilidades inerentes a uma coisa. O ato é a realidade da coisa, como ela realmente é. Ou seja, agir (forma) é o que faz algo real, e não apenas possível. Usando a terminologia moderna, a informação (forma) é o que torna a natureza real.

Na natureza, a forma se reflete na inteligibilidade de uma coisa. A causa final, que é a teleologia, é a meta para a qual a mudança natural é direcionada e, na natureza (ao contrário dos artefatos), as causas formais e finais são geralmente as mesmas. O crescimento de um fruto em um carvalho tem uma causa formal, a qual é tudo o que pode ser conhecido sobre o carvalho – sua estrutura, função, etc. – e tem uma causa final que é idêntica à sua causa formal. A forma do carvalho também é o que torna o carvalho real, e não apenas o potencial.

As causas formais e finais são, portanto, limitações em estados e funções particulares que uma coisa pode ter. Nesse sentido, as causas formais e finais refletem a informação inerente a uma coisa. Isso se reflete na própria palavra – “in-form-ação” [ in-form-ation].

A informação então, entendida tipicamente como causa formal e final, não é meramente a base da natureza, é o que torna a natureza real, e não o potencial, e essa realidade é exatamente o que é inteligível sobre a natureza. A realidade e inteligibilidade da natureza é aquilo que é mais básico, e é uma informação que confere realidade e inteligibilidade ao mundo natural.

Perry fecha com uma reflexão sobre a fonte da informação da natureza:

Se a natureza da realidade é de fato redutível à própria informação, isso implica em uma mente consciente no destinatário, para interpretá-la e compreendê-la. O próprio Wheeler acreditava em um universo participativo, onde a consciência ocupa um papel central. Alguns cientistas argumentam que o cosmos parece ter propriedades específicas que lhe permitem criar e sustentar a vida. Talvez o que mais se deseje, seja um público cativado e admirado, envolvido em prodigioso esplendor.

Perry chegou perto de reconhecer um designer da natureza, mas suspeita-se que a correção ideológica materialista/ateísta que aflige a ciência, o dissuadiu de chegar a conclusão óbvia. A centralidade da informação da natureza implica uma mente no fim do recebimento – a forma é, afinal, apenas aquilo que é inteligível sobre uma coisa – mas ainda mais importante, a informação pressupõe uma mente no fim da criação.

As formas podem existir nas mentes e nas coisas, mas a existência de causas formais e finais na natureza pressupõe uma mente que direciona os processos naturais para os fins inteligíveis reais. Como Tomás de Aquino escreveu em Quinta Via, assim como inferimos um arqueiro quando vemos uma flecha voando através do ar, é razoável inferir uma mente que visa os processos da natureza de acordo com as regularidades e as leis físicas.

A informação, entendida como causa formal e final, é o que torna a natureza real. E a informação pressupõe um designer.

 

Design Inteligente: Por que as informações biológicas não podem se originar por meio de um processo materialista? – Stephen Meyer

Uma das coisas que faço nas minhas aulas, para levar essa ideia aos alunos, é que eu seguro dois discos de computador. Um é carregado com software, e o outro está em branco. E eu pergunto a eles, “qual é a diferença de massa entre esses dois discos de computador, como resultado da diferença no conteúdo de informações que eles possuem?”.
E, claro, a resposta é: Zero! Nenhuma! Não há diferença como resultado da informação. E isso é porque a *informação é quantitativamente sem massa  [*information is a mass-less quantity – original].

Agora, se a informação não é uma entidade material, então como uma explicação materialista pode explicar sua origem? Como pode qualquer causa material explicar sua origem? E este é um problema real e fundamental que a presença da informação na biologia tem colocado. Ela cria um desafio fundamental para os cenários materialistas e evolutivos, porque a informação é um tipo diferente de entidade que a matéria e a energia não podem produzir.

No século XIX, pensávamos que havia duas entidades fundamentais na ciência; matéria e energia. No início do século XXI, agora, reconhecemos que há uma terceira entidade fundamental, e sua “informação”. Não é redutível à matéria. Não é redutível à energia. Mas ainda é uma coisa muito importante que é real; nós compramos, vendemos, nós enviamos através de fios e cabos elétricos.
Agora, o que devemos fazer diante do fato que a informação está presente na própria raiz de toda função biológica? Na biologia, temos matéria, temos energia, mas também temos essa terceira entidade, muito importante; a informação. Penso que a biologia da era da informação, representa um desafio fundamental para qualquer abordagem materialista da origem da vida.

Dr. Stephen C. Meyer obteve seu PhD em História e Filosofia da Ciência na Universidade de Cambridge para uma dissertação sobre a história da biologia da origem-da-vida e da metodologia das ciências históricas.

Design Inteligente: Por que as informações biológicas não podem se originar por meio de um processo materialista? – Stephen Meyer – vídeo

 

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Original em Inglês: Uncommon Descent – Primeiro Comentário – Bornagain77

Como refutar o Design Inteligente?

Ao demonstrar um caso credível, empiricamente observado, em que o acaso cego e / ou necessidade mecânica cria organização complexa funcionalmente específica e informações associadas além de 500 – 1.000 bits … A premissa indutiva chave da teoria do projeto (ID), entra em colapso.

