Auto-organização do Universo

Imagem de uma Micela

A auto-organização molecular do universo após o big bang originou toda a natureza que nos cerca, mas como podemos intuir isto na atualidade qual indício leva-nos a essa conclusão?

Imagine que tudo que nos é apresentado na atualidade surgiu de um conjunto de leis simples ou comandos a serem cumpridos. Então seriamos resultado da interação destas leis primordiais que cunharam toda a matéria do universo em um determinado momento. De acordo com o Modelo Cosmológico Padrão (MP) toda a matéria conhecida é composta de três tipos de partículas elementares: léptons, quarks e as mediadoras,  um total de 61 partículas foram o suficiente para formar toda a matéria incluindo as observadas em laboratórios, supondo que com o surgimento dessas pequenas partículas e suas combinações formou-se também cadeias mais longas de átomos e entre elas estavam os aminoácidos o tijolo da vida. Alias, conforme comprovação atual  da existência de aminoácidos no espaço pode-se intuir que, como prevê a teoria da vida, é possível supor que tais moléculas estejam esperando condições propícias para sua disseminação. Acredito que exista uma "auto-organização" para todo o processo de formação do universo, como exemplo vou citar o carbono, afinal, a vida na Terra é baseada nesse elemento, mas o que faz o carbono tão importante para a vida? A resposta está baseada no modo como o carbono se combina com outros elementos químicos para formar moléculas (executam comandos). Por exemplo, átomos de hidrogênio se ligam apenas a um átomo, o oxigênio a dois átomos. Mas o carbono é um elemento químico particularmente versátil, pois pode se ligar com quatro átomos de uma só vez, isso me faz lembrar o famoso “Teorema das quatro cores” (é um teorema de formulação e conceituação simples, mas de demonstração extremamente complexa, a sua formulação é a seguinte: “Dado um mapa plano, dividido em regiões, quatro cores são suficientes para colori-lo de forma a que regiões vizinhas não partilhem a mesma cor”). Esse é um problema que qualquer pessoa sem preparação matemática pode intuir, porém, a sua demonstração exige conhecimento bastante elaborado a ponto de ser indispensável o uso do computador em sua solução, nos dá uma ideia de quão complexa pode ser a capacidade que os átomos de carbono têm em formar uma variedade praticamente sem fim de longas cadeias, variando tanto em tamanho, quanto em formato aliado ao fato de poder usar duas de suas ligações para se unir a um mesmo átomo, ou seja, pode fazer ligações duplas. Essas propriedades fazem com que o carbono consiga formar moléculas diferentes com o mesmo número de átomos, apenas alterando a configuração dos átomos envolvidos fazendo inúmeras combinações possíveis. Estas moléculas são chamadas genericamente de moléculas orgânica sendo a mais simples delas as que possuem, além do carbono, átomos de hidrogênio os assim chamados de hidrocarbonetos. Devido à importância do carbono na composição viva no planeta terra, é perfeitamente lógico buscar evidência da vida baseada nesse componente fora do nosso planeta. Mas será que existe forma de vida que esteja baseada em um elemento que não seja o carbono? Haveria outro elemento químico com tais características podendo sustentar o padrão vida? Atualmente especula-se bastante sobre ser o silício tal elemento, afinal este elemento também é capaz de fazer quatro ligações químicas de uma vez, porém, as ligações químicas são fracas e como conseqüência as moléculas formadas por ele são frágeis impossibilitando teoricamente confecção sustentável de estruturas longas e complexas. Sendo assim o silício não forma ligações duplas, limitando a quantidade de reações químicas de suas moléculas resultando em uma variedade de moléculas muito restrita, tudo isso aliado ao fato de se ter como resultado metabólico do carbono o dióxido de carbono um gás que tem mobilidade fácil, diferente do silício, cujo resultado metabólico é o dióxido de silício  um sólido difícil de ser removido de onde foi criado. Diante dos fatos acima descrito e sendo a Terra uma evidência observacional do fenômeno "Vida", parece ser mais lógico a preferência pela busca do carbono como evidência de vida mesmo sendo o silício um bom candidato.

