As versões estáveis dizem tudo

São versões estáveis de um mesmo átomo, que os cientistas usam para investigar desde as alterações climáticas até aos pormenores de um crime.

Em setembro de 2001, o corpo de um menino africano de cerca de seis anos foi retirado do rio Tamisa, em Londres, sem cabeça, sem braços e sem pernas. O caso do “torso de Adão”, como foi batizado, deu a volta ao mundo não só pelo caráter grotesco (fora um crime ritual), mas porque, em parte, foi possível determinar a sua identidade e origem através de uma técnica inovadora, que compara a proporção de isótopos estáveis – os que não se decompõem com a passagem do tempo – presentes em vários elementos do organismo com a que existe no meio circundante.

Alguns anos depois da descoberta do cadáver, a Scotland Yard pediu ajuda ao geólogo forense Ken Pye, da Universidade de Londres, que tinha começado a utilizar uma ferramenta microanalítica, a espectrometria de massas, para estudar os isótopos. Estes não passam de átomos de um mesmo elemento que diferem ligeiramente no número de neutrões que possuem no núcleo, isto é, têm uma massa diferente. Embora os cientistas conheçam a sua existência há séculos, só começaram a ser utilizados na ciência forense em finais do século passado.

“Os isótopos revelam o que comemos, mas também onde o fizemos. Assim, analisámos a proporção de isótopos estáveis de estrôncio nos ossos da vítima para a comparar com a de vários sítios da África Ocidental e de Londres”, explicou Pye, na altura, aos jornalistas.

A proporção de isótopos de um elemento permanece imutável nas rochas, na terra, na água ou nas plantas. Os animais incorporam-nos quando se alimentam, e o mesmo acontece connosco. Penetram no nosso organismo nas mesmas quantidades, e ali persistem durante muito tempo. “Por essa razão, a química dos nossos ossos reflete a do lugar onde vivemos nos últimos anos, meses, semanas ou dias”, indica Pye, acrescentando: “No caso do Adão, descobrimos que os níveis de estrôncio, cobre e chumbo eram duas vezes e meia superiores ao que se esperaria encontrar num rapazinho da mesma idade que vivesse em Inglaterra. O tipo de estrôncio correspondia, de facto, ao de umas rochas pré-câmbricas com mais de 2500 milhões de anos, semelhantes às que existem em algumas partes da África Ocidental, como a Nigéria.”

De arqueólogo a perito forense

A fim de concretizar mais a investigação e elaborar um mapa isotópico pormenorizado da região, as autoridades enviaram vários peritos para a zona, com uma missão macabra: reunir ossos humanos e de animais em morgues e matadouros. Conseguiram recuperar 150 amostras – incluindo espécimes de terra, rocha, cereais e plantas –, que enviaram ao laboratório de Pye para serem analisadas. “Estávamos a recorrer a técnicas que já se utilizavam noutras áreas da ciência, como a arqueologia, onde existe um grande interesse em conhecer a origem das peças estudadas, mas que eram totalmente novas em aplicações forenses”, recorda Pye.

O estudo dos espécimes levou os investigadores a concentrarem-se, precisamente, na Nigéria, em concreto na cidade de Benin, e permitiu à polícia internacional iniciar um exaustivo trabalho detetivesco que, embora não tenha descoberto os assassinos, conseguiu esclarecer a identidade da criança e o seu trágico fim. “A espectrometria de massas para obter a proporção de isótopos estáveis (também designada por “espectrometria de massas de razões isotópicas”, ou IRMS) possui um enorme potencial para a verificação da proveniência de um material e das suas aplicações” assinala o ecologista Jason West, da Universidad do Texas A&M.

Wolfram Meier-Augenstein, do Centro de Anatomia e Identificação Humana da universidade escocesa de Dundee, é outro dos pioneiros neste campo. “A alimentação e a geografia afetam sensivelmente as proporções isotópicas de carbono, azoto, hidrogénio e oxigénio presentes nas unhas e no cabelo de animais e pessoas, assim como nos tecidos vegetais”, escreve na revista Science & Justice, da Sociedade Britânica de Ciência Forense.

“Assim, torna-se mais ou menos simples estabelecer se uma pessoa vive no México ou em Espanha: basta estudar a proporção de isótopos estáveis desses elementos que existem no cabelo ou unhas. Através desse rasto, é possível seguir as alterações no ambiente ou na alimentação ocorridas ao longo de vários meses, enquanto os ossos refletem processos que duram anos”, indica Meier-Augenstein.  “Por exemplo, os dentes podem proporcionar dados sobre a situação de uma pessoa na adolescência e conseguem, por conseguinte, reter informação geográfica durante mais de meio século, consoante a idade do dador.”

O laboratório de Meier-Augenstein (que reproduz as suas reflexões sobre o tema em Stable Isotope Forensics) analisou os ossos de uma pessoa assassinada na Irlanda e conseguiu estabelecer que a vítima provinha, na realidade, da Europa de Leste. Quando os técnicos compararam o cabelo do morto com a água do seu possível local de origem, descobriram que chegara à ilha 20 dias antes do crime. Noutro caso, a equipa identificou a origem da madeira de que eram feitos os fósforos encontrados no cenário de um fogo posto.