 

A complexa gramática da linguagem genômica. [Mas isso é Design Inteligente escancarado! – Jeph Simple]

Publicado pelo Science Daily.

Título do Science Daily: A complexa gramática da linguagem genômica. (Complex grammar of the genomic language)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A “gramática” do código genético humano é mais complexa do que isso, até mesmo mais que idiomas (do mundo todo) construídos de forma muito mais elaborada ( que outros idiomas). Os resultados explicam por que o genoma humano é tão difícil de decifrar – e contribuem para um maior entendimento de como as diferenças genéticas afetam o risco de desenvolvimento de doenças a nível individual.

Um novo estudo do Instituto Karolinska na Suécia mostra que a “gramática” do código genético humano é mais complexa do que isso (ou seja, que nossa gramática), mesmo diante dos idiomas (do mundo todo) construídos de forma muito mais elaborada. Os resultados, publicados na revista Nature, explicam por que o genoma humano é tão difícil de decifrar – e contribui para um maior entendimento de como as diferenças genéticas afetam o risco de desenvolvimento de doenças a nível individual.

“O genoma contém todas as informações necessárias para construir e manter um organismo, mas também mantém os detalhes de um indivíduo com risco de desenvolvimento de doenças comuns, tais como diabetes, doenças cardíacas e câncer“, diz o autor principal do estudo, Arttu Jolma, estudante de doutorado no Departamento de Biociências e Nutrição. “Se nós podemos melhorar a nossa capacidade de ler e compreender o genoma humano, assim também, seremos capazes de fazer melhor uso da informação genômica; que rapidamente se acumula em um grande número de doenças, para benefícios médicos.”

A sequenciação do genoma humano em 2000 revelou como as 3 bilhões de letras  A, C, G e T, que compõem o genoma humano , são ordenadas. No entanto, sabendo apenas a ordem das letras não é suficiente para traduzir as descobertas da genômica em benefícios médicos; também é preciso entender o que as sequências de letras significam. Em outras palavras, é necessário identificar as “palavras” e “gramática” da língua do genoma.

As células do nosso corpo têm genomas quase idênticos, mas que diferem um do outro devido a diferentes genes que estão ativos (expressos) em diferentes tipos de células. Cada gene tem uma região reguladora que contém as instruções de controlo, quando e onde o gene é expresso. Este código regulador do gene é lido por proteínas chamadas fatores de transcrição que se ligam ao “DNA words”  específico e, ou aumentam ou diminuem a expressão do gene associado.

Sob a supervisão do Professor Jussi Taipale, pesquisadores do Karolinska Institutet já identificaram a maioria das palavras de DNA reconhecidas por fatores de transcrição individuais. No entanto, tal como na linguagem humana natural, as palavras do DNA podem ser unidas para formarem palavras compostas, que são lidas por vários factores de transcrição. No entanto, o mecanismo pelo qual tais palavras compostas são lidas não foi analisado anteriormente. Por isso, em seu estudo recente na revista Nature, a equipe de Taipale examina as preferências de ligação dos pares de fatores de transcrição, e sistematicamente mapeia as palavras que se ligam no DNA composto.

A análise revela que a gramática do código genético é muito mais complexa que os mais complexos idiomas humanos. Em vez de simplesmente juntar duas palavras entre si por um espaço de exclusão, as palavras individuais que são unidas em palavras compostas de DNA são alteradas, levando a um grande número de palavras completamente novas.

“Nosso estudo identificou muitas dessas palavras, aumentando a compreensão de como os genes são regulados, tanto no seu desenvolvimento normal quanto no do câncer”, diz Arttu Jolma. “Os resultados abrem caminho para decifrar o código genético que controla a expressão de genes.”

[Grifo meu]

[Texto adaptado]

Journal Reference:

1. Arttu Jolma, Yimeng Yin, Kazuhiro R. Nitta, Kashyap Dave, Alexander Popov, Minna Taipale, Martin Enge, Teemu Kivioja, Ekaterina Morgunova, Jussi Taipale. DNA-dependent formation of transcription factor pairs alters their binding specificity. Nature, 2015; DOI:10.1038/nature15518

O Enigma da Informação. “A explosão cambriana da informação”.

Por Teoria do Design Inteligente – Comunidade

É extremamente importante a difusão deste pequeno documentário que apresenta o que eu considero a mais sucinta explicação de alguns aspectos da Teoria do Design Inteligente.

A tradução foi realizada por nosso amigo Saulo Reis da página Universo Privilegiado.

√ Douglas Axe apresenta uma síntese de seus resultados trabalhando com mutagênese sítio-específica em biologia molecular: o universo de possibilidades e o imenso espaço não funcional através de busca exaustiva.

√ Stephen Meyer aborda o método histórico-científico de natureza narrativa e as inferências ao design, o método das Múltiplas Hipóteses Concorrentes(MHC), também chamado método da Inferência para a Melhor Explicação(IME), e como tudo isso se relaciona com a formação de um caso científico para o Design Inteligente.

