WEBVTT

00:00:00.000 --> 00:00:03.130
Pensei em falar-vos um pouco
de como a Natureza cria os materiais.

00:00:03.130 --> 00:00:05.000
Trouxe comigo uma concha de haliote.

00:00:05.000 --> 00:00:08.000
Esta concha é um material "biocompósito":

00:00:08.000 --> 00:00:11.000
98% da massa é carbonato de cálcio

00:00:11.000 --> 00:00:13.530
e os restantes 2% são proteínas.

00:00:13.530 --> 00:00:16.000
Com esta constituição,
é 3000 vezes mais resistente

00:00:16.000 --> 00:00:17.820
do que o carbonato de cálcio simples.

00:00:17.820 --> 00:00:20.310
E muitas pessoas usam estruturas
como estas conchas,

00:00:20.310 --> 00:00:22.280
como o giz.

00:00:22.280 --> 00:00:24.870
Fascina-me saber como a Natureza
cria estes materiais,

00:00:24.870 --> 00:00:28.010
e há muitos segredos para os criar
de forma tão complexa.

00:00:28.010 --> 00:00:30.100
Um aspecto relevante é que estes materiais

00:00:30.100 --> 00:00:32.000
apresentam uma estrutura macroscópica,

00:00:32.000 --> 00:00:34.570
mas o processo de formação
ocorre a uma "nano-escala".

00:00:34.570 --> 00:00:36.780
Estes materiais formam-se
a uma "nano-escala",

00:00:36.780 --> 00:00:39.230
e usam proteínas,
codificadas a nível genético,

00:00:39.230 --> 00:00:42.960
que lhes permite a criação
destas estruturas complexas.

NOTE Paragraph

00:00:42.960 --> 00:00:44.810
Uma coisa que considero fascinante

00:00:44.810 --> 00:00:48.660
é o que aconteceria se pudéssemos dar vida
a estruturas não-vivas,

00:00:48.660 --> 00:00:51.000
como pilhas, baterias,
e células fotovoltaicas?

00:00:51.000 --> 00:00:53.310
Como seria se elas tivessam
as mesmas capacidades

00:00:53.310 --> 00:00:55.530
que a concha de haliote,

00:00:55.530 --> 00:00:58.880
em termos de serem capazes
de construir estruturas complexas

00:00:58.890 --> 00:01:01.000
à pressão e temperatura ambientes,

00:01:01.000 --> 00:01:03.000
usando materiais não-tóxicos

00:01:03.000 --> 00:01:06.000
e não poluindo o ambiente
com resíduos tóxicos?

00:01:06.000 --> 00:01:09.000
Esta é a perspectiva
que tenho aprofundado.

00:01:09.000 --> 00:01:12.120
E se fosse possível fazer crescer
uma bateria numa placa de Petri?

00:01:12.120 --> 00:01:15.290
Ou se fosse possível passar
informação genética para uma bateria,

00:01:15.290 --> 00:01:18.430
de forma a que ela pudesse melhorar
o desempenho ao longo do tempo

00:01:18.430 --> 00:01:20.970
e fazer isso de forma amiga do ambiente?

NOTE Paragraph

00:01:20.970 --> 00:01:23.000
Assim, voltando a esta concha de haliote,

00:01:23.000 --> 00:01:25.270
além da sua estrutura "nanoscópica",

00:01:25.270 --> 00:01:27.000
outro aspecto fascinante

00:01:27.000 --> 00:01:29.340
é que quando um haliote macho
e uma haliote fêmea

00:01:29.340 --> 00:01:31.000
passam a informação genética,

00:01:31.000 --> 00:01:34.000
dizem: "É assim que se constrói
um material complexo.

00:01:34.000 --> 00:01:36.620
"É assim que se faz,
à pressão e temperatura ambientes,

00:01:36.620 --> 00:01:38.350
"utilizando materiais não tóxicos".

00:01:38.350 --> 00:01:41.530
O mesmo se passa com as diatomáceas,
que são estruturas vítreas.

00:01:41.530 --> 00:01:43.530
Sempre que uma diatomácea se reproduz,

00:01:43.530 --> 00:01:45.000
a sua informação genética diz:

00:01:45.000 --> 00:01:47.210
"Aqui está a forma de construir vidro
no oceano

00:01:47.210 --> 00:01:49.460
"com uma nano-estrutura
perfeitamente definida.

