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Como os primeiros humanos usaram o fogo para mudar permanentemente a paisagem milênios atrás

Campos de solo cor de ferrugem, mandioca espigada, pequenas fazendas e aldeias pontuam a paisagem. Poeira e fumaça borram as montanhas visíveis além do enorme Lago Malawi. Aqui na África tropical, você não pode escapar dos sinais da presença humana.

Quanto tempo você precisaria voltar no tempo para descobrir um ambiente totalmente natural?

Nosso trabalho mostrou que demoraria muito: pelo menos 85.000 anos, 8 vezes antes das primeiras transformações do solo via agricultura.

Somos parte de uma colaboração interdisciplinar entre arqueólogos que estudam o comportamento humano anterior, geocronólogos que estudam o momento da mudança da paisagem e cientistas paleoambientais que estudam ambientes antigos. Ao combinar as evidências dessas especialidades de pesquisa, identificamos um caso, no passado muito distante, dos primeiros seres humanos dobrando os ambientes para atender às suas necessidades. Ao fazer isso, eles transformaram a paisagem ao seu redor de maneiras ainda visíveis hoje.

Procurando por pistas comportamentais e ambientais
A estação seca é a melhor época para fazer pesquisas de campo arqueológicas aqui, e encontrar locais é fácil. Na maioria dos lugares que cavamos nesses solos vermelhos, encontramos artefatos de pedra. Eles são a evidência de que alguém se sentou e quebrou pedras com habilidade para criar arestas tão afiadas que ainda podem tirar sangue. Muitas dessas ferramentas de pedra podem ser encaixadas novamente, reconstruindo uma única ação por uma única pessoa, de dezenas de milhares de anos atrás.

Até agora, recuperamos mais de 45.000 artefatos de pedra aqui, enterrados muitos pés (1 a 7 metros) abaixo da superfície do solo. Os locais que estamos escavando datam de uma época que varia de cerca de 315.000 a 30.000 anos atrás, conhecida como Idade da Pedra Média. Este também foi um período na África em que as inovações no comportamento humano e na criatividade surgem com frequência, e mais cedo do que em qualquer outro lugar do mundo.

Como esses artefatos foram enterrados? Por que existem tantos deles? E o que esses antigos caçadores-coletores estavam fazendo enquanto os criavam? Para responder a essas perguntas, precisávamos descobrir mais sobre o que estava acontecendo neste lugar durante o tempo deles.

Para uma imagem mais clara dos ambientes onde esses primeiros humanos viveram, nos voltamos para o registro fóssil preservado em camadas de lama no fundo do Lago Malawi. Ao longo de milênios, o pólen foi lançado na água e minúsculos organismos que vivem no lago ficaram presos em camadas de sujeira no fundo do lago. Membros de nossa equipe colaborativa extraíram um núcleo de lama de 1.250 pés (380 metros) de lama de uma barcaça modificada e, em seguida, registraram meticulosamente os fósseis microscópicos que ele continha, camada por camada. Eles então os usaram para reconstruir ambientes antigos em toda a bacia.

Hoje, esta região é caracterizada por bosques abertos, com arbustos tolerantes ao fogo, que não desenvolvem uma copa fechada e espessa. As florestas que desenvolvem essas copas abrigam a mais rica diversidade de vegetação; este ecossistema agora está restrito a manchas que ocorrem em altitudes mais elevadas. Mas essas florestas uma vez se estendiam até a margem do lago.

Com base na evidência de planta fóssil presente em vários momentos nos núcleos de perfuração, pudemos ver que a área ao redor do Lago Malawi alternou repetidamente entre períodos úmidos de expansão florestal e períodos secos de contração florestal.

Como a área passou por ciclos de aridez, impulsionados pela mudança climática natural, o lago às vezes encolheu para apenas 5% de seu volume atual. Quando o nível dos lagos eventualmente aumentava a cada vez, as florestas invadiam a costa. Isso aconteceu repetidamente nos últimos 636.000 anos.

Aproveitando o fogo para gerenciar recursos
A lama no núcleo também contém um registro da história do incêndio, na forma de minúsculos fragmentos de carvão. Essas pequenas manchas nos disseram que cerca de 85.000 anos atrás, algo estranho aconteceu ao redor do Lago Malawi. A produção de carvão aumentou, a erosão aumentou e, pela primeira vez em mais de meio milhão de anos, as chuvas não trouxeram a recuperação da floresta.