 

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Eskelsen

 

O Jamais Refutado Argumento de Paley

By Junior Eskelsen

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Disseram tanto que o argumento foi completamente refutado que qualquer citação a seu respeito seria digna de desprezo e

vergonha. Mas não sou um homem de me preocupar com opiniões alheias e exponho aqui o real pensamento de Paley.

O argumento é de natureza teológica, ou seja, não prova, mas por objetivo justifica a fé, por isso não é “refutável”. A natureza da exposição de Paley é sutil, quase que impercetível no final de sua declaração. A verdade é que não conhecemos qualquer refutação que trate realmente da Analogia do Relojoeiro. Paley parte da natureza e justifica sua fé em um artífice.

Até agora pelo menos os argumentos apresentados sequer tocam na ideia abordada por Paley. A verdade é que existe grande dificuldade descrever as características de design satisfatoriamente.

O que ocorre com o design e suas qualidades também ocorre com vida, informação e outros conceitos de difícil tratamento. Capurro por exemplo escreveu mais de setenta páginas sobre o conceito de informação deixando a questão em aberto frente as insatisfatoriedade dos conceitos apresentados. Esse trabalho recebeu uma versão em português pela UFMG [1].

O coração do argumento de Paley está em “Todos os indícios de um artifício(α), todas as manifestações de um design(β) que existem no relógio existem também nas obras da natureza(δ), com a diferença de que, na natureza, são maiores ou mais numerosos(φ), e isso num grau(ψ) que excede todo o cálculo.”

 

 

 

(α) Conjunto de características comuns.

 

 

(β) Conjunto de predefinições que sustentam um sistema autônomo.

 

 

(δ) Equivalência interpretada como estética, não como reconhecimento de padrões distintos.

 

 

(φ) Riqueza informacional da vida.

 

 

(ψ) O último grau — a autonomia dos sistemas — excede todo cálculo e permanece enigmático até a identificação do limiar da irredutibilidade.

 Todas esses termos persistem na requisição de um tratamento adequado da parte do observador que tenha sutileza para um refinamento e ajuste fino tanto quanto possível. Tanto quanto necessário.

[1] O Conceito de Informação. Capurro. 2007

Codificação, Codificação de canal, Bit e Decodificação.

Hoje a biologia, mais precisamente a genética está intrínseca a Teoria da Informação, Tecnologia da Informação, e inevitavelmente vem a minha mente a Teoria do Design Inteligente. E vem a minha mente o que eu havia postado sobre um artigo do Science Daily, onde o autor de um trabalho afirma que todo ser vivo é um computador biológico. E isso é racional.Segue agora algo que nós conhecemos, temos experiência e encontramos nos computadores biológicos.Alguns dos links do wikki estão sem nenhum artigo,outros estão com os artigos referentes, clique para saber mais detalhes sobre informações,armazenamento e etc.

 

Codificação

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.

Em processamento digital de sinais, Codificação significa a modificação de características de um sinal para torná-lo mais apropriado para uma aplicação específica, como por exemplo transmissão ou armazenamento de dados.

Neste contexto, existem três tipos de codificação:

• Codificação de canal: Códigos detectores ou corretores de erros.
• Codificação de fonte: Criptografia e compressão de dados.
• Códigos de linha: Especificam a forma do sinal elétrico que será usado para representar os símbolos de informação. No caso binário, especifica o sinal elétrico dos bits 1 e 0.

 

Técnicas de Codificação

No que diz respeito às principais técnicas de codificação, podemos dividí-las em 3:

• Non Return to Zero (NRZ): Existem dois níveis de tensão ou corrente, para representar os dois símbolos digitais (0 e 1). É a forma mais simples de codificação e consiste em associar um nível de tensão a cada bit: um bit 1 será codificado sob a forma de uma tensão elevada e um bit 0 sob a forma de uma tensão baixa ou nula.

• Return to Zero (RZ): Na codificação RZ o nível de tensão ou corrente retorna sempre ao nível zero após uma transição provocada pelos dados a transmitir (a meio da transmissão do bit). Geralmente um bit 1 é representado por um nível elevado, mas a meio da transmissão do bit o nível retorna a zero.

• Diferenciais: Neste tipo de codificação, os 0 e 1 são representados através de uma alteração do estado da tensão ou corrente. Assim, o valor 1 é representado pela passagem de uma tensão ou corrente baixa/nula para uma tensão ou corrente elevada. O valor 0 é o contrário, ou seja, passa-se de uma tensão ou corrente elevada para outra baixa/nula.

 

Ver também

• Código Fonético Internacional
• Código Internacional Q
• CRC
• Processamento de sinal
• Telecomunicação
• Teoria da informação
• Caracteres Unicode

Codificação de canal

Em matemática, ciência da computação, telecomunicações, engenharia elétrica, estatística e teoria da informação, chama-seCodificação de Canal, ou Detecção e Correção de Erros à codificação de sinais de informação com o objetivo de diminuir a taxa de erro de símbolo e/ou de bit durante a transmissão dos mesmos através de um canal de comunicação. Assim, trata-se do estudo dos códigos detectores e corretores de erros.