00:01:49.460 --> 00:01:51.850
"E este processo é transferível,
vezes sem conta."

00:01:51.850 --> 00:01:53.780
E se fosse possível fazer a mesma coisa

00:01:53.780 --> 00:01:56.040
com uma célula fotovoltaica
ou com uma bateria?

00:01:56.040 --> 00:01:59.440
Gosto de dizer que o meu biomaterial
preferido é o meu filho de 4 anos.

NOTE Paragraph

00:01:59.440 --> 00:02:01.920
Todos os que conhecem crianças pequenas

00:02:01.920 --> 00:02:04.450
sabem que as crianças
são organismos muito complexos.

00:02:04.450 --> 00:02:06.000
É muito difícil convencê-los

00:02:06.000 --> 00:02:08.000
a fazer algo que não queiram

00:02:08.000 --> 00:02:11.000
Assim, quando pensamos
em tecnologias do futuro,

00:02:11.000 --> 00:02:14.260
e pensamos em utilizar
bactérias, e e vírus, organismos simples.

00:02:14.260 --> 00:02:17.450
Conseguiremos convencê-los a trabalhar
com outras matérias-primas,

00:02:17.460 --> 00:02:19.000
para construírem uma estrutura

00:02:19.000 --> 00:02:21.000
que seja importante para nós?

NOTE Paragraph

00:02:21.000 --> 00:02:23.000
Para projectar as tecnologias do futuro

00:02:23.000 --> 00:02:25.490
baseamo-nos no nascimento
do nosso planeta, a Terra.

00:02:25.490 --> 00:02:27.330
Foram necessários mil milhões de anos

00:02:27.330 --> 00:02:29.000
para que a vida surgisse na Terra.

00:02:29.000 --> 00:02:31.520
Rapidamente, tornou-se multi-celular,

00:02:31.520 --> 00:02:33.270
pôde reproduzir-se,

00:02:33.270 --> 00:02:36.000
utilizou a fotossíntese
como forma de obter energia

00:02:36.000 --> 00:02:38.000
mas foi só há cerca de 500 milhões de anos

00:02:38.000 --> 00:02:40.000
-- durante o Câmbrico --

00:02:40.000 --> 00:02:43.120
que os organismos marinhos
começaram a produzir materiais rígidos.

00:02:43.120 --> 00:02:46.680
Antes disso, os organismos marinhos
apresentavam estruturas moles e fofas.

00:02:46.680 --> 00:02:48.000
Foi durante esse período,

00:02:48.000 --> 00:02:50.000
com grandes quantidades de cálcio, ferro

00:02:50.000 --> 00:02:52.000
e silício disponíveis no ambiente,

00:02:52.000 --> 00:02:55.000
que os organismos vivos
aprenderam a produzir materiais rígidos.

00:02:55.000 --> 00:02:57.000
E é isto que eu pretendo fazer

00:02:57.000 --> 00:02:58.780
-- convencer os organismos vivos

00:02:58.780 --> 00:03:01.000
a trabalhar com o resto
da Tabela Periódica.

NOTE Paragraph

00:03:01.000 --> 00:03:03.000
Na perspectiva da Biologia,

00:03:03.000 --> 00:03:05.210
há muitas estruturas
como o ADN e anticorpos,

00:03:05.210 --> 00:03:08.180
proteínas e ribossomas
-- de que já devem ter ouvido falar --

00:03:08.180 --> 00:03:09.720
com uma estrutura "nanoscópica";

00:03:09.720 --> 00:03:11.660
A Natureza apresenta muitas alternativas

00:03:11.660 --> 00:03:13.480
de estruturas nanoscópicas complexas.

00:03:13.480 --> 00:03:15.220
E se fosse possível "domesticá-las"

00:03:15.220 --> 00:03:18.040
convencê-las a não serem anticorpos

00:03:18.040 --> 00:03:20.240
que provocam algo indesejado
como a SIDA/HIV?

00:03:20.240 --> 00:03:21.820
E se as conseguíssemos convencer

00:03:21.820 --> 00:03:24.030
a construir uma célula solar para nós?

