Edição 198 | 02 Outubro 2006

A contingência e o acaso nas Ciências da Vida e na Física

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II Ciclo de Estudos Desafios da Física para o Século XXI: um diálogo desde a Filosofia

Os professores doutores Aldo Mellender de Araújo, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), e Fernando Haas, da Unisinos, são os palestrantes desta quarta-feira, 4-10-2006, das 17h30min às 19h30min, em mais uma atividade do II Ciclo de Estudos Desafios da Física para o Século XXI: um diálogo desde a Filosofia. O local é Auditório Sérgio Concli Gomes.

Haas, que leciona na Unisinos, é graduado, mestre e doutor em Física pela UFRGS. Sua tese leva o título Sistemas de Ermakov Generalizados, Simetrias e Invariantes Exatos. É pós-doutor pela Universidade Henri Poincaré, na França. É autor de Computação algébrica e simetrias de Lie., Sociedade Brasileira de Matemática Aplicada, 2001.
Araújo é graduado em História Natural pela UFRGS, e doutor em Genética e Biologia Molecular pela mesma instituição. Cursou pós-doutorado na Universidade de Liverpool, Inglaterra, na Universidade de Campinas (Unicamp) e na Universidade de  Cornell, nos Estados Unidos. É autor de inúmeros capítulos de livros e artigos especializados, publicados em periódicos. Ele também fez sua contribuição à IHU On-Line, adiantandoo alguns aspectos do tema que abordará quarta-feira.

Explicar a vida: desafio da física

Na entrevista abaixo, concedida por e-mail à IHU On-Line, Haas afirma que “um dos desafios da física é explicar de modo convincente a vida”. Confira, ainda, nesta mesma edição, a editoria IHU Repórter, da qual Haas é o entrevistado.

IHU On-Line - Como a Física do século XXI “dialoga” com a contingência e o acaso? Quais são os avanços que se fez nessas concepções?
Fernando Haas –
A física mais fundamental possível, que é a física das partículas elementares, utiliza o paradigma da mecânica quântica. Além disso, por mais sofisticadas matematicamente que sejam as teorias atuais (teoria M, supercordas e assim por diante), basicamente continua sendo aceita a mecânica quântica, conforme estabelecida lá por volta de 1925. E o que nos diz esta teoria, de acordo com sua interpretação mais popular, a da Escola de Copenhagen? Que existe um elemento probabilístico na natureza. Mais exatamente, considere um sistema físico qualquer. Dado o estado presente deste sistema, não está univocamente determinado o seu futuro. O que existe é um conjunto de futuros possíveis, cada um dos quais com uma certa probabilidade. A mecânica quântica oferece regras matemáticas específicas para calcular tais probabilidades, ou seja, não se trata do reino da bruxaria, onde tudo é possível. Pelo contrário, os números que se extraem da mecânica quântica são cotidianamente confrontados com experiências de laboratório ou com processos espontâneos na natureza, com resultados bastante satisfatórios. Em resumo, a física atual descreve apenas as potencialidades no mundo, o que é bem diferente da visão mecanicista em que o universo é visto como uma máquina cuja evolução é perfeitamente determinística. Eventualmente o jogo pode ser virado e uma teoria determinista destronar a física quântica. Nunca se dá a última palavra na ciência, que está em permanente evolução.

Por sua vez, a física não pode de modo algum ser vista como limitada unicamente à física das partículas elementares e das forças fundamentais. As formas pelas quais a matéria e a energia se organizam no mundo macroscópico podem ter uma lógica, uma coerência e uma complexidade próprias. Seria muito difícil tentar explicar o surgimento e a organização de um ser vivo, por exemplo, partindo unicamente das leis básicas da física de partículas. Desse modo, é necessário recorrer a modelos matemáticos adaptados a estes sistemas, nos quais a teoria do caos tem tido um papel relevante. A teoria do caos mostra como extrair informação de modelos matemáticos determinísticos, mas que podem levar a comportamentos bastante diferentes para pequenas alterações nas condições iniciais. Por exemplo, uma pequena mudança nas características de uma certa massa de ar pode levar a uma tempestade, devido ao comportamento das equações que descrevem este tipo de sistema.

Aldo Mellender Araújo – Discutir a contingência e o acaso nas ciências da vida é discutir estes temas segundo uma perspectiva evolucionista, da evolução da vida na terra, ou, se desejarmos, segunda uma perspectiva histórica (história da vida). O acaso não é mais tratado como “ignorância de causas”, como foi no passado; hoje o acaso tem inclusive uma função explanatória na biologia evolutiva. Tomemos um conjunto de eventos em que se pode trabalhar ambos os fenômenos: as extinções em massa, evidenciadas no registro geológico. Os geólogos e paleontólogos reconhecem cinco destes episódios. Um dos mais conhecidos do público em geral, devido à ampla divulgação nos meios de comunicação, foi aquele que eliminou um grupo de animais conhecidos como dinossauros. A contingência se expressa neste caso, da especulação sobre “se” não tivessem se extinguido os dinossauros, o que teríamos hoje em dia? Que grupos teriam se originado se os dinossauros permanecessem? A evolução dos mamíferos, por exemplo, se deu principalmente após a extinção dos dinossauros; mas se os dinossauros tivessem permanecido (uma análise contemporânea sustenta que as aves são dinossauros modificados), qual o destino dos mamíferos?