Existem basicamente dois tipos de códigos corretores/detectores de erros:

• Código de bloco
• Código convolucional

Índice

• 1 História
• 2 Aplicações
• 3 Notas
• 4 Referências
• 5 Ver também

História

O estudo de códigos corretores de erros iniciou-se na década de 19401 , específicamente no ano de 19482 em um trabalho publicado por Claude E. Shannon.

Aplicações

Pode-se comprovar a presença dos códigos corretores de erro em diversas situações do cotidiano, como por exemplo quando se assiste a um programa de televisão, se ouve música a partir de um CD, se faz um telefonema, se assiste um filme gravado em DVD, ou se navega pela internet2 .

Notas

1. Ir para cima↑ Conforme Dutra (2006)
2. ↑ Ir para:a b Conforme Câmara & Souza

Referências

• Blahut, Richard E., Theory and Practice of Error Control Codes, Addison-Wesley, Reading, Massachusetts, 1984.
• Câmara, Marcos Antônio da, Souza, Adenilce Oliveira. Códigos Corretores de Erros Lineares. Monografia.
• Dutra, Flaviana Santos. Sobre Códigos Diedrais e Quatérnios. 2006. Tese de Doutorado.
• Hefez, A. E Villela, M.L.T., Códigos Corretores de Erros, IMPA, Rio de Janeiro, 2002.
• Roman, Steven. Introduction to coding and information theory. Springer, 1997. 323 p. ISBN 9780387947044

Ver também

• Teoria da informação

 

Bit

Nota: Não confundir com Byte

 

Bit (simplificação para dígito binário, “BInary digiT” em inglês) é a menor unidade de informação que pode ser armazenada ou transmitida. Usada na Computação e na Teoria da Informação. Um bit pode assumir somente 2 valores, por exemplo: 0 ou 1, verdadeiro ou falso.

Embora os computadores tenham instruções (ou comandos) que possam testar e manipular bits, geralmente são idealizados para armazenar instruções em múltiplos de bits, chamados bytes. No princípio, byte tinha tamanho variável mas atualmente tem oito bits. Bytes de oito bits também são chamados de octetos. Existem também termos para referir-se a múltiplos de bits usando padrões prefixados, como quilobit (kb), megabit (Mb), gigabit (Gb) e Terabit (Tb). De notar que a notação para bit utiliza um “b” minúsculo, em oposição à notação para byte que utiliza um “B” maiúsculo (kB, MB, GB, TB).

Fisicamente, o valor de um bit é, de uma maneira geral, armazenado como uma carga elétrica acima ou abaixo de um nível padrão em um único capacitor dentro de um dispositivo de memória. Mas, bits podem ser representados fisicamente por vários meios. Os meios e técnicas comumente usados são: Pela eletricidade, como já citado, por via da luz (em fibras ópticas, ou em leitores e gravadores dediscos ópticos por exemplo), por via de ondas eletromagnéticas (rede wireless), ou também, por via de polarização magnética (discos rígidos).

Telecomunicações ou volume de tráfego em redes de computadores são geralmente descritos em termos de bits por segundo. Por exemplo, “um modem de 56 kb/s é capaz de transferir dados a 56 quilobits em um único segundo” (o que equivale a 6,8 quilobytes (kibibyte), 6,8 kB, com B maiúsculo para mostrar que estamos nos referindo a bytes e não a bits. Ethernet transfere dados a velocidades que variam de 10 megabits por segundo a 1 gigabit por segundo (de 1,19 a 119 megabytes(mebibyte) por segundo). NoSistema Internacional (SI), os prefixos quilo-, mega-, etc às vezes têm o significado modificado quando aplicados a bits e bytes (até bits toleram calculos decimais pois é pontual ou é 0 ou é 1, já bytes não pois se fala dos dados agrupados): para explicação, vejaPrefixos binários.

Saiba Mais

Bit também é conceituado como a menor unidade de “informação” armazenável. Porém o bit (0 ou 1), apesar de ser um dado (fato não processado) não pode ser confundido como a menor “unidade de medida da informação“, pois representa apenas valores que, somente em conjunto (octeto ou byte), formarão a informação em si, que é o produto do processamento desse conjunto de dados.

Cabe salientar que o bit é usado como unidade de medida sim, mas em transmissão de dados de forma serial.

Em comunicação de dados apenas a definição métrica de um kilobyte (1.000 bytes por kilobyte) está correto. A definição binária de um kilobyte (1.024 bytes por kilobyte) é usado em áreas como armazenamento de dados (disco rígido, memória), mas não para expressar a largura de banda e taxa de transferência.

Ver também

• Qubit
• Decimal
• ASCII
• Dispositivo de armazenamento
• Quilobit por segundo
• Kibibit por segundo

 

Decodificação

Decodificação é a ação de transcrição, interpretação ou tradução de um código, também conhecida como criptografia, (dado ou conjunto de dados em um formato desconhecido) de modo que possa ser entendido pelo decodificador ou seu utilizador (para um formato conhecido, ou legível).