Ao mesmo tempo que essa explosão de carvão aparece no registro do núcleo da broca, nossos sítios começaram a aparecer no registro arqueológico, tornando-se tão numerosos que formaram uma paisagem contínua repleta de ferramentas de pedra. Outro núcleo de perfuração imediatamente offshore mostrou que, à medida que o número de locais aumentava, mais e mais carvão estava sendo despejado no lago. Os primeiros humanos começaram a deixar sua primeira marca permanente na paisagem.

O uso do fogo é uma tecnologia que remonta a pelo menos um milhão de anos. Usá-lo de uma forma tão transformadora é a inovação humana em sua forma mais poderosa. Os caçadores-coletores modernos usam o fogo para se aquecer, cozinhar e se socializar, mas muitos também o utilizam como uma ferramenta de engenharia. Com base na transformação permanente e em larga escala da vegetação em florestas mais tolerantes ao fogo, inferimos que era isso que esses antigos caçadores-coletores estavam fazendo.

Ao converter o ritmo sazonal natural do incêndio florestal em algo mais controlado, as pessoas podem encorajar áreas específicas de vegetação a crescer em diferentes estágios. Essa chamada “pirodiversidade” estabelece fragmentos de habitat em miniatura e diversifica as oportunidades de coleta de alimentos, como se fosse aumentar a seleção de produtos em um supermercado.

Assim como hoje, mudar qualquer parte de um ecossistema tem consequências em todos os outros lugares. Com a perda de florestas fechadas no antigo Malawi, a vegetação tornou-se dominada por florestas mais abertas que são resistentes ao fogo, mas não continham a mesma diversidade de espécies. Essa combinação de chuvas e redução da cobertura de árvores também aumentou as oportunidades de erosão, que espalhou sedimentos em uma espessa manta conhecida como leque aluvial. Ele isolou sítios arqueológicos e criou a paisagem que você pode ver aqui hoje.

Os impactos humanos podem ser sustentáveis
Embora a disseminação de agricultores pela África nos últimos milhares de anos tenha causado mais transformações na paisagem e na vegetação, descobrimos que o legado dos impactos humanos já existia dezenas de milhares de anos antes. Isso oferece uma chance de entender como esses impactos podem ser sustentados em escalas de tempo muito longas.

A maioria das pessoas associa os impactos humanos a um período posterior à Revolução Industrial, mas os paleocientistas têm uma perspectiva mais profunda. Com ele, pesquisadores como nós podem ver que, onde e quando os humanos vivessem, devemos abandonar a ideia de “natureza prístina”, intocada por qualquer marca humana. No entanto, também podemos ver como os humanos moldaram seus ambientes de maneiras sustentáveis ​​por longos períodos, causando a transformação do ecossistema sem colapso.

Ver o longo arco de influência humana, portanto, nos dá muito a considerar não apenas sobre nosso passado, mas também sobre nosso futuro. Ao estabelecer padrões ecológicos de longo prazo, os esforços de conservação relacionados ao controle do fogo, proteção das espécies e segurança alimentar humana podem ser mais direcionados e eficazes. As pessoas que vivem nos trópicos, como o Malaui hoje, são especialmente vulneráveis ​​aos impactos econômicos e sociais da insegurança alimentar provocada pelas mudanças climáticas. Ao estudar o passado profundo, podemos estabelecer conexões entre a presença humana de longo prazo e a biodiversidade que a sustenta.

Com esse conhecimento, as pessoas podem estar mais bem equipadas para fazer o que os humanos já inovaram há quase 100.000 anos na África: gerenciar o mundo ao nosso redor.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.

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Uma nova ferramenta de edição de genes pode rivalizar com o CRISPR e fazer milhões de edições de uma só vez

Com a ascensão meteórica do CRISPR como uma maravilha da edição de genes, é fácil esquecer suas origens humildes: ele foi descoberto pela primeira vez como uma peculiaridade do sistema imunológico bacteriano.