Acaso em grandes dimensões

Como humanos, somos mamíferos, portanto a pergunta pode envolver o próprio surgimento do Homo sapiens. As extinções em massa atingem aleatoriamente grupos de organismos; há pouca probabilidade de previsão sobre quais grupos escaparão da extinção e quais os que continuarão. Mesmo que as extinções em massa possam ser vistas como um fenômeno cíclico, segundo defendem alguns paleontólogos, mesmo assim seria impossível prever que organismos se extinguiriam e quais os que permaneceriam. Aqui temos o acaso em grandes dimensões. Mas ele também pode ser registrado nas populações atuais, principalmente as de pequeno tamanho (poucos indivíduos); a teoria da genética de populações procura dar conta deste fenômeno, utilizando um processo conhecido como “deriva genética”. Ao que tudo indica, uma parte da evolução molecular foi devido a este processo (outra parte da evolução molecular foi devido a mecanismos adaptativos, sem dúvida). O que significa deriva genética para uma população atual? Significa que ela pode tomar um rumo independente da adaptação a um certo ambiente, significa que variantes genéticas não adaptativas, ou neutras para usar uma expressão menos forte, podem se espalhar na população apenas devido ao acaso. Até mesmo variantes genéticas prejudiciais podem se espalhar nas populações, devido a este fenômeno.

IHU On-Line - Como a contingência e o acaso podem ajudar a explicar o surgimento da vida?
Fernando Haas –
Uma pergunta intrigante é a seguinte. Suponha um ambiente como o da Terra há alguns bilhões de anos atrás, com basicamente as mesmas condições, ou seja, mesmas ordens de grandeza de temperatura, pressão, elementos químicos disponíveis... Pois bem, a vida surgiria com 100% de probabilidade? Além disso, caso a vida surgisse, será que a evolução transcorreria de modo qualitativamente semelhante ao que observamos no nosso mundo? Não me sinto à vontade para responder à primeira questão (talvez a biologia já seja capaz de respondê-la). Quanto ao segundo ponto, creio que a teoria da evolução mostra muito bem o papel do acaso.

Uma mutação genética ocorre por fatores fortuitos, como a exposição a uma certa radiação que altere a carga genética de um organismo. A sobrevivência da nova linhagem, porém, depende da mutação facilitar ou não a adaptação do indivíduo ao meio. Talvez os biólogos discordem, mas acho que muitos cenários diferentes poderiam emergir neste contexto. Por exemplo, eventualmente, por que não haveria mais de uma espécie decididamente inteligente no nosso planeta? É relativamente fácil olhar de modo retrospectivo e explicar a evolução do homem e das demais espécies devido a tais e quais fatores. O difícil é decidir se a solução que a natureza propôs é única. Tenho o palpite de que não seja. Um argumento para isso é o seguinte: Suponha que dois tipos de mutações sejam favoráveis a uma certa espécie, num certo ambiente. Se uma delas ocorre primeiro, eventualmente o indivíduo modificado tem sucesso em passar sua carga genética adiante e uma nova linhagem se estabelece. A outra mutação, que também seria favorável, perdeu o bonde da história. Passou a hora e o lugar em que deveria ter acontecido, por uma questão de sorte e azar.

Aldo Mellender Araújo – Todas as teorias científicas sobre a origem da vida sustentam que ela surgiu espontaneamente, devido ao acaso. A vida se auto-organizou, a partir das primeiras moléculas replicantes (similares aos atuais RNAs, porém mais simples); a importância destas moléculas replicantes está no fato de já possuírem, provavelmente, as propriedades fundamentais da vida, isto é, multiplicação (autocatálise), variação (no processo autocatalítico diferentes moléculas teriam diferentes graus de eficiência neste processo, e herança (moléculas com eficiência x originariam outras com a mesma eficiência). Alguém poderá objetar que a auto-organização não é um processo aleatório, logo a vida não teria se originado pelo acaso. De fato, o aleatório está no que antecede ao surgimento destas moléculas replicantes; as propriedades das moléculas mais simples, ou se quisermos, as propriedades dos elementos químicos. Estas surgiram de forma espontânea, conferindo-lhes capacidades de juntarem-se de acordo com tais propriedades. Por que a vida se baseia fundamentalmente em átomos de carbono? Exatamente pelas propriedades físico-químicas deste elemento, que permitem, por exemplo, a formação de grandes cadeias, estáveis (o que não acontece com o átomo de silício, cujas cadeias são menos estáveis). A partir do surgimento das primeiras moléculas replicantes, é possível deduzir-se que ocorreram diferentes estados transitórios que foram tornando mais complexos os estados posteriores, havendo uma baixa probabilidade de reverterem a estados mais simples.