A decodificação pode ser utilizada em espionagem, para decifrar informações sigilosas, ou para lidar mais facilmente com determinados meios de comunicação, como o telégrafo e o código Morse

Quando apertamos uma tecla numérica de um computador, por exemplo, um circuito é capaz de decodificá-la para que ele possa entender e realizar a operação. Para isso, é necessário que o dispositivo responsável por decodificar conheça o código respectivo.

A complexidade da vida

A Complexidade da Vida (Parte I) – DNA

 

Figura 1 – Estrutura de DNA (Fonte: FreePages).

 

A descoberta de que o DNA é a molécula genética primordial que contém toda a informação hereditária nos cromossomos atraiu imediatamente a atenção para sua estrutura. Esperava-se que o conhecimento da estrutura do DNA revelasse como o DNA transporta as mensagens genéticas que são replicadas quando os cromossomos se dividem, produzindo duas cópidas idênticas. No final da década de 1940 e no início da de 1950, vários grupos de pesquisa dos Estados Unidos e na Europa buscaram, com grande empenho – ao mesmo tempo cooperativo e competitivo –, entender como os átomos do DNA são mantidos unidos por ligações covalentes e como as moléculas resultantes estão organizadas no espaço tridimensional. Não é de surpreender que, na época, existissem idéias de que o DNA pudesse apresentar estruturas muito complicadas e talvez até bizarras, que diferiam radicalmente de um gene para outro. Foi um grande alívio, e uma alegria geral, descobrir que a estrutura fundamental do DNA é uma dupla hélice. Esta estrutura demonstrou que todos os genes apresentam basicamente a mesma forma tridimensional e que as diferenças entre dois genes encontram-se na ordem e no número de seus quatro nucleotídeos construtores ao longo das fitas complementares.

 

Atualmente, mais de 50 anos após a descoberta da dupla hélice, essa descrição simples do material genético continua a ser verdadeira, e não foi necessário fazer grandes alterações para acomodar as novas descobertas. Apesar disso, constatamos que a estrutura do DNA não é tão uniforme como primeiramente imaginado. Por exemplo, os cromossomos de alguns vírus pequenos são moléculas de fita simples e não dupla. Além disso, a orientação precisa dos pares de bases varia levemente para cada par de base, influenciada pela sequência local de DNA. Algumas sequencias de DNA até permitem que a dupla hélice se enrole para o lado esquerdo, oposto ao lado direito originalmente formulado para a estrutura geral do DNA. E, enquanto algumas moléculas de DNA são lineares, outras são circulares. Uma complexidade adicional também resulta do superenrolamento (torção adicional) da dupla hélice, frequentemente em torno de núcleos de proteínas ligadoras de DNA. [grifos nossos]

 

Da mesma forma, percebemos agora que o RNA, que à primeira vista parece muito semelhante ao DNA, tem características distintivas próprias. Ele é encontrado principalmente como uma molécula de fita simples. No entanto, através do pareamento de bases intracadeia, o RNA assume características de dupla hélice e é capaz de se dobrar em uma diversidade de estruturas terciárias. Essas estruturas são cheias de surpresa, como pareamentos de bases que não são tradicionais, interações base-esqueleto e configurações semelhantes a nós. Mais surpreendente, e de enorme relevância evolutiva, é que algumas moléculas de RNA são enzimas que promovem reações centrais na transferência de informação dos ácidos nucléicos para as proteínas. Claramente, as estruturas do DNA e do RNA são mais ricas e mais complexas do que originalmente observado. De fato, não existe uma estrutura genérica para DNA e RNA. Existem variações estruturais comuns localizadas que surgem a partir de propriedades físicas, químicas e topológicas únicas de uma cadeia polinucleotídica. [grifos nossos]

 

ESTRUTURA DO DNA

O DNA É COMPOSTO DE CADEIAS POLINUCLEOTÍDICAS

 

A característica mais importante do DNA é que, normalmente, ele é composto por duas cadeias polinucleotídicas enroladas uma ao redor da outra na forma de uma dupla hélice (Figura 1). A Figura 1 apresenta um diagrama esquemático da estrutura de dupla hélice. Note que, se for invertida 180° (por exemplo, se o livro for virado de cabeça para baixo), a dupla hélice parecerá superficialmente a mesma, devido à natureza complementar das duas fitas de DNA. O modelo de preenchimento para a dupla hélice (Figura 2), mostra os componentes (hidrogênio, oxigênio, carbono no éster de fosfato da cadeia, carbono e nitrogênio nas bases e fósforo) da molécula de DNA e suas posições relativas na estrutura helicoidal. O esqueleto de cada fita da hélice é composto por resíduos alternados de açucar e fosfato; as bases se projetam para o lado de dentro, mas estão acessíveis através das cavidades maior e menor.

 

Figura 2 – Estrutura de DNA: modelo de preenchimento (Fonte: Blog CMDMC).