Parece que as bactérias têm mais a oferecer. Este mês, uma equipe liderada pelo famoso biólogo sintético Dr. George Church, da Universidade de Harvard, sequestrou outra estranha peça da biologia bacteriana. O resultado é uma ferramenta poderosa que pode – em teoria – editar simultaneamente milhões de sequências de DNA, com um “código de barras” para acompanhar as mudanças. Tudo isso sem quebrar uma única e delicada fita de DNA.

Por enquanto, essas ferramentas biológicas, chamadas de “Retron Library Recombineering (RLR)”, só foram testadas em células bacterianas. Mas, como mostra a jornada do CRISPR para a terapia gênica, mesmo as descobertas mais estranhas de criaturas inferiores podem catapultar nossos sonhos mais loucos de terapia gênica ou biologia sintética em realidade.

“Este trabalho ajuda a estabelecer um roteiro para o uso de RLR em outros sistemas genéticos, o que abre muitas possibilidades interessantes para pesquisas genéticas futuras”, disse Church.

Mas, por que o CRISPR é inadequado?
Retrons são estranhos. Em vez disso, vamos começar com CRISPR.

Você já deve estar familiarizado com o funcionamento. Existem dois componentes: um tipo de RNA e uma proteína. O RNA guia “bloodhound” amarra a proteína Cas “tesoura” a um gene específico. Na versão clássica, Cas corta o gene para desligá-lo. Avanços mais recentes permitem que Cas substitua uma letra genética específica ou corte vários genes de uma vez.

Para a versão cortar e substituir, à medida que o gene se cura, muitas vezes ele procura um modelo. CRISPR pode transportar um gene modelo para a célula confiar. Desta forma, a célula é enganada em uma edição de cópia genética: substituindo uma frase genética defeituosa por outra que seja biologicamente gramatical.

O problema com o CRISPR é a fragmentação do DNA. Se você já cortou uma frase em seu telefone, percebeu que cortou os pedaços errados, colou de volta com outra mensagem que agora não faz sentido e clicou em enviar – bem, isso é meio análogo ao que pode acontecer com CRISPR. O perigo de danos ao nosso genoma aumenta quando precisamos editar vários genes. Isso se torna um grande problema na biologia sintética, que usa a manipulação genética para conferir às células novas habilidades ou até mesmo criar organismos completamente novos.

As células são criaturas teimosas desenvolvidas a partir de eras de evolução, então mudar um único gene raramente é suficiente para fazer com que, por exemplo, uma bactéria bombeie biocombustíveis ou medicamentos, tornando necessária a edição de genes multiplexados. A maioria das células também se divide rapidamente, de modo que é essencial para qualquer modificação genética durar gerações. CRISPR freqüentemente luta com ambos. A equipe da Igreja acha que tem uma solução.

Conheça Retrons
A nova ferramenta é chamada de RLR, e o primeiro “R” significa retrons. Essas são criaturas amplamente difundidas, mas totalmente misteriosas, cuja “biologia natural … é amplamente desconhecida”, escreveu a equipe, embora semelhante ao CRISPR, eles podem estar envolvidos no sistema imunológico bacteriano.

Descobertos pela primeira vez em 1984, os retrons são fitas flutuantes de DNA em algumas células de bactérias que podem ser convertidas em um tipo específico de DNA – uma única cadeia de bases de DNA denominadas ssDNAs (sim, é estranho). Mas isso é uma notícia fantástica para a edição de genes, porque as sequências de DNA de fita dupla de nossas células tornam-se cadeias simples impressionáveis ​​quando se dividem. Sincronismo perfeito para uma isca e troca de retrons.

Normalmente, nosso DNA existe em hélices duplas que são firmemente envolvidas em 23 feixes, chamados cromossomos. Cada feixe de cromossomos vem em duas cópias e, quando uma célula se divide, as cópias se separam para se duplicar. Durante esse tempo, as duas cópias às vezes trocam genes em um processo chamado recombinação. É quando os retrons podem entrar furtivamente, inserindo sua progênie ssDNA na célula em divisão. Se eles carregam novos truques – digamos, permitir que uma célula de bactéria se torne resistente a drogas – e se inserem com sucesso, então a progênie da célula herdará essa característica.