IHU On-Line - Essas duas visões são conciliáveis sob o ponto de vista físico? Como?
Fernando Haas –
Um dos desafios da física é explicar de modo convincente a vida. Os físicos são treinados para dar respostas a problemas muito simples, como relacionar o período de um pêndulo à sua amplitude de oscilação. Progressivamente, vamos incorporando cenários mais e mais complicados, mas em geral preservando uma certa modéstia. O que dizer quando se chuta o balde e o objetivo passa a ser a descrição de um sistema físico tão complexo como um ser vivo, com tantos graus de liberdade envolvidos? Neste caso, um mínimo de imaginação já permite formular um sem número de questões interessantes. Por exemplo, qual é a relação entre os estados mentais de um indivíduo e sua saúde? É possível descrever a consciência por algum modelo matemático? É provável que a mecânica quântica tenha um papel importante nestes assuntos, mas atualmente estamos engatinhando nestas áreas. Sejamos francos: os físicos têm a pretensão de deter “o” método para explicar a natureza. Assim, nosso objetivo é incorporar a biologia como um capítulo da física. Para isso é preciso matematizar cada vez mais a biologia.

Aldo Mellender Araújo – Certamente que sim e em parte já foram abordadas nas respostas anteriores. Mas podemos acrescentar mais um exemplo com base na análise do comportamento animal, portanto, já em uma fase da evolução da vida bem mais recente e mesmo, atual. Imaginemos uma fêmea de uma determinada espécie de borboleta, sobrevoando e examinando plantas para escolher uma para colocar um ovo. Esta escolha não é aleatória, ela foi moldada por um eficiente processo determinístico conhecido como seleção natural. Mas, de um modo geral, borboletas “ovopositam” em mais de uma planta hospedeira de suas larvas; por exemplo, a espécie Heliconius erato phyllis, uma borboleta muito comum entre nós, é especializada em colocar ovos em maracujás silvestres. Ao redor de Porto Alegre, e aí se inclui São Leopoldo, ocorrem com mais freqüência, duas espécies de maracujás silvestres, nos mesmos locais. Ora, a fêmea que estamos imaginando poderá encontrar apenas uma destas espécies, durante um tempo determinado de procura e, então, realiza a postura. Sabemos por estudos laboratoriais que o desenvolvimento da larva difere quanto a uma série de características, conforme a espécie de maracujá utilizada. Aqui entra a contingência: ao depositar o seu ovo na espécie x de maracujá e não na y, a borboleta estará induzindo um desenvolvimento da larva-filha diferente, fazendo com que, por exemplo, o surgimento da borboleta-filha seja mais tardio (o que pode ter uma série de outras implicações). Há, assim, uma combinação de contingência, acaso e determinismo.

IHU On-Line - Partindo da filosofia kantiana, ainda é possível sustentar que a contingência explica o determinismo físico (o mundo fenomênico) e o acaso pode explicar a liberdade (o mundo numênico)? Qual seria a explicação da Física para essa proposição filosófica?
Fernando Haas –
Pelo que entendo, um fenômeno contingente é algo cujo surgimento se explica por si mesmo.  Quando um sistema quântico “escolhe” um estado A ou um estado B, estamos diante de uma contingência. A liberdade, ou o livre-arbítrio, tem a ver com uma opção consciente de um indivíduo por uma ou outra decisão. Mesmo admitindo que a física possa descrever os estados de consciência de um indivíduo, se uma tomada de decisão depende da contingência de a natureza “sortear” uma ou outra decisão, não vejo espaço para a liberdade. Um sistema quântico não é “livre” só porque, com base em um certo presente, vários futuros podem ser descortinados. Se a liberdade existe, deve ser porque há algum terreno obscuro onde a física não se aplica. É o acaso que justifica a liberdade.

Aldo Mellender Araújo – Não me parece ser o caso. A contingência pode ser concebida como tudo aquilo que pode ser ou não ser, logo é de ocorrência possível, mas incerta. Há um forte componente aleatório nesta caracterização. Por seu turno, númeno designaria a realidade que pode ser apenas pensada, sem ser conhecida, o que foge à concepção contemporânea para o acaso. Na teoria das probabilidades, o acaso pode ser representado como a incerteza em relação a determinados fatores causais, os quais podem ser conhecidos a priori. Não vejo, assim, uma relação com o conceito kantiano de número.

 

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