De cátodos à cristalografia

Um tubo de raios catódicos do início de 1900

Começamos a nossa história no final do século XIX com um pouco de tecnologia que ninguém compreendia bem na época, mas que estava prestes a mudar a face da ciência: o tubo de raios catódicos (nodo A no diagrama em baixo). Era um tubo de vidro selado, esvaziado de quase todo o ar — mas quando se fazia passar uma corrente elétrica através do tubo, já não parecia vazio. Misteriosos raios de luz atravessavam o tubo. Em 1897, os físicos descobriram que esses raios catódicos na verdade eram correntes de eletrões (B). A descoberta do eletrão, por sua vez, conduziu à descoberta dos núcleos atómicos em 1910 (C). No domínio da tecnologia, o tubo de raios catódicos aos poucos evoluiu, até levar à televisão (que é construída a partir de um tubo de raios catódicos em que o feixe de eletrões é defletido de modo a produzir uma imagem numa tela) e, eventualmente, a vários tipos de monitores de imagem (D e E). Mas isso não é tudo …

Em 1895, o físico alemão Wilhelm Roentgen percebeu que o seu tubo de raios catódicos parecia estar a produzir algum outro tipo de raio, além das luzes no interior do tubo. Estes novos raios eram invisíveis, mas faziam com que uma tela no seu laboratório se iluminasse. Ele tentou bloquear os raios, mas eles atravessavam papel, cobre e alumínio, mas não chumbo. E não atravessavam osso. Roentgen percebeu que os raios revelavam a tênue sombra dos ossos na sua mão! Roentgen descobriu os raios-X, uma forma de radiação eletromagnética (F). Esta descoberta iria, naturalmente, levar pouco depois à invenção da máquina de raios-X (G), que, por sua vez, iria evoluir para o aparelho de tomografia computadorizada (H) - ambos os quais se tornariam essenciais para diagnósticos médicos não-invasivos. E a máquina de TAC seria adotada pouco depois por outros ramos da ciência — investigação neurológica, arqueologia e paleontologia, em que a tomografia computadorizada é usada para estudar o interior de fósseis (I). Além disso, a descoberta dos raios-X, eventualmente, levaria ao desenvolvimento de telescópios de raios X para detetar a radiação emitida por objetos no espaço profundo (J). E estes telescópios, por sua vez, foram lançar luz sobre os buracos negros, supernovas e as origens do universo (K). Mas isso não é tudo … A descoberta dos raios-X também levou William e William Bragg (uma equipa de pai e filho), em 1913 e 1914, à ideia que os raios X poderiam ser usados para descobrir a disposição de átomos num cristal (L). Isso funciona um pouco como tentar descobrir o tamanho e a forma de um edifício com base na sua sombra: pode-se, a partir da forma da sombra, fazer uma suposição sobre as dimensões do edifício. Quando os raios-X atravessam um cristal, alguns raios-X são desviados ou dispersos (isto é, difratam) pelos átomos no cristal. Pode-se então extrapolar, a partir dos locais em que se observam os raios-X difratados, quais as posições relativas dos átomos do cristal. Esta técnica é conhecida como cristalografia de raios-X, e influenciou profundamente o curso da ciência, fornecendo imagens de estruturas moleculares. Talvez a consequência mais notável tenha sido que Rosalind Franklin usou cristalografia de raios-X para ajudar a descobrir a estrutura da molécula-chave da vida: o ADN. Em 1952, Franklin, tal como James Watson e Francis Crick, estava a trabalhar na estrutura do ADN — mas a partir de uma perspetiva diferente. Franklin foi laboriosamente produzindo imagens difratadas de ADN, enquanto que Watson e Crick estavam a experimentar diferentes estruturas com modelos das moléculas que o compõem. Na verdade, Franklin já havia proposto uma forma de hélice dupla para a molécula, quando, em 1953, um colega mostrou a imagem mais reveladora de Franklin a Watson. Essa imagem convenceu Watson e Crick que a molécula era uma hélice dupla, e indicou o arranjo dos átomos dentro dessa hélice. Ao longo das semanas seguintes, a famosa parelha usaria os seus modelos para identificar corretamente os detalhes químicos do ADN (M). O impacto da descoberta da estrutura do ADN na investigação científica, medicina, agricultura, conservação, e outras questões sociais tem sido de grande alcance — tanto assim, que é difícil escolher quais linhas de influência seguir. Para escolher apenas uma, a compreensão da estrutura do ADN (juntamente com muitos outros dados) finalmente permitiu aos biólogos desenvolver um método rápido e fácil de copiar pequenas quantidades de ADN, conhecidos como RCP - reação em cadeia da polimerase (N). Esta técnica (desenvolvida na década de 1980), por sua vez, permitiu o desenvolvimento de tecnologias de identificação por impressão digital de ADN, que se tornaram uma parte importante das investigações criminais modernas (O).

Tal como mostrado pelo fluxograma acima, o conhecimento científico (como a descoberta dos raios-X) e tecnologias (como a invenção da RCP) estão profundamente interligados e alimentam-se um ao outro. Neste caso, seguindo a influência de uma única tecnologia, o tubo de raios catódicos, ao longo de um século, levou-nos numa viagem que abrange fósseis antigos, supernovas, a invenção da televisão, o núcleo atómico, e a identificação com ADN. E mesmo esta complexa rede está incompleta. Compreender a estrutura do ADN, por exemplo, levou a muitos avanços para além do desenvolvimento de RCP. E da mesma forma, a invenção do aparelho de tomografia computadorizada dependeu de muito mais conhecimento científico do que apenas uma compreensão de como as máquinas de raios-X funcionam. O conhecimento científico e a tecnologia formam um labirinto de conexões em que cada ideia está ligada a todas as outras ideias através de um caminho sinuoso.

		O progresso científico frequentemente conduz a inovações tecnológicas, que podem, por sua vez, contribuir para novas descobertas científicas.

		Através de muitas etapas intermédias, o tubo de raios catódicos está ligado aos avanços modernos no ADN. Para saber mais sobre as etapas que antecederam a descoberta do arranjo dos átomos de ADN, visite A estrutura do ADN: Cooperação e competição.

		Aqui, examinámos as ligações feitas por uma única tecnologia com muitos avanços científicos e tecnológicos diferentes. Para ver o outro lado — um caso em que diferentes áreas do conhecimento científico convergem numa única tecnologia — confira Ciência na palma da mão.