Por causa da maquinaria natural da célula, os retrons podem se infiltrar em um genoma sem cortá-lo. E eles podem fazer isso em milhões de células em divisão ao mesmo tempo.

“Descobrimos que os retrons deveriam nos dar a capacidade de produzir ssDNA dentro das células que queremos editar, em vez de tentar forçá-los a entrar na célula de fora, e sem danificar o DNA nativo, que são qualidades muito atraentes”, disse o estudo. autor Dr. Daniel Goodman.

A fabricação de RTR
Semelhante ao CRISPR, o RTR tem vários componentes: o fragmento genético que contém uma mutação (a isca) e duas proteínas, RT e SSAP (transcriptase reversa e proteínas de anelamento de fita simples), que transformam o retron em ssDNA e permitem que ele se insira em uma célula em divisão.

Como em Game of Thrones, há muitos jogadores. Então, para deixar mais claro: os retrons carregam o código genético que queremos inserir; RT o torna em uma forma mais compatível que é chamada de ssDNA; e o SSAP o cola no DNA enquanto ele se divide. Basicamente, um cavalo de Tróia invade a célula e despeja espiões que se inserem na célula – mudando seu DNA – com a ajuda de mágicos enzimáticos.

As duas proteínas são novas para a festa. Anteriormente, os cientistas tentaram usar retrons para edição de genes, mas a eficiência era extremamente baixa – cerca de 0,1 por cento de todas as células bacterianas infectadas. Os dois recém-chegados acalmaram o “sistema de alarme” natural da bactéria que corrige as alterações no DNA – então eles ignoram os novos bits de DNA – e permitem que as edições entrem e passem para a próxima geração. Um outro truque era neutralizar dois genes que codificam proteínas que normalmente destroem o ssDNA.

Em um teste, a equipe descobriu que mais de 90 por cento das células bacterianas admitiram prontamente a nova sequência retron em seu DNA. Em seguida, eles ficaram grandes. Comparados ao CRISPR, os retrons têm uma vantagem, pois sua sequência pode atuar como um código de barras. Isso significa que é possível realizar vários experimentos de edição de genes ao mesmo tempo e descobrir quais células foram editadas com qual retron sequenciando o código de barras.

Em um teste de prova de conceito, a equipe explodiu algumas células de bactérias com retrons que continham sequências de resistência a antibióticos. Ao sequenciar apenas as letras do DNA dos retrons de um pool de bactérias tratadas com antibióticos, eles descobriram que as células com retrons – dando-lhes o novo superpoder contra as drogas – permaneceram em porções muito mais altas do que outras células.

Em outro teste, a equipe tentou determinar quantos retrons eles poderiam usar de uma vez. Eles pegaram outra cepa de bactéria resistente a antibacterianos e dividiram seu genoma para construir uma biblioteca de dezenas de milhões de retrons. Eles então colocaram esses pedaços em bambolês de DNA – chamados de plasmídeos – e os colocaram em células de bactérias. Como antes, a equipe poderia facilmente encontrar os retrons que conferiam poder antibacteriano sequenciando os códigos de barras daqueles que permaneceram vivos.

Mas por que?
É assim que funciona. Mas qual é o porquê?

O objetivo é fácil: encontrar outra solução para o CRISPR que possa influenciar milhões de células de uma vez, sem danificar as células. Em outras palavras, leve a edição de genes para a era do big data, por meio de várias gerações.

Comparada ao CRISPR, a nova ferramenta RLR é mais simples porque não requer uma ferramenta de “guia” além de uma ferramenta de “edição” – um retron é basicamente um dois em um. Ser capaz de influenciar vários genes ao mesmo tempo – sem cortá-los fisicamente – também o torna uma ferramenta intrigante para a biologia sintética. A ferramenta também tem poder de permanência. Em vez de um etos CRISPR “um e pronto”, dura por gerações à medida que as células se dividem.

Dito isso, a RTR tem concorrência. Como funciona melhor com células em divisão, pode não ser tão poderoso em células relutantes que se recusam a se dividir – por exemplo, neurônios. Por outro lado, as atualizações recentes do CRISPR tornaram possível também ativar ou desativar genes – sem cortá-los – por meio da epigenética.

