Zumbis - Moda de terror e ferramentas para modelagem de infecções

Prezados Padawans, mais uma atualização nesta bagaça. Desta vez, um post estilo "estudo de caso". Faz dois anos que eu estava no laboratório e alguém me mostrou um capítulo do livro Infectious Disease Modelling Research Progress, intitulado, sem brincadeira: When Zombies Attack!: Mathematical Modelling of an Outbreak of Zombie Infection.

Não, não é Zumbi dos palmares.

O trabalho de matemáticos e estatísticos canadenses ainda começa de forma inacreditavelmente séria. A introdução nos coloca as origens das histórias de zumbis, desde a etimologia, mitos africanos, até as produções modernas do cineasta George Romero e jogos de video-games da Capcom.

E não, não é Cesar Romero.

Os autores então se focam no tipo de zumbi mais atual, lerdo e babaca, com sua origem de alguma infecção biológica. Segundo os autores, o modelo deve assumir um tipo de zumbi mais amplamente usado possível, para que o mesmo não se foque em tipos específicos e pouco difundidos na cultura pop.

Se fizessem modelagem de dinâmica de transmissão do vampirismo, certamente não usariam vampiros deste tipo. Sorry, girls.

Os autores então seguem com a metodologia. A construção das equações é uma parte divertida a mais no trabalho.

Hieróglifos?

O termo S diz respeito à população dos suscetíveis aos zumbis (os vivos), Z à população de zumbis e R aos removidos (algo como "zumbis mortos", mas sem soar redundante). Há outros fatores, como a probabilidade de alguém vencer um zumbi em um confronto, atirando em seu cérebro, ou arrancando sua cabeça; há a probablidade de se morrer por mortes "não zumbis" e a probabilidade de uma pessoa curada morrer naturalmente (isso a tornaria uma zumbi). Todos estes fatores implicam em variações na quantidade de suscetíveis, zumbis e curados em um segundo momento. Estas equações ajudam a predizer como a população será em algum momento no futuro.

Os modelos não levam em consideração que nós contamos com Rick Grimes e sua machadinha - Walking Dead #3.

O trabalho continua criando modelos com várias premissas, como infecções sendo latentes, quarentena e até com uma possibilidade de cura. Não vou abarrotar o post com equações, podem se acalmar.

Este gráfico é o mais otimista do trabalho... Pior que filmes do George Romero.

A conclusão que os pesquisadores chegam, é que, mesmo que haja uma cura, o único modo de prosperarmos é se acabarmos com o problema de uma vez, em uma geração. Isso porque as mortes naturais e por outros motivos do nosso lado, só aumentariam o número deles, já que o vírus/bactéria/patógeno genérico é transmitido por pessoas mortas. Isso, é claro, torna o modelo fantasioso demais para doenças reais, já que essa idéia de que, quanto mais pessoas mortas existirem, mais a doença se propagará, é difícil de encontrar contraponto realista. Mas o trabalho serve para mostrar que, mesmo em doenças fictícias, o único modo de se evitar a pandemia é o esforço conjunto de todos aqueles que podem ser suscetíveis, bem como de outras nações.

Para o blog, o artigo serve para mostrar que a modelagem matemática traz possibilidades de criar cenários que não vemos (como passado geológico, ou futuro com mudanças climáticas), observando como as ferramentas biológicas (a grosso modo: os bichos) respondem nessas realidades.

Seria como mandar um animal ameaçado de extinção para a Matrix e vê-lo lutando Kung Fu.

A modelagem em pesquisas parasitológicas e conservacionistas vem se mostrando uma excelente ferramenta. Os jovens estudantes costumam ter medo de ler coisas sobre o tema quando começam a ver as equações. Só há um modo de contornar este problema: lendo o trabalho. Se você ler desde o início até chegar na equação, vai compreender que os hieróglifos são só representações sintéticas das idéias que os autores estão dizendo em alguns parágrafos, incluindo ainda a beleza da matemática.

Quem acha matemática uma coisa bonita, deve levar a sério um trabalho com matemática e zumbis.