 

Iniciaremos considerando a natureza do nucleotídeo, o bloco construtor fundamental do DNA. O nucleotídeo consiste de um fosfato ligado a um açucar, conhecido como 2’-desoxirribose, ao qual a base está ligada. O fosfato e o açucar apresentam as estruturas mostradas na Figura 3. O açucar é uma 2’-desoxirribose porque não possui um grupo de hidroxila na posição 2’ (apenas dois hidrogênios). Podemos visualizar como as bases são ligadas ao açucar imaginando a remoção de uma molécula de água entre o grupo hidroxila do carbono 1’ do açucar e a base, formando a ligação glicosídica. O açucar ligado à base é chamado nucleosídeo [um nucleotídio incompleto]. Da mesma forma, podemos imaginar a ligação do fosfato ao açucar pela remoção de uma molécula de água entre o fosfato e o grupo hidroxila do carbono 5’, formando um 5’-fosfo-monoéster. A adição de um grupo fosfato (ou mais) a um nucleosídeo [base nitrogenada + açucar] dá origem a um nucleotídeo (Figura 3). Assim, um nucleotídeo é formado por uma ligação glicosídica entre a base e o açucar, e uma ligação fosfoéster entre o açucar e o ácido fosfórico.

 

Figura 3 – Elementos químicos que compõe o nucleotídeo (Fonte: Blog TDBio).

 

Os nucleotídeos são, por sua vez, ligados entre si nas cadeias polinucleotídicas, através do grupo 3’-hidroxila da 2’-desoxirribose [açucar] de um nucleotídeo ao fosfato ligado ao grupo 5’-hidroxila do outro nucleotídeo. A ligação fosfodiéster, na qual o grupo fosforil está entre os dois nucleotídeos, então, possui um açucar esterificado através de um grupo 3’-hidroxila e um segundo açucar também esterificado através do grupo 5’-hidroxila. As ligações fosfodiéster criam o esqueleto repetitivo de açucar-fosfato da cadeia polinucleotídica, uma característica regular do DNA (Figura 4).

 

Figura 4 – União dos nucleotídeos em cadeias polinucleotídicas (Fonte: Bio-Trabalho).

 

Em contraste, a ordem das bases ao longo da cadeia polinucleotídica é irregular. Esta irregularidade, junto com o comprimento extenso, são a base do enorme conteúdo informacional do DNA. As ligações fosfodiéster conferem uma polaridade inerente à cadeia de DNA. Essa polaridade é definida pela assimetria dos nucleotídeos e pela maneira como eles estão unidos. As cadeias de DNA apresentam um grupo 5’-fosfato ou um grupo 5’-hidroxila livre em uma extremidade, e um grupo 3’-fosfato ou 3’-hidroxila livre na outra extremidade. Convencionou-se escrever as sequências de DNA da extremidade 5’ (à esquerda) para a extremidade 3’, geralmente com um 5’-fosfato e uma 3’-hidroxila.

 

CADA BASE APRESENTA UMA FORMA TAUTOMÉRICA PREFERENCIAL

 

 

As bases no DNA classificam-se em dois tipos, purinas e pirimidinas. As purinas são a adenina e a guanina, e as pirimidinas são a citosina e a timina. As purinas derivam da estrutura de dóis anéis. A adenosina e a guanina compartilham essa estrutura geral, mas com diferentes grupos ligados. Da mesma forma, a citosina e a timina são variações da estrutura de um único anel, conforme observamos na Figura 5. Cada uma das bases existe em dois estados tautoméricos alternativos, os quais estão em equilíbrio entre si. O equilíbrio é bastante deslocado para o lado das estruturas convencionais, que representam os estados predominantes e importantes para o pareamento de bases. Os átomos de nitrogênio ligados aos anéis das purinas e das pirimidinas estão na forma amino no estado predominante e apenas raramente assumem a configuração imino. Da mesma forma, os átomos de oxigênio ligados à guanina e à timina normalmente estão na forma ceto e apenas raramente assumem a configuração enol.

 

Figura 5 – Purinas e pirimidinas (Fonte: Biomarista).

 

AS DUAS FITAS DA DUPLA HÉLICE SÃO UNIDAS PELO PAREAMENTO DE BASES EM ORIENTAÇÃO ANTIPARALELA

 

A dupla hélice é composta por duas cadeias polinucleotídicas mantidas unidas por ligações não-covalentes fracas entre os pares de bases [pontes de hidrogênio]. A adenina em uma cadeia sempre está ligada por pareamento de bases com a timina na outra cadeia e, da mesma forma, a guanina sempre realiza o pareamento de bases com a citosina. As duas fitas apresentam a mesma geometria helicoidal, mas o pareamento de bases mantém as fitas unidas com a polaridade oposta. Ou seja, a base na extremidade 5’ de uma fita realiza o pareamento de bases com a extremidade 3’ da outra fita. Assim, as fitas apresentam uma orientação antiparalela. Essa orientação antiparalela é uma consequência estereoquímica do modo pelo qual a adenina e a timina, e a guanina e a citosina, pareiam entre si.

