Física Aplicável às Ciências Biológicas

Universidade Estadual da Paraíba - UEPB

Física Aplicada a Ciências Biológicas

Depois de haver retrocedido duas vezes ante a fúria de violentos temporais de sudoeste, o HMS Beagle, um brigue de dez canhões, sob o comando do capitão Fitz Roy da Marinha de Guerra Real, fez-se ao largo de Devenport no dia 27 de dezembro de 1831. O objetivo da expedição era uma vistoria completa da Patagônia e da Terra do Fogo,..., explorar a costa do Chile, a do Peru e algumas ilhas do Pacífico e estabelecer uma rede de medições cronométricas ao redor do mundo (palavras iniciais do livro ``Viagem de um naturalista ao redor do mundo", de Charles Darwin)

A questão central deste texto é: O que um profissional de ciências da saúde - um biólogo, um farmacêutico, um médico - precisa saber de Física? e ele procura respondê-la dentro dos limites de um curso. Esta questão remete a outras, muito complexas, como ``O que é o trabalho de um biólogo hoje?", ``O que será a Farmácia no futuro próximo?" ou ``O que chamamos Física?". Devido à imensidão e ao dinamismo destas ciências quaisquer respostas a estas perguntas, inclusive as que são dadas neste texto ou nas aulas deste curso, serão sempre provisórias e parciais, nos diversos sentidos da palavra.

A explosão do conhecimento biológico

Para alguns o trabalho do biólogo é a aventurosa coleta de espécimes e seu estudo posterior, como numerosos biólogos fizeram e ainda fazem. Um dos muitos exemplos, mas talvez o mais relevante para a Biologia, é a famosa viagem de Charles Darwin durante a qual visitou o Recôncavo baiano, o Rio de Janeiro, o pampa argentino, a Terra do Fogo, as ilhas Galápagos e a Oceania. No diário de sua viagem, ``Viagem de um naturalista ao redor do mundo", são descritas essas atividades de coleta assim como a barbárie da escravidão no Brasil e o extermínio sistemático dos índios na Argentina, que certamente impressionariam a Darwin mesmo que não tivesse os 23 anos incompletos com que começou a viagem.

Darwin coletou amostras geológicas e biológicas nessa viagem que durou quase três anos e depois, um pouco com os seus conhecimentos de Geologia e Biologia e muito com a sua capacidade observação e análise, lhe foi possível propor a `Teoria da Evolução" em seu livro ``A origem das espécies". Certamente ainda é essencial a um cientista hoje em dia ter essas qualidades - coletar dados da forma mais completa possível, selecionar os fatos experimentais relevantes entre muitos outros e com eles propor modelos - mas a situação mudou muito no que se refere ao apoio prestado por outras ciências. Darwin não tinha meios de saber a idade de suas amostras, de saber como se transmitiam as características hereditárias ou de saber se as taxas de mutações eram compatíveis com a diversidade de espécies. As outras ciências da época, inclusive a Física, pouco o podiam ajudar, o que certamente dificultou a proposição da Teoria da Evolução.

Situações assim foram cada vez menos comuns, com a Biologia adquirindo independência dentro da Filosofia Natural (Darwin se intitulava naturalista) e crescendo fantasticamente. Para isto a Biologia usou os seus próprios métodos e, crescentemente, as técnicas e os conceitos de outras ciências. Exemplos deste crescimento interligado são inúmeros nas genéticas mendeliana e molecular, na ecologia e no trabalho de laboratório em geral. Temos assim a Estatística usada após as leis de Mendel, a descoberta da existência do gene e o seu estudo que envolveu e envolve o uso intenso da Física e da Química, a Ecologia necessitando da Matemática para as equações diferenciais que regem os tamanhos das populações e que descrevem como são afetadas pelas condições externas e, finalmente, o uso intenso de aparelhos e técnicas experimentais originados na Física, na Engenharia e na Química. O crescimento da Biologia se deu principalmente nessas áreas integradoras, a Genética, a Ecologia, a Bioquímica e a Biofísica, mas também ocorreu nas numerosas áreas específicas, como a Botânica, a Zoologia e a Microbiologia. Em suma, para saber a resposta à questão ``O que um biólogo precisa saber de Física?" é preciso lembrar desta diversidade.

Já a história da Farmácia é bem distinta. De uma origem baseada no estudo de poderes curativos de produtos derivados de plantas e de animais, quando era bastante vizinha à Botânica e à Zoologia, ela interage cada vez mais com a Biologia, a Química e a Medicina. A descoberta dos micróbios por Pasteur no século XIX, a compreensão dos mecanismos de transmissão de numerosas doenças, a descoberta da penicilina pelo biólogo Fleming em 1928 e a produção industrial deste antibiótico em 1942 são apenas alguns exemplos, aonde químicos, médicos, biólogos e farmacêuticos trabalhavam em cooperação cada vez mais intensa. Para isto a Física já cumpria um grande papel de suporte, pois grande parte das técnicas químicas e, em especial, da Química analítica se originaram de aplicações da Física: o emprego de substâncias radioativas que permitiu compreender o metabolismo de fármacos e o uso de inúmeras técnicas espectroscópicas que permitem obter a composição química ao nível de ``parte-por-milhão" ( ppm ) ou mesmo ppb .

Hoje estamos no limiar de uma revolução na Farmácia. Enquanto antes a descoberta do gene apenas estabelecia um limite com as doenças geneticamente transmitidas, hoje as técnicas da Genética Molecular permitem que a discussão dos fármacos se processe ao nível molecular: como um fármaco ou um vírus interagem com as moléculas da membrana celular? Como interagem com o DNA da célula? O genoma humano está sendo mapeado, no Projeto Genoma Humano, o que permitirá o surgimento de inúmeros novos remédios. A análise do DNA desde o de micro-organismos até o do homem, com técnicas como o PCR, somou-se às técnicas de análises clínicas. Hoje a pesquisa em Farmácia é, na sua maior parte, inimaginável sem a Genética Molecular e esta, também em grande parte, se apoia em técnicas químicas e físicas.

A explosão do conhecimento físico

A Física estuda os sistemas mais simples existentes na Natureza, aos quais consegue aplicar modelos qualitativos e quantitativos, introduzindo conceitos como ``partícula", ``onda",