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Lendo as mentes das medusas

03.12.2021

Compreender os padrões exatos das células cerebrais que governam todo o nosso comportamento diário é um quebra-cabeça incrivelmente difícil para os neurocientistas. Mas agora questões fundamentais na neurociência do comportamento podem ser respondidas com um modelo novo e muito mais simples do organismo: a pequena água-viva.

Os pesquisadores da Caltech desenvolveram uma espécie de kit de ferramentas genéticas projetado para trabalhar com Clytia hemisphaerica, um tipo de água-viva com cerca de 1 cm de diâmetro, quando estiver totalmente crescida. Com este kit de ferramentas, as pequenas criaturas foram geneticamente modificadas para que seus neurônios brilhem individualmente com luz fluorescente quando ativados.

Como a água-viva é transparente, os pesquisadores podem observar o brilho da atividade neural do animal à medida que ele se comporta naturalmente. Em outras palavras, a equipe pode ler a mente da água-viva enquanto ela se alimenta, nada, evita predadores, etc., para entender como o cérebro relativamente simples do animal coordena seu comportamento.

Quando se trata de organismos modelo usados em laboratórios, as medusas são a exceção. Vermes, moscas, peixes e camundongos - alguns dos organismos-modelo de laboratório mais comumente usados - são geneticamente mais relacionados uns aos outros do que às águas-vivas. Na verdade, os vermes estão evolutivamente mais próximos dos humanos do que das águas-vivas.

As medusas são um importante ponto de comparação porque estão muito distantes entre si. Eles nos permitem fazer perguntas como: Existem princípios da neurociência que são comuns a todos os sistemas nervosos? Ou como seria o primeiro sistema nervoso? Ao estudar a natureza de forma mais ampla, também podemos descobrir inovações biológicas úteis.

Muitas águas-vivas são pequenas e transparentes, o que as torna plataformas interessantes para a neurociência sistêmica. Isso ocorre porque existem novas ferramentas incríveis para visualizar e controlar a atividade neural com luz, e você pode colocar uma água-viva inteira sob um microscópio e ter acesso a todo o sistema nervoso.

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Uma nova maneira de controlar e manipular sinais ópticos 05.05.2024

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O laser resfria as moléculas 05.09.2017

Moléculas muito frias com quase nenhum movimento térmico são necessárias pelos físicos para uma variedade de estudos, desde o estudo das propriedades das próprias moléculas até a criação de computadores quânticos. Acredita-se que, neste caso, várias reações também devam desacelerar, o que permitirá estudar os processos em andamento. No entanto, no caminho para atingir temperaturas ultrabaixas, a natureza estabeleceu uma série de barreiras.

Os autores da conquista recorde do Center for Cold Matter do Imperial College London usaram o método mais comum de resfriamento a laser de moléculas - Doppler.

Para entender seu mecanismo, lembre-se de que um átomo absorve e emite fótons com energia igual à diferença entre seus níveis de energia. Neste método, a frequência da radiação do laser é escolhida um pouco menor do que a necessária para a absorção. Mas por causa do efeito Doppler, um átomo se movendo em direção a um fóton "vê" que ele tem uma frequência mais alta e a absorção ainda ocorre.

Então o átomo excitado emite espontaneamente um fóton, mas de frequência mais alta. Portanto, a cada ciclo de absorção-radiação, ele perde parte de sua energia cinética e, portanto, esfria. O átomo não reage ao raio laser de ultrapassagem, pois o efeito Doppler para ele diminui ainda mais a frequência, impossibilitando a absorção.

Vários feixes de laser, indo em diferentes direções, desaceleram os átomos em qualquer direção de seu movimento. Parece que os átomos estão se movendo em um líquido viscoso como mel ou melaço. Este método de resfriamento é chamado de "melaço óptico".

No entanto, desta forma é impossível resfriar moléculas e átomos a temperaturas inferiores a várias centenas de microkelvins. O fato é que, devido à relação de incerteza, os fótons são absorvidos não em uma frequência, mas em toda uma faixa de frequências. Os físicos dizem que uma linha espectral tem uma largura. Mas então, em baixas velocidades de átomos, fótons de ambas as direções serão absorvidos e o método deixará de funcionar. A temperatura na qual isso ocorre é chamada de limite Doppler.

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