 

AS DUAS FITAS DA DUPLA HÉLICE APRESENTAM SEQUÊNCIAS COMPLEMENTARES

 

 

O pareamento entre a adenina [A] e a timina [T], e entre a guanina [G] e a citosina [C], resulta em uma relação de complementaridade entre a sequência das bases nas duas cadeias entrelaçadas e fornece ao DNA seu caráter autocodificador. Por exemplo, se a sequência 5’-ATGTC-3’ ocorre em uma cadeia, a cadeia oposta deverá apresentar a sequência complementar 3’-TACAG-5’. A rigidez das regras neste pareamento de “Watson-Crick” deriva da complementaridade da forma e das propriedades para formar pontes de hidrogênio entre a adenina e a timina e entre a guanina e a citosina. A adenina e a timina se combinam de maneira que uma ponte de hidrogênio pode ser formarda entre o grupo amino exocíclico do carbono sexto da adenina e o grupo carboxílico do carbono quarto da timina; e, da mesma forma, uma ponte de hidrogênio pode ser formada entre o nitrogênio primeiro da adenina e o nitrogênio terceiro da timina. Uma disposição equivalente pode ser delineada para uma guanina e uma citosina, de modo que existe complementaridade por pontes de hidrogênio e por forma no pareamento de bases. Um par de bases G:C possui três pontes de hidrogênio, porque o NH2 exocíclico no C2 da guanina está contraposto a um grupo carboxílico ao C2 da citosina, formando uma ponte de hidrogênio. Da mesma maneira, uma ponte de hidrogênio pode ser formada entre N1 da guanina e N3 da citosina e entre a carbonila no C6 da guanina e o NH2 exocíclico no C4 da citosina. O pareamento de bases do tipo “Watson-Crick” necessita que as bases estejam em seus estados tautoméricos preferenciais.

 

Figura 6 – Pontes de hidrogênio ligando as bases nitrogenadas das cadeias polinucleotídicas complementares (Fonte: Biomania).

 

Uma característica importante da dupla hélice é que os dois pares de bases apresentam exatamente a mesma geometria; a presença de um par de bases A:T ou um G:C entre os dois açucares não perturba a disposição dos açucares, porque a distância entre os pontos de ligação do açucar é a mesma para ambos os pares de bases. O mesmo vale para T:A ou C:G. Em outras palavras, existe uma simetria aproximadamente bilateral que relaciona os dois açucares e as quatro bases, que podem ser acomodados dentro da mesma disposição sem qualquer distorção na estrutura geral do DNA. Além disso, os pares de bases podem ser empilhados em cima uns dos outros entre os dois esqueletos helicoidais de açucar-fosfato.

 

A FORMAÇÃO DE PONTES DE HIDROGÊNIO É IMPORTANTE PARA A ESPECIFICIDADE DO PAREAMENTO DE BASES

 

As pontes de hidrogênio [Figura 6, sequência de pontilhados ——— entre uma fita e outra] entre as bases complementares são uma característica essencial da dupla hélice, contribuindo para sua estabilidade termodinâmica e para a especificidade do pareamento de bases. A primeira vista, a formação de pontes de hidrogênio parece não contribuir de forma significativa para a estabilidade do DNA, pelas seguintes razões:

• Uma molécula orgânica em solução aquosa tem suas propriedades de ligação por pontes de hidrogênio satisfeitas pelas moléculas de água que vêm e vão muito rapidamente. Como resultado, para cada ponte de hidrogênio que é formada quando um par de bases é constituído, ocorre o rompimento de uma das pontes de hidrogênio já existentes, antes da formação do par de bases, com a água. Assim, a contribuição energética líquida das pontes de hidrogênio para a estabilidade da dupla hélice poderia parecer modesta.

 

Entretanto, quando as fitas polinucleotídicas estão separadas, as moléculas de água estão alinhadas sobre as bases. Quando as fitas formam a dupla hélice, as moléculas de água são deslocadas das bases. Isso cria desordem e aumenta a entropia, estabilizando a dupla hélice. Uma segunda contribuição importante vem das interações de empilhamento entre as bases. As bases são moléculas planares, relativamente insolúveis em água, e tendem a se empilhar umas sobre as outras, aproximadamente em perpendicular à direção do eixo helicoidal. As interações das nuvens eletrônicas (r-r) entre as bases na pilha helicoidal contribuem de forma significativa para a estabilidade da dupla hélice.

 

A formação de pontes de hidrogênio também é importante para a especificidade do pareamento de bases. Suponha que tentemos parear uma adenina com uma citosina. Teríamos um receptor de ponte de hidrogênio (N1 da adenina) localizado do lado oposto a um receptor de ponte de hidrogênio (N3 da citosina) sem espaço para uma molécula de água posicionar-se entre eles e satisfazer aos dois receptores. Da mesma forma, dois doadores de pontes de hidrogênio, os grupos NH2 em C6 da adenina e em C4 da citosina, estariam localizados de forma oposta um em relação ao outro. Assim, um par de bases A:C seria instável, porque uma molécula de água teria de ser removida dos grupos doadores e receptores sem que a ponte de hidrogênio formada com o par de bases fosse restaurada.