Algumas das referências bibliográficas que os autores usam são inacreditáveis para quem já está acostumado com trabalhos acadêmicos e a exigência de citação de artigos científicos. Vejam vocês mesmos alguns exemplos:

Brooks, Max, 2003 The Zombie Survival Guide - Complete Protection from the Living

Dead, Three Rivers Press, pp. 2-23.

Romero, George A. (writer, director), 1968 Night of the Living Dead.

Capcom, Shinji Mikami (creator), 1996-2007 Resident Evil.

Capcom, Keiji Inafune (creator), 2006 Dead Rising.

Pegg, Simon (writer, creator, actor), 2002 Shaun of the Dead.

Boyle, Danny (director), 2003 28 Days Later.

Snyder, Zack (director), 2004 Dawn of the Dead.

"Peraí, mãe! Tô fazendo meu levantamento bibliográfico!"

Lucas Skywalker é um biólogo que não gosta de filmes e jogos de zumbis, mas que acha divertido difundir o tema, mesmo que lhe tome preciosas horas que poderia utilizar para organizar sua aula de qualificação.

PS: Tenho que agradecer especialmente ao Dr. Bruno Chewbacca por ter me apresentado o trabalho em questão e me ensinado a beleza da matemática na ecologia.

A arte imita a vida

Saudações, prezados padawans! Fiquei afastado do blog por um bom tempo, mas nunca longe o suficiente. Sempre dando alguns pitacos nos posts do Cupim. A verdade é que estive ocupado com o mestrado e com a cerveja. Agora que tenho uma nova residência aqui em Manaus, e que dei uma adiantada nas coisas do mestrado, voltarei a postar com maior freqüência (assim espero).

Como tema deste post, resolvi falar sobre uma coisa que tenho familiaridade: entomologia. Sempre quando digo que faço mestrado em entomologia, tendo ainda que explicar que se trata do estudo dos insetos, não são muitas pessoas que se animam com o fato.

Da próxima vez que disser que estou me tornando mestre, direi que vou ser mestre de capoeira. Além de parecer legal, esse cara daí de cima deve pegar mais mulher que eu.

O que a maioria das pessoas não sabe, é que os insetos são os organismos mais diversos do planeta. A sua assombrosa diversidade de espécies reflete uma diversidade igualmente fascinante de formas, comportamentos e modos de vida. Uma vastidão de adaptações, como pode ser visto no gráfico do livro de Grimaldi e Engel:

Este gráfico sempre causa um efeito de "putz!" em jovens estudantes de biologia.

Para tentar mostrar como os insetos são fascinantes, usarei aqui algumas referências sempre legais de ficção científica, cultura pop e atividades humanas que são inspiradas (ou que pelo menos já existiam antes) nos insetos e outros artrópodes.

Ninguém melhor para começar essa tarefa hercúlea que o monstro xodó da ficção científica das gerações de 80 e 90: o Alien.

Sua simpatia conquistou fãs em todo o mundo.

A criatura inventada para causar horror nos espectadores por simbolizar estupro oral homossexual possui algumas características interessantes a se analizar. Seu ciclo de vida começa na fase de um grande ovo, que logo é aberto e dá lugar a uma criatura bizarra que se assemelha com um aracnídeo.

Ou se assemelha com... outra coisa...

Essa criatura de design questionável agarra o rosto de um azarado qualquer e o infecta com a larva. Essa larva acaba rompendo o tórax da vítima e saindo como uma miniatura de Alien, que logo sairá matando alguns coadjuvantes e figurantes a esmo.

Alguns membros da ordem entomológica Hymenoptera (a mesma que formigas e abelhas) possuem um ciclo de vida mais ou menos parecido com esse do Alien. Os insetos holometábolos (que possuem metamorfose completa) possuem as fases de ovo, larva, pupa e adulto. As "vespas" parasitóides da superfamília Ichneumonoidea, por exemplo, são experts em colocar seus ovos dentro de larvas de outros insetos. Algumas espécies se desenvolvem por fora do corpo da vítima, mas outras desenvolvem sua fase larval devorando a larva do outro inseto por dentro, até romper sua parede corpórea e sair para se acasalar. Imagina se todos os filmes da franquia Alien se passassem com personagens crianças. A natureza parece gostar de cenas um pouco mais hardcores que o Ridley Scott. O próprio Darwin argumentou uma vez que um Deus bondoso e misericordioso não criaria uma criatura como um Ichneumonidae, que infecta imaturos de outros insetos para que sua prole a devore por dentro.