Então, supondo que a vida tem suas bases na auto-organização, esse fenômeno é comprovável? Existem precedentes para a conclusão acima? Sim! A auto-organização é um fenômeno fascinante que se manifesta na natureza de forma extremamente diversificada (ver postagens; “Padrões na natureza” de 18/07/2010 e “Formas da natureza” de 27/02/2010), abrangendo desde a escala atômica à escala macroscópica. Vamos nos deter nesta postagem em alguns fenômenos de auto-organização que tem vasta aplicação para a humanidade como a molécula tensoativa chamada de  “Micelas”, um agregados moleculares possuindo ambas as regiões estruturais hidrofílicas e hidrofóbicas, que dinamicamente se associam espontaneamente em solução aquosa a partir de certa concentração crítica, formando grandes agregados moleculares de dimensões coloidais. O processo de cristalização de um material, por exemplo, quase todos os componentes simples, quando resfriados lentamente, ao se solidificar formam uma estrutura cristalina tridimensional. Trata-se de um arranjo de átomos que se repete no espaço de forma bem elaborada, assim, os átomos ou moléculas, que no estado líquido se movimentam de forma caótica passam a se ordenar de forma simétrica e perfeita ao se solidificar. Essa autoconstrução dos átomos na escala atômica gera uma auto-organização resultando em um cristal de faces planas formando entre si ângulos bem definidos, assim a auto-organização “macroscópica”, é um resultado da associação espontânea (autoconstrução) em escala “atômica”. Estudos de autoconstrução e auto-organização de moléculas tensoativas tem sido importante tanto do ponto de vista teórico quanto prático (tensoativas são moléculas anfifílicas caracterizadas por possuírem ambas as regiões estruturais hidrofílica e hidrofóbica, que dinamicamente se associam espontaneamente em solução aquosa a partir de uma determinada concentração denominada concentração micelar crítica “CMC”), uma vez que os modos de ação dessas substâncias dependem dos seus estados de agregação, em várias situações práticas, tais como: em detergentes, emulsificação, na recuperação de petróleo, em biologia celular e de higiene pessoal: shampoo, sabonete, pasta de dente, etc., os tensoativos naturais ou sintetizados pelo homem encontram uso em quase todos os ramos da produção industrial, como por exemplo na indústrias de: alimentos, químicas, têxteis, de corantes,  de tintas, de fibras, de processamento mineral, de plásticos, de produtos farmacêuticos e de agroquímicos. Tais substâncias são também vitais em muitos sistemas biológicos, por exemplo, os lipídeos um tensoativo que forma o principal componente das membranas celulares, as quais devem a estes a sua estrutura. A busca da compreensão do fenômeno de autoconstrução e auto-organização de tais substâncias por meio de estudos a respeito do comportamento de fase, estrutura e dinâmica tem sido objeto de estudo de diversos autores na atualidade como: Kunze et al., 1997; van der Linden et al., 1996; Bergenholtz e Wagner, 1996; Oberdisse et al., 1996; Jóhannesson et al., 1996; Fröba e Kalus, 1995; Petrov et l.,1995;Boden et al.,1995;   Boden, 1994; Diat and Roux, 1993; Sein et al., 1993). Esses estudos abrem perspectivas que permitem o desenho e a síntese de novos materiais, novos fluidos complexos que se autoconstruam, se auto-organizem em fluidos funcionais previamente projetados, possibilitando o aparecimento de novas aplicações tecnológicas. O termo fluido complexo aqui utilizado abrange, além de soluções de tensoativos com estados altamente estruturados como: monocamadas, micelas, microemulsões, cristais líquidos liotrópicos, membranas ou vesículas, mas também soluções de polímeros de polieletrólitos como: proteínas e ácidos nucléicos, cristais líquidos termotrópicos (tanto de baixo peso molecular quanto variedades poliméricas) e dispersões coloidais.  Todos os materiais anteriormente citados constituem fluidos complexos, uma vez que apresentam uma estrutura não rígida, mas sim dinâmica, isto é, uma estrutura que se desenvolvem com o tempo. Na área agrícola e de biotecnologia, a compreensão dos fenômenos de autoconstrução e auto-organização das substâncias tensoativas é fundamental para a obtenção de, por exemplo, formulação adequada de princípios ativos à base de produtos naturais quer de origem vegetal, quer de origem microbiana, obtidos de processos fermentativos.  Isto porque essas substâncias são ingredientes importantes em diversos tipos de formulação como: pó molhável, concentrado emulsionável, suspensão concentrada, emulsões do tipo óleo em água ou água em óleo, micro emulsões entre outros, uma vez que interferem em propriedades físico-químicas importantes do ponto de vista de armazenamento e aplicação do produto com a molhabilidade, suspensibilidade, capacidade de emulsificação e etc. Os tensoativos interferem também em propriedades biológicas quando um microrganismo e/ou seus metabólitos são utilizados como ingredientes ativos. Por exemplo, uma associação química entre o tensoativo e a membrana do defensivo biológico deve ocorrer para que o organismo apresente uma maior molhabilidade em água. Porém, essa associação química pode causar incompatibilidade e perda de viabilidade ou capacidade antagônica do microrganismo. No trabalho de Angus e Luthy (1971) são apresentadas revisões bibliográficas a respeito da compatibilidade de diversos microrganismos: vírus, fungos e bactérias, frente a diferentes tensoativos em testes de laboratório e de campo.  Diversos autores, destacando-se o trabalho de Rode e Foster (1960) demonstraram que tensoativos catiônicos e aniônicos afetam de maneira negativa a viabilidade de diversos microrganismos, enquanto estes últimos mostram-se indiferentes à presença de tensoativos não-iônicos. 
Não há dúvida que a vida é essencialmente um fenômeno associado a processos de autoconstrução e auto-organização (ver postagens: “Princípios da Vida” de 24/02/2010 e “desenvolvimento da Vida” de 26/02/2010). Na escala atômica, a auto-organização ocorre de forma bastante diversificada. Os cientistas têm buscado, com grande sucesso, identificar as condições físicas e químicas associadas às diversas formas de auto-organização. Baseado no exposto pode-se concluir que: “O surgimento da Vida ocorreu através de combinação auto-organizada da matéria obedecendo a leis e princípios Físico/Químico/Matemáticos e propagando-se dentro do padrão "caótico/fractal", teve início nas interações atômicas nos primórdios do universo e através da autoconstrução e auto-organização mais simples atingiu a complexidade hoje observada. Estas interações esculpiram a aparência do Universo como um todo sendo a Vida um dos produtos delas.

fontes:
 http://ciencia-logika.blogspot.com/;
http://www.ebah.com.br/content/ABAAABpJAAE/resenha-livro-aplicacoes-fisica-quantica 
http://www.biotecnologia.com.br/revista/bio08/substancias.pdf
http://pt.wikipedia.org/
http://www.sbfisica.org.br/fne/Vol6/Num1/charme.pdf