00:03:24.030 --> 00:03:26.900
Aqui estão alguns exemplos:
estas são conchas naturais

NOTE Paragraph

00:03:26.900 --> 00:03:27.890
materiais biológicos

00:03:27.890 --> 00:03:30.000
A concha do haliote
-- se nós a quebrarmos,

00:03:30.000 --> 00:03:32.000
podemos constatar a sua nano-estrutura.

00:03:32.000 --> 00:03:34.420
Estas diatomáceas
são essencialmente feitas de SiO2

00:03:34.420 --> 00:03:36.780
e estas são bactérias
com propriedades magnéticas

00:03:36.780 --> 00:03:39.000
que podem ser utilizadas para a navegação.

00:03:39.000 --> 00:03:41.000
Todas estas conchas têm em comum

00:03:41.000 --> 00:03:43.000
o facto de apresentarem uma nanoestrutura

00:03:43.000 --> 00:03:45.520
e terem uma sequência de ADN

00:03:45.520 --> 00:03:47.600
que codifica uma sequência de proteínas

00:03:47.600 --> 00:03:49.850
que lhes dá um plano,
uma ordem de construção,

00:03:49.850 --> 00:03:52.560
que lhes permite contruir
estas estruturas maravilhosas.

00:03:52.560 --> 00:03:54.190
Regressando à concha de haliote,

00:03:54.190 --> 00:03:56.310
o haliote produz estas conchas
com proteínas

00:03:56.310 --> 00:03:58.580
Estas proteínas
têm uma carga eléctrica negativa

00:03:58.580 --> 00:04:01.580
o que lhes permite "puxar",
absorver, o cálcio do seu ambiente

00:04:01.580 --> 00:04:05.430
e criar alternadamente camadas de cálcio /
carbonato / cálcio / carbonato, etc...

00:04:05.430 --> 00:04:07.400
O haliote tem uma sequência
de aminoácidos

00:04:07.400 --> 00:04:09.480
que diz: "É assim
que se constrói a concha.

00:04:09.480 --> 00:04:12.560
"Aqui está a sequência de ADN,
aqui está a sequência de proteínas

00:04:12.560 --> 00:04:14.010
"para construir a concha".

00:04:14.010 --> 00:04:17.070
O que aconteceria se fosse possível
escolher qualquer material,

00:04:17.070 --> 00:04:19.200
ou qualquer elemento da Tabela Periódica,

00:04:19.200 --> 00:04:20.890
encontrar a sua sequência de ADN,

00:04:20.890 --> 00:04:23.340
codificar a respectiva
sequência de proteínas

00:04:23.340 --> 00:04:24.910
para construir uma estrutura

00:04:24.910 --> 00:04:27.760
-- não uma concha
mas algo que nunca foi produzido --

00:04:27.760 --> 00:04:29.960
de forma natural?

NOTE Paragraph

00:04:31.050 --> 00:04:33.240
Aqui está a Tabela Periódica.

00:04:33.470 --> 00:04:35.330
Acho a Tabela Periódica uma maravilha!

00:04:35.330 --> 00:04:37.660
Todos os anos,
para receber os Caloiros no MIT,

00:04:37.660 --> 00:04:39.480
tenho uma Tabela Periódica que diz:

00:04:39.480 --> 00:04:42.220
"Bem-vindo ao MIT.
Agora estás no teu elemento." (Risos)

00:04:42.220 --> 00:04:45.000
Do outro lado, uma tabela que indica

00:04:45.000 --> 00:04:47.740
as cargas dos aminoácidos
para diferentes valores de pH.

00:04:47.740 --> 00:04:50.490
E distribuo estas Tabelas
a milhares de alunos.

00:04:50.490 --> 00:04:53.870
Eu sei que estas Tabelas dizem "MIT",
e que nós estamos no "CalTech",

00:04:53.870 --> 00:04:56.110
mas tenho mais algumas,
se alguém as quiser...

00:04:56.110 --> 00:04:56.950
Tive muita sorte

00:04:56.950 --> 00:04:59.810
por o Presidente Obama
visitar o meu laboratório, este ano.