Essa bela criaturinha poderia ter sido responsável por fazer Darwin questionar suas convicções religiosas e publicar suas idéias. Que adorável.

Vale lembrar que os membros da superfamília supracitada não são realmente vespas, visto que não pertencem à família Vespidae. Alguns marimbondos que confundimos com vespas, como "marimbondo-cavalo", também não pertencem à família Vespidae, podendo pertencer a Pompilidae, por exemplo.

Um pompilídeo caçando uma aranha. Em alguns lugares, são conhecidos como "marimbondos-cavalo" ou "bestas-aladas-metálicas-seguidoras-de-satã" devido ao seu tamanho.

Mas a inspiração do alienígena nos nossos queridos insetos terráqueos não pára no ciclo de vida parasitóide. Se lembram de como era o corpo da rainha dos Aliens? Com um abdome gigante que não parava de pôr ovos. Infelizmente não encontrei figuras dessa rainha em específico, mas uma rainha de um cupim qualquer deve evocar a memória da criatura do filme.

Claro que algumas rainhas modernas freqüentam academia, fazem dieta e deixam de usar o controle remoto enquanto seus funcionários continuam no batente.

Partindo para outras referências da cultura pop, temos a franquia de jogos de estratégia Starcraft.

Também conhecido como "a franquia de jogos mais legal de todos os tempos" (Camargos et al., 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011).

Longe de querer explicar a história do jogo (que tem a campanha mais envolvente e interessante que já vi em um jogo de estratégia), devo apenas apresentar uma das raças jogáveis: os Zergs. Além de terem esse nome de espécies de Star Trek, eles são assumidamente (pela Blizzard, empresa criadora) alienígenas insetóides.

Existe uma licença poética sobre genética molecular que dá um pouco da graça da raça. Os primeiros Zergs pareciam larvas de insetos ou grandes miriápodos (as larvas e os Cerebrates). Entretanto, eles possuíam uma incrível habilidade de incorporar o DNA de outras criaturas ao seu, criando assim, variedades bastante distintas a partir de uma larva similar.

As "pesquisas" da raça são "evoluções". As unidades não são "treinadas", são "geradas". As próprias construções da raça são transmutações que os Zangões (uma casta especializada em serviços brutos) realizam em criaturas sésseis.

Os Zergs são uma espécie com um complexo grau de socialidade. A maioria de seus indivíduos não fazem nada que não for ordenado pelos Suseranos, ou pelas Rainhas, ou pela Supermente (uma entidade quase mística que controla todos os Zergs). Toda essa divisão do trabalho, bem como o design das criaturas lembra muito insetos sociais e outros atrópodes.

Temos inclusive unidades no Starcraft 2 (que jogo!) como o Tatu-bomba, que se explode para jorrar ácido nas unidades inimigas (pobres humanos cretinos e miseráveis Protoss super-avançados). E é claro que a natureza já tem alguns bichos que fazem coisas parecidas por aí. Os operários de cupins do gênero Anoplotermes são um exemplo. Algumas espécies de formigas possuem castas suicidas que expelem seu conteúdo gástrico nos invasores das colônias também.

A idéia de alienígenas escravizando outras raças mais fracas também já foi utilizada pelos insetos. Já é bem conhecido o fato de formigas de diversas espécies protegerem agregações de pulgões em troca de fezes açucaradas.

"Eu já disse, dois gramas da sua merda e ninguém sobe nessa planta, rapá!"

A seleção natural ainda favoreceu, em alguns casos, afídeos que possuíssem suas bundinhas cada vez mais parecidas com cabeças de formiga. Isso ocorre porque, nessas espécies de pulgões, a solução açucarada sai muito mais fácil quando uma formiga a "ordenha". As formigas acabam apertando a traseira do pulgão e tirando as fezes achando que era uma colega de trabalho.