 

AS BASES SÃO DESLOCADAS DA DUPLA HÉLICE

 

A energética da dupla hélice favorece o pareamento de cada base em uma fita polinucleotídica com a base complementar na outra fita. Às vezes, entretanto, algumas bases podem se projetar para fora da dupla hélice, pelo extraordinário fenômeno conhecido como deslocamento de bases. [grifos nossos] Isso é imporantíssimo para o DNA, pois determinadas enzimas que metilam bases ou removem bases danificadas, atuam sobre uma base em uma configuração extra-helicoidal, na qual a base é descolada para fora da dupla hélice, possibilitando o encaixe da base na cavidade catalítica da enzima. Além disso, acredita-se que as enzimas envolvidas na recombinação homóloga e no reparo do DNA vasculhem o DNA procurando homologias ou lesões deslocando a base após base. Esse processo não é energeticamente dispendioso porque apenas uma base é deslocada de cada vez. Obviamente, o DNA é mais flexível do que se poderia imaginar em um primeiro momento.

 

A DUPLA HÉLICE POSSUI CAVIDADES MENOR E MAIOR

 

Como resultado da estrutura duplo-helicoidal das duas cadeias, a molécula de DNA é um longo polímero estendido com duas cavidades que diferem em tamanho entre si. Por que existe uma cavidade menor e uma cavidade maior? Essa é uma consequência simples da geometria dos pares de bases. O ângulo no qual os dois açucares se projetam dos pares de bases (ou seja, o ângulo entre as ligações glicosídicas) é cerca de 120° (para o ângulo mais estreito ou de 240° para o ângulo mais aberto). Como resultado, a medida que mais pares de bases se empilham uns sobre os outros, o ângulo mais estreito entre os açucares em uma das extremidades dos pares de bases gera a cavidade menor, e o ângulo mais aberto, na outra extremidade, gera a cavidade maior. (Se os açucares estivessem afastados em uma linha reta, ou seja, formando um ângulo de 180°, então as duas cavidades seriam de dimensões iguais e não existiriam das cavidades maior e menor). Contudo, a cavidade maior é mais rica em informação química justamente por contemplar mais pares de bases empilhados.

 

AS FITAS DO DNA PODEM SER SEPARADAS (DESNATURADAS) E REASSOCIADAS

 

Como as duas fitas da dupla hélice são mantidas unidas por forças relativamente fracas (não-covalentes), seria esperado que as duas fitas pudessem ser facilmente separadas. De fato, a estrutura original para a dupla hélice sugeriu que a replicação do DNA poderia ocorrer apenas dessa maneira. As fitas complementares da dupla hélice também podem ser separadas quando uma solução de DNA é aquecida acima de temperatura fisiológica (próximo a 100°C) ou sob condições de pH elevado, em um processo conhecido como desnaturação. Entretanto, a separação completa das fitas do DNA por desnaturação é reversível. Quando soluções aquecidas de DNA desnaturado são resfriadas lentamente, as fitas simples frequentemente encontram suas fitas complementares e restauram as duplas hélices regulares. [grifos nossos]

 

Figura 7 – Processo de desnaturação do DNA e sua reversibilidade (Fonte: University of Virginia).

A capacidade de renaturar moléculas de DNA desnaturadas permite que sejam formadas moléculas de DNA artificiais híbridas, pelo resfriamento lento de misturas de DNA desnaturado, oriundas de duas fontes diferentes. Da mesma forma, podem ser formados híbridos entre fitas complementares de DNA e RNA. A capacidade de formar híbridos entre dois ácidos nucléicos de fitas simples, chamada de hibridização é a base de diversas técnicas fundamentais na biologia molecular, como a hibridização por Southern blot e as análises de microarranjos de DNA.

TOPOLOGIA DO DNA

Como o DNA é uma estrutura flexível, seus parâmetros moleculares exatos são uma função do ambiente iônico que o rodeia e da natureza das proteínas que se ligam a ele, com as quais o DNA forma complexos. Como suas extremidades são livres, as moléculas lineares de DNA podem sofrer rotações livremente, acomodando as alterações no número de vezes que as duas cadeias da dupla hélice se torcem uma sobre a outra. Porém, se as duas extremidades estão covalentemente ligadas, formando uma molécula de DNA circular, e se não existem interrupções nos esqueletos açucar-fosfato das duas fitas, então, o número absoluto de vezes que as cadeias podem se torcer uma sobre a outra não pode variar.

 

O DNA circular covalentemente fechado é topologicamente limitado. Mesmo as moléculas lineares dos cromossomos eucarióticos estão sujeitas à limitações topológicas, devido a seus comprimentos extremos, entrelaçamentos na cromatina e interações com outros componentes celulares. Apesar dessas limitações, o DNA participa de inúmeros processos dinâmicos na célula. Por exemplo, as duas fitas da dupla hélice, que estão torcidas uma sobre a outra, devem ser separadas rapidamente, a sim de serem duplicadas e transcritas em RNA. Assim, o entendimento da topologia do DNA e de como a célula acomoda e explora as limitações topológicas durante a replicação, a transcrição e outras atividades cromossômicas são de fundamental importância na biologia molecular.

 

Fonte:

WATSON, James D.; BAKER, Tania A.; BELL, Stephen P.; GANN, Alexander; LEVINE, Michael & LOSICK, Richard. Biologia molecular do gene. 5° edição. Artmed, 2006. p. 97-122.

 

 

“Ele fez a Terra pelo Seu poder; estabeleceu o mundo por Sua sabedoria e com a Sua inteligência estendeu os céus” (Jeremias 51:15)