00:04:59.810 --> 00:05:01.040
Quando ele visitou o MIT,

00:05:01.040 --> 00:05:03.160
eu queria mesmo dar-lhe
uma Tabela Periódica.

00:05:03.160 --> 00:05:05.590
Por isso, durante a noite,
perguntei ao meu marido:

00:05:05.590 --> 00:05:08.440
"-- Como vou dar uma Tabela Periódica
ao Presidente Obama?"

00:05:08.440 --> 00:05:10.560
E se ele me diz:
"- Oh, eu já tenho uma..."

00:05:10.560 --> 00:05:12.660
Ou: "-- Já a memorizei, obrigado!" (Risos)

00:05:12.660 --> 00:05:15.590
No dia seguinte, o Presidente Obama
visitou o meu laboratório,

00:05:15.590 --> 00:05:16.890
-- foi uma ótima visita! --

00:05:16.890 --> 00:05:20.430
e, no final, eu disse: "Sr. Presidente,
quero dar-lhe uma Tabela Periódica

00:05:20.430 --> 00:05:22.820
"para numa dificuldade
calcular o peso molecular".

00:05:22.820 --> 00:05:23.590
(Risos)

00:05:23.590 --> 00:05:25.940
Pensei que "peso molecular"
soaria menos técnico

00:05:25.940 --> 00:05:27.550
do que "massa molecular".

00:05:27.550 --> 00:05:28.300
(Risos)

00:05:28.300 --> 00:05:30.250
Ele olhou para a Tabela Periódica

00:05:30.250 --> 00:05:33.620
e disse: "-- Obrigado.
Vou olhar para ela periodicamente."

00:05:33.620 --> 00:05:35.250
(Risos)

00:05:35.250 --> 00:05:37.520
(Aplausos)

00:05:39.810 --> 00:05:42.980
Mais tarde, o Presidente fez um discurso
sobre "energia limpa",

00:05:42.980 --> 00:05:44.770
mostrou a Tabela Periódica e disse:

00:05:44.770 --> 00:05:47.710
"-- E as pessoas do MIT
oferecem Tabelas Periódicas". (Risos)

NOTE Paragraph

00:05:47.710 --> 00:05:49.090
O que eu não vos disse

00:05:49.090 --> 00:05:52.570
é que os organismos começaram a construir
conchas há 500 milhões de anos,

00:05:52.570 --> 00:05:55.860
mas demoraram cerca de 50 milhões de anos
para serem bem sucedidos.

00:05:55.860 --> 00:05:58.750
Demoraram cerca de 50 milhões de anos
a conseguirem perfeição

00:05:58.750 --> 00:06:00.530
na produção desta concha de haliote.

00:06:00.530 --> 00:06:03.640
Isto é difícil de explicar a um aluno:
"este projecto é para fazer

00:06:03.640 --> 00:06:05.260
"em 50 milhões de anos"...
(Risos)

00:06:05.260 --> 00:06:06.960
Temos que desenvolver uma forma

00:06:06.960 --> 00:06:08.360
de fazê-lo mais rapidamente.

00:06:08.360 --> 00:06:09.850
Utilizamos um vírus inofensivo


00:06:09.850 --> 00:06:11.090
chamado bacteriófago M13,

00:06:11.090 --> 00:06:13.000
cuja função é infectar bactérias,

00:06:13.000 --> 00:06:15.000
que tem uma estrutura de ADN simples

00:06:15.000 --> 00:06:19.470
que podemos cortar, e onde
podemos inserir porções adicionais.

00:06:19.470 --> 00:06:21.000
Ao fazê-lo, permitimos ao vírus

00:06:21.000 --> 00:06:24.320
codificar estruturas aleatórias
de proteínas.

NOTE Paragraph

00:06:24.320 --> 00:06:26.580
Esta é uma forma muito básica
de biotecnologia.

00:06:26.580 --> 00:06:28.390
Podemos fazer isto milhões de vezes.

00:06:28.390 --> 00:06:30.750
Podemos ter milhões de variantes
do mesmo vírus,

00:06:30.750 --> 00:06:32.500
geneticamente idênticas,

00:06:32.500 --> 00:06:34.660
diferindo uma das outras
num pequeno detalhe,

00:06:34.660 --> 00:06:36.000
numa sequência

00:06:36.000 --> 00:06:38.000
que codifica uma proteína.