"Ei cara, eu já disse pra você parar de cumprimentar a minha bunda."

Os pulgões que possuíam as bundas mais parecidas com formigas eram mais protegidas pelas últimas, por oferecerem mais comida. Logo, durante várias gerações, essa característica acabou se fixando em determinadas populações.

Então a pecuária não é invenção nossa... mas nem a agricultura também. Muitas formigas, besouros e cupins cultivam fungos para sua alimentação. Alguns trabalhos recentes também mostram que alguns moluscos fazem o mesmo. Eu ainda tenho para publicar uns dados de uma larva lepidóptero (mariposa) aquático que cultiva seu jardim de algas para o jantar e ainda rouba mudinhas de outros jardins na sua fase mais moleque.

Temos também alguns insetos que se infiltram em colônias de insetos sociais para serem agraciados como rainhas ou larvas dessas colônias. A idéia é deixar operárias e soldados de outra espécie trabalharem enquanto a espécie pilantra recebe comida na boca, limpeza, toda a última temporada do House e massagem tailandesa sem ter que trabalhar.

Mais ou menos como este cara faria ao entrar nos Estados Unidos.

Já li em algum lugar também sobre alguma espécie de aranha (não um inseto, mas um artrópode legal, mesmo assim) que ataca uma patrulha de formigas, leva a cabeça de uma para comunicar com os soldados da entrada, tocando as antenas da cabeça com as antenas do soldado vivo, se infiltrar dentro da colônia e matar quem quiser.

Mais ou menos como este cara fazia.

Temos também aranhas que vivem em beiras de rios, que constroem suas teias logo acima de onde os insetos aquáticos mais desafortunados costumam emergir. Eu mesmo já tive o prazer de observar formigas no cerrado jogando o lixo da colônia no rio que passava logo ao lado da porta de trás da mesma. Poluição de córregos já é um problema antigo. E o que dizer dos besouros bombardeiros, os únicos organismos no planeta que criam reações de explosões para dizimar seus inimigos?

"Chineses uma ova, nós descobrimos primeiro!"

As larvas de Neuroptera que se enterram na areia e criam armadilhas para formigas parecidas com a do Sarlacc do Star Wars são fascinantes. Algumas ainda jogam areia nas formigas que tentam subir. Imagine o Sarlacc com um fuckin' ataque a distância!

"Que venha o Império Galático e a Aliança Rebelde. Eu atiro areia, otários!"

Infelizmente minha paciência está se esgotando, mas a quantidade de coisas legais que insetos fazem não. Nem falei dos grilos, esperanças, cigarras e larvas de tricópteros que cantam por estridulação, não falei dos tricópteros que constróem casulos portáteis ou fixos que podem ser roubados por outros indivíduos da mesma ou de outras espécies. Nem falei dos gerrídeos, percevejos aquáticos (que deslizam sobre a superfície) que caçam em um padrão parecido com ataques de lobos, etc. Nem todas as referências faziam parte da ficção científica ou da cultura pop necessariamente, mas eram exemplos interessantes para mostrar.

Mais do que isso, acredita-se que a maioria dos insetos ainda são desconhecidos. Mesmo as espécies conhecidas não são completamente estudadas, no que se refere aos seus hábitos de vida, comportamento, distribuição, signo, cor predileta e orientação sexual.

Não é de se espantar que muitas coisas que criamos, como nossas obras de ficção ou nossos avanços tecnológicos se inspirem nos insetos. Nós sempre olhamos para a natureza em busca de resposta, e como a maior parte da natureza são artrópodes, há uma grande probabilidade de copiarmos os insetos em muita coisa. Talvez até alguma peça shakespeareana tenha ocorrido antes com uma linda abelha rainha e seus 15 zangões apaixonados em seu amor proibido. Brincadeiras a parte, fica por aqui minha contribuição para o blog.

Suruba: uma arte muito antiga.

Lucas Skywalker é um entomólogo ferrado que encontra tempo na sexta a noite, morto de sono, para atualizar o blog.