Mas RLR oferece escala. “Ser capaz de analisar bibliotecas mutantes com código de barras agrupadas com RLR permite que milhões de experimentos sejam realizados simultaneamente, permitindo-nos observar os efeitos das mutações no genoma, bem como como essas mutações podem interagir umas com as outras”, disse Church.

Shelly Fan para SingularityHub.

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O Google está desenvolvendo uma ferramenta de videoconferência em 3D semelhante a um holograma, chamada Projeto Starline

O fim da pandemia parece estar próximo, mas provavelmente trouxe mudanças duradouras à maneira como trabalhamos, vivemos e nos conectamos. Como as viagens começam a decolar novamente e muitos funcionários voltam aos seus escritórios, outros estão optando por ficar parados, tanto em suas cidades como dentro de suas casas. “Por que voar pelo país para uma reunião quando você pode fazer no Zoom?”, Prossegue o raciocínio. Embora ainda haja um valor imenso e insubstituível em ver outros humanos cara a cara, as empresas estão apostando em pessoas que desejam ou precisam de ferramentas melhores para conexão remota.

Uma dessas empresas é o Google. Esta semana, o gigante das buscas na Internet revelou o Projeto Starline, uma ferramenta de bate-papo por vídeo semelhante a um holograma que faz parecer que a pessoa com quem você está falando está na mesma sala.

O que está na mesma sala é uma cabine, não muito diferente de uma que você sentaria em um restaurante, exceto que esta é decorada com câmeras e sensores. Eles capturam sua imagem e movimentos de vários pontos de vista, e essas imagens são transmitidas para um estande semelhante em uma sala diferente (seja no mesmo prédio ou em outro estado). Você vê a pessoa com quem está se encontrando em uma tela de campo de luz, uma tecnologia que funciona cortando o volume de uma imagem radialmente (da mesma forma que você cortaria um bolo). Também há áudio espacial, fazendo com que pareça que o som da voz da outra pessoa está ao seu redor, em vez de emanar de um pequeno alto-falante.

Surpreendentemente, a Starline não foi concebida durante a pandemia como uma tentativa frenética de manter os humanos socialmente distantes e presos conectados; conforme relatado pela Wired, o chefe de realidade virtual e aumentada do Google, Clay Bavor, disse que o projeto está em andamento há mais de cinco anos.

Bavor vê o Starline como estando em uma categoria diferente de ferramentas como o Zoom. “Eu sei que a pessoa com quem estou sentado não está checando o telefone durante a reunião, e isso é bom”, disse ele à Wired. “Mas a loucura é que eu acordava na manhã seguinte e tinha a memória de: ‘Ah, eu vi Steve ontem’. Não como ‘Tive uma videochamada com Steve ontem’. E há algo diferente sobre como nossas memórias estão estabelecidas. ”

As imagens no vídeo de amostra do Projeto Starline parecem impressionantemente realistas. No entanto, a tecnologia não está perto de estar pronta para uso generalizado; ainda há falhas a serem resolvidas e melhorias a serem feitas, sem mencionar um custo que é, sem dúvida, proibitivamente alto (detalhes de custo não foram divulgados).

Parece, no entanto, que não nos afastaremos da videoconferência no futuro, e a tecnologia para isso vai melhorar lenta, mas seguramente. O Google está longe de ser a única empresa que trabalha com esse tipo de tecnologia. Uma empresa chamada PORTL fabrica uma “caixa de holograma” de 2,10 metros de altura com telas de LCD transparentes em suas paredes, e a pessoa que aparece como um holograma só precisa ter uma câmera e estar de pé contra um fundo branco. O Mesh da Microsoft tem como objetivo, eventualmente, integrar hologramas 3D em tempo real em sua plataforma.

Em breve começaremos a ver que tipo de demanda existe por tecnologia avançada de videoconferência e, por outro lado, até que ponto as pessoas estão dispostas ou ansiosas para voltar para reuniões pessoais e viagens. Meu voto é para o último, mas é bom saber que eventualmente teremos algumas opções de backup sólidas para quando você simplesmente não quiser entrar em um avião, trem ou se estiver em um prédio com vários andares e vários Cabines Starline, um elevador.

Vanessa Bates Ramirez para SingularityHub.