00:06:38.000 --> 00:06:40.000
Se tomarmos todas estas variantes,

00:06:40.000 --> 00:06:42.000
as colocarmos numa gota
de um meio de crescimento,

00:06:42.000 --> 00:06:45.000
podemos forçá-las a interagir
com os elementos que quisermos

00:06:45.000 --> 00:06:47.490
e, através de um processo
de selecção, de evolução,

00:06:47.490 --> 00:06:50.600
podemos escolher de entre um milhão
o que faz o que nós queremos,

00:06:50.600 --> 00:06:53.240
como produzir uma bateria
ou uma célula foto-voltaica.

NOTE Paragraph

00:06:53.240 --> 00:06:56.580
Para que os vírus se possam replicar,
eles precisam de um hospedeiro.

00:06:56.580 --> 00:07:00.150
Assim que identificamos o vírus,
podemos usá-lo para infectar uma bactéria,

00:07:00.160 --> 00:07:03.480
e fazer milhões e milhões de cópias
dessa sequência em particular.

00:07:03.500 --> 00:07:05.250
Uma coisa maravilhosa na biologia

00:07:05.250 --> 00:07:07.000
é que produz estruturas complexas

00:07:07.000 --> 00:07:09.000
com ligações entre diferentes escalas.

00:07:09.000 --> 00:07:11.000
Estes vírus são longos e finos

00:07:11.000 --> 00:07:13.000
pelo que podemos utilizá-los

00:07:13.000 --> 00:07:15.000
para produzir materiais
como semicondutores

00:07:15.000 --> 00:07:17.630
ou componentes para baterias

NOTE Paragraph

00:07:17.630 --> 00:07:20.440
Esta é uma bateria
que eu fiz crescer no meu laboratório.

00:07:20.440 --> 00:07:23.000
Criámos um vírus para montar
nanotubos de carbono.

00:07:23.000 --> 00:07:25.660
De cada vez que o vírus
encontra um nanotubo de carbono,

00:07:25.660 --> 00:07:27.840
a outra parte do vírus tem uma sequência

00:07:27.840 --> 00:07:30.890
que produz um material
para o eléctrodo de uma bateria

00:07:30.890 --> 00:07:33.000
e que se liga ao colector.

00:07:33.000 --> 00:07:35.000
Através de um processo de selecção,

00:07:35.000 --> 00:07:38.000
conseguimos partir de um vírus
que fazia uma bateria tosca

00:07:38.000 --> 00:07:40.190
e chegar a um vírus
que faz uma boa bateria;

00:07:40.190 --> 00:07:42.860
uma bateria capaz de bater recordes,
de alto desempenho,

00:07:42.860 --> 00:07:46.900
construída a temperatura ambiente,
numa bancada de laboratório.

00:07:46.900 --> 00:07:50.070
Essa bateria foi à Casa Branca,
para uma conferência de imprensa,

00:07:50.070 --> 00:07:51.500
e eu trouxe-a aqui, hoje.

00:07:51.500 --> 00:07:54.950
Podem vê-la nesta caixa -- produz
electricidade para manter o LED aceso.

00:07:54.950 --> 00:07:57.720
Se fôssemos capazes de aumentar
a escala desta bateria,

00:07:57.720 --> 00:08:00.320
poderíamos usá-la para alimentar um Prius

00:08:00.320 --> 00:08:03.910
-- é o meu sonho -- conduzir um carro
eléctrico alimentado por um vírus.

00:08:03.910 --> 00:08:04.760
(Risos)

NOTE Paragraph

00:08:04.760 --> 00:08:06.910
Essencialmente, é este o princípio:

00:08:06.910 --> 00:08:09.000
podemos escolher um vírus num milhão

00:08:09.000 --> 00:08:11.000
e produzir inúmeras cópias...

00:08:11.000 --> 00:08:13.000
Podemos amplificar o processo,

00:08:13.000 --> 00:08:15.000
criar condições para auto-organização

00:08:15.000 --> 00:08:17.000
numa estrutura como uma bateria.