Excluindo os alienígenas: de games a principios ecológicos

Ainda não conseguimos manter uma regularidade na publicação de post aqui no blog. Isso deve-se a minha vida e a do Lucas ser uma verdadeira procrastinação. Ou seja, somos um à toas com preguiça de escrever. Mas, não se preocupe mais, me esforçarei ao máximo para manter essa bagaça atualizada. Então, ai vamos nós!             Fiquei um bom tempo pensando sobre o que escrever até que me veio um insight. Vou escrever sobre o Principio de Exclusão Competitiva.            

- O quê?? Esse Luciano é um filho da p* mesmo... já fico estudando essas coisas o dia todo na faculdade, quando eu vou relaxar e lendo uns blog e tal, o cara me vem com uma dessa. Ninguém merece.

Ou

- Aeee, legal demais. Sempre quis saber sobre isso. Esses caras desse blog são muito massa.

Acalme-se, o tema pode se tornar chato em sala de aula, mas, aqui ele vai ficar megaboga. Completando minha idéia, vou explicar o Principio de exclusão competitiva utilizando jogos de computador, um jogo em especifico, Dark Colony, um clássico de estratégia. Ele foi lançado em 1997, a primeira vez que joguei eu tinha 11 anos e um K6/500 que nem 500 Mhz era. O CD era emprestado de um amigo. Daqueles vendidos na banca de jornal, uma revista chamada CD Expert.

A história do jogo roda em volta de uma fonte de energia limitada, denominada Petra-7. Duas civilizações travando um embate terrível para explorá-la. Humanos e alienígenas e o melhor de tudo, em Marte.

O jogo se passa no ano de 2137, os seres humanos fazem diversas expedições para explorar o planeta e o combustível. Em uma dessas explorações, eles se deparam com uma civilização alienígena vinda do sistema solar Zeta Retículis (link Wikipédia), denominada Taar e que haviam chegado ao planeta vermelho antes.

Os seres humanos são uma única espécie, Homo sapiens, possuidora de muita tecnologia, armas, robôs, tanques, aviões, torres e com muito ódio para exterminar, ou excluir competitivamente os Taar, como fizeram com os Homo erectus, os Homo neanderthalensis entre outros.

Os Taar são uma espécie alienígena unknown, vinda de outro planeta, só que chegaram a Marte antes dos seres humanos. Engraçado, nós seres humanos estamos a uns 6 meses de distancia de Marte e, os Taar estão a 39 anos luz da Terra, fazendo as contas, eles estão a 38 anos e 6 meses (acho que isso não existe) de distancia de Marte e eles conseguem chegar ANTES de nós a Marte. Eles com certeza nos achariam muito primitivos.

História do jogo explicada, vamos para o que interessa. O Principio de Exclusão Competitiva.

Primeiramente temos que relembrar alguns conceitos da Ecologia. Iniciaremos introduzindo dois conceitos básicos da ecologia, condições e recursos. Várias vezes nos deparamos com essas palavras, mas não compreendemos o seu real significado. São duas propriedades distintas dos ambientes que determinam onde os organismos podem viver. Condições são características físicas e químicas do ambiente, por exemplo, temperatura, umidade e, pH (ambientes aquáticos). Os organismos podem alterar as condições ao seu redor. As condições não são consumidas nem esgotadas pelas atividades dos organismos.

No jogo, os humanos conseguem viver em Marte, apesar das condições ambientais de Marte não serem propicias para a vida de nossa espécie, nós desenvolvemos tecnologia (roupas), próprias para as condições de Marte. Os Taar, já possuem uma adaptação natural ao planeta, não necessitam de uma roupa especial para as condições de Marte, deve ser por isso que eles usam aquela camisetinha amarela fashion (Figura a esquerda).

Os recursos ambientais, diferente das condições, são consumíveis pelos organismos durante suas vidas. Existe uma infinidade de recursos, nas plantas fotossintéticas o principal recurso é a luz, insetos herbívoros utilizam como recurso gramíneas, insetos hematófagos consomem sangue.

O único recurso disponível em Marte é a Petra-7, e a sua existência é o motivo da ida dos humanos ao planeta. Esse recurso, depois de consumido por um individuo (humanos ou Taar), não ficará disponível novamente para outro individuo consumi-lo. Isso tem uma conseqüência importante: os organismos podem competir entre si para capturar uma porção desse recurso limitado.

Tendo o conhecimento de recursos e condições já podemos aprofundar mais na ecologia. Outro conceito muito importante é a teoria do Nicho ecológico. O conceito moderno de nicho foi proposto por Evelyn Hutchinson em 1957. Muitas vezes o termo nicho é usado de maneira errada ao descrever o tipo de lugar onde o organismo vive, como por exemplo: a Floresta Atlântica é o nicho do Mico Leão Dourado. Na realidade, o local aonde o organismo vive é o seu habitat. O habitat de uma ninfa de libélula (ordem Odonata) seria um córrego. Dentro de um habitat existem vários nichos, diversos outros organismos vivem em um córrego e podem dividir o mesmo nicho ou não.

Então, nicho são as maneiras pelas quais a tolerância e a necessidade interagem na definição de condições e recursos necessários a um indivíduo ou uma espécie, a fim de cumprir seu modo de vida. Simplificando, os indivíduos ou as espécies devem tolerar as condições do habitat e ainda deve haver recursos suficientes para suprir sua necessidade.

Segundo a teoria do nicho, existem dois tipos de nicho, o nicho fundamental e o efetivo. O nicho fundamental é a potencialidade total de uma espécie, caso não exista nenhuma outra espécie competidora. O nicho efetivo é o espectro mais limitado de condições recursos que permitem a permanência da espécie, mesmo na presença de competidores e predadores. No Dark Colony nos deparamos com uma situação onde ambas as espécies estão vivendo em seu nicho efetivo, devido a competição.

Existem duas classificações para competição. Intraespecífica, quando ela ocorre dentro ou entre populações de uma mesma espécie. E a competição interespecífica ocorre entre espécies diferentes. Quando há competição interespecífica, uma espécie que possui um melhor aproveitamento dos recursos do meio eliminariam uma espécie menos eficiente se ambas disputarem pelos mesmos recursos (possuírem nichos sobrepostos).

Volterra (1926) foi o precursor da idéia e um modelo matemático, de que a coexistência de duas ou mais espécies (interespecífico), competindo por um único recurso limitante, seria impossível. Gause (1934) realizou um experimento com protozoários Paramecium caudatum e P. aurelia, quando em culturas isoladas alcançaram concentrações praticamente constantes. Entretanto, quando as duas espécies foram colocadas numa mesma cultura, apenas o P. aurelia persistiu no meio, que continha apenas um recurso para ambas as espécies (Giacomini, 2007). A partir do modelo de Volterra e do experimento de Gause, surgiu o Princípio de Exclusão Competitiva. 

No Dark Colony, nós, jogadores somos quem decide a história. Tanto os seres humanos quanto os Taar podem ser um competidor forte ou fraco.

Caso ocorra a diferenciação dos nichos de cada espécie poderá haver a coexistência delas em um mesmo habitat. Mas, isso fica para uma próxima discussão.        

Bibliografia:

Begon, M., Townsend, C.R., Harper, J.L. 2007. Ecologia de indivíduos a ecossistemas. 4ª Edição, Porto Alegre: Artmed.

Gause, G.F. 1934. The Struggle for Existence. Williams & Wilkins, Baltimore.

Giacomini, H.C. 2007. Os mecanismos de coexitência de espécies como vistos pela teoria ecológica. Oecologia Brasiliensis, 11(4): 521-543.

Volterra, V. 1926. Variazione e flutuazione Del numero d’individui in specie animali conviventi. Mem. Accad. Nazopnale Lincei, (6)2: 31-113.

Mais imagens do jogo:

Link para download do jogo: http://www.megaupload.com/?d=XMCL8PLN

Alguns outros vídeos para quem se interessar:

Enciclopédia explicando as unidades de cada espécie.

Taar: http://www.youtube.com/watch?v=wxHvMPOV9gA  

Humanos: http://www.youtube.com/watch?v=4aHl1teDy8E

Game play: http://www.youtube.com/watch?v=RG3FgAqzy1U