00:08:17.000 --> 00:08:19.210
Somos capazes de fazer isto
com catalizadores.

00:08:19.210 --> 00:08:20.980
Isto é um exemplo

00:08:20.980 --> 00:08:23.750
de um separador catalítico de água.

00:08:23.750 --> 00:08:25.410
O que fomos capazes de fazer

00:08:25.410 --> 00:08:28.000
foi criar um vírus que absorve
moléculas de pigmentos

00:08:28.000 --> 00:08:30.000
armazenando-as na superfície do vírus

00:08:30.000 --> 00:08:32.000
o que funciona como uma antena

00:08:32.000 --> 00:08:34.510
conseguindo um mecanismo
de transferência de energia.

00:08:34.510 --> 00:08:36.000
Associamos um segundo gene

00:08:36.000 --> 00:08:38.000
que permite acumular
um material inorgânico

00:08:38.000 --> 00:08:41.030
que pode ser utilizado
para separar a água nos seus componentes,

00:08:41.030 --> 00:08:42.290
oxigénio e hidrogénio,

00:08:42.290 --> 00:08:45.000
e que pode ser utilizado
para produzir combustível limpo.

00:08:45.000 --> 00:08:46.520
Trouxe um exemplo comigo, hoje.

00:08:46.520 --> 00:08:49.120
Os meus estudantes
garantiram-me que iria funcionar.

00:08:49.120 --> 00:08:51.160
Isto são nanofilamentos criados por vírus.

00:08:51.160 --> 00:08:53.540
Quando os iluminamos,
podemos vê-los borbulhar

00:08:53.540 --> 00:08:55.800
-- neste caso, vemos bolhas de oxigénio.

00:08:55.800 --> 00:08:57.520
(Aplausos)

00:08:57.870 --> 00:09:00.510
Através da manipulação dos genes,

00:09:00.510 --> 00:09:03.430
podemos controlar muitos materiais
para melhorar o desempenho

00:09:03.430 --> 00:09:04.950
dos mais diversos dispositivos.

NOTE Paragraph

00:09:04.950 --> 00:09:08.570
O último exemplo: células foto-voltaicas,
com que também podemos fazer isto.

00:09:08.590 --> 00:09:11.640
Conseguimos manipular vírus
para utilizarem nanotubos de carbono

00:09:11.640 --> 00:09:15.000
e fazerem crescer
dióxido de titânio à volta deles,

00:09:15.000 --> 00:09:19.000
o que permite obter electrões livres.

00:09:19.000 --> 00:09:21.400
Descobrimos que,
através de manipulação genética,

00:09:21.400 --> 00:09:25.990
foi aumentar a eficiência
destas células foto-voltaicas

00:09:26.000 --> 00:09:28.000
para valores recorde

00:09:28.000 --> 00:09:31.000
para estes tipos de sistemas.

00:09:31.000 --> 00:09:33.000
Cá está uma célula desse tipo

00:09:33.000 --> 00:09:37.230
que poderemos experimentar lá fora,
daqui a pouco.

00:09:37.230 --> 00:09:39.440
Uma célula foto-voltaica
produzida por vírus.

00:09:39.440 --> 00:09:41.310
Através de manipulação e selecção,

00:09:41.310 --> 00:09:44.480
conseguimos levar uma célula foto-voltaica
com 8% de eficiência,

00:09:44.480 --> 00:09:46.000
a apresentar 11% de eficiência.

NOTE Paragraph

00:09:46.000 --> 00:09:48.000
Espero tê-los convencido

00:09:48.000 --> 00:09:51.990
de que há um grande número de coisas
interessantíssimas a aprender

00:09:51.990 --> 00:09:54.510
sobre como alguns materiais
são produzidos na Natureza

00:09:54.510 --> 00:09:55.580
e, no passo seguinte,

00:09:55.580 --> 00:09:58.130
compreender se somos capazes
de usar a forma

00:09:58.130 --> 00:10:00.580
como a Natureza produz
estes materiais,

00:10:00.580 --> 00:10:03.270
para produzir materiais
com que a Natureza nunca sonhou.

NOTE Paragraph

00:10:03.270 --> 00:10:04.770
Obrigada! (Aplausos)