“Tivemos de criar a partir do zero uma extensa base de dados apenas para explicar o que acontece com os isótopos de carbono da madeira quando um fósforo arde. Comparámos madeiras de várias partes do mundo e comprovámos que possuem uma marca isotópica diferente, mesmo que a árvore usada seja da mesma espécie”, explica Meier-Augenstein. “O nosso laboratório colaborou com a Polícia em pelo menos 16 ocasiões. Os cabelos são muito interessantes. Observámos que até 30 por cento do hidrogénio incorporado na sua queratina deriva diretamente da água que a pessoa bebeu nos dias e meses anteriores à análise. Numa experiência feita com voluntários que bebiam água engarrafada, constatámos mesmo que o resquício isotópico era semelhante ao obtido com água local proveniente da torneira.”

Vender gato por lebre

Além da ciência forense e da arqueologia, os isótopos estáveis encontraram diferentes aplicações no estudo do meio ambiente, das migrações de animais, do consumo de drogas e do uso de explosivos e nas indústrias alimentar e farmacêutica. Serviram, por exemplo, para identificar queijos falsificados que tinham sido comercializados sob o nome de uma conhecida marca, e para descobrir se um seleto whisky era, na realidade, o que o rótulo da garrafa garantia. Foram também muito utilizados para relacionar a origem de uma substância estupefaciente com determinado país, estudar agentes microbiológicos usados por terroristas, definir se um perfume é natural ou sintético, ou ainda confirmar se frutas supostamente importadas não provêm, na realidade, de uma quinta vizinha.

Uma das ferramentas fundamentais que permitem levar a cabo todos estes estudos foi desenvolvida pelo grupo de Jason West, que elabora mapas com a distribuição espacial das proporções de isótopos estáveis de elementos como o carbono, o hidrogénio, o oxigénio, o azoto e o estrôncio em diferentes partes do mundo, de acordo com as formas conhecidas como os isótopos se comportam no meio ambiente. “A combinação de diferentes valores isotópicos num único plano com os dados proporcionados pelos satélites proporcionou um poderoso intrumento de análise, pois permite aos investigadores comparar uma amostra com as características naturais de qualquer zona do planeta”, indica West. “Por isso, dei-lhes o nome de ‘isopaisagens’. Agora, o desafio consiste em obter a maior quantidade possível de dados para alimentar os mapas.”

A informação provém de diversas fontes, como as estações meteorológicas, que medem as precipitações. Juntamente com West, Gabriel Bowen, professor de ciências atmosféricas e da Terra na Universidade Purdue (Estados Unidos), combina os dados obtidos por 800 estações e reunidos, essencialmente, pela Agência Internacional de Energia Atómica (AIEA).

Chuva amiga

Com base nessa informação, sobrepõem, por exemplo, a composição isotópica do hidrogénio e do oxigénio das águas da chuva de quase todo o planeta. O resultado dos seus estudos foi o desenvolvimente de uma ferramenta de acesso livre denominada Iso-MAP. Descrevem-na como uma série de instrumentos informáticos que permitem aos utilizadores explorar, desenvolver e executar, com facilidade, processos e modelos estatísticos de distribuições isotópicas.

Todavia, os mapas só são úteis se a qualidade dos dados for garantida. Tanto West como Meier-Augenstein acreditam que, em concreto, os que provêm da Europa e da América do Norte são sólidos, pois existem muitos postos de acompanhamento das precipitações nessas regiões. Além disso, não nos devemos esquecer de que as proporções de isótopos estáveis do oxigénio, do azoto ou do hidrogénio podem ser diferentes na atmosfera, na água ou na terra, e que os organismos não só os incorporam através da ingestão de alimentos e de água como, também, pela respiração.

Os oceanos serão o próximo objeto de estudo. “As proporções isotópicas do carbono conservam um registo fiel do intercâmbio desse elemento entre a biosfera e a atmosfera”, indica West. “É como se a água que circula pelos oceanos guardasse um historial da sua viagem. O oxigénio 18 e o hidrogénio 2 (deutério) da água da chuva constituem o melhor exemplo de distribuição isotópica planetária.  À medida que passa sobre os mares das latitudes baixas e médias, o ar fica carregado de vapor de água cuja composição isotópica se prevê relativamente uniforme. Porém, quando é transportado para norte ou para sul e sobre os continentes, começa a perder água e, com ela, os isótopos pesados, os referidos 18O e 2H. Assim, cada evento de condensação reflete-se na estrutura isotópica da água da chuva, o que se torna muito útil, por exemplo, no campo da paleoecologia.”

Segundo se lê no livro Isoscapes, será possível, no futuro, registar as migrações dos animais marinhos, como já se fez com as das borboletas-monarca com base na proporção de carbono contida nas suas asas. De facto, já foram iniciados estudos com a baleia-franca-austral. A composição isotópica revela informação sobre os padrões de movimento e habitação da espécie. Todavia, não é fácil. Os animais deslocam-se num terreno isotópico mutável, e há organismos cujos tecidos são metabolicamente mais ativos do que outros.

Em teoria, a composição isotópica natural de um ser vivo poderia ser utilizada como um marcador para substituir os microchips de localização, pois não há necessidade de introduzi-lo no corpo do organismo, não cai e não pode falhar. Ainda a propósito deste assunto, na obra Isoscapes também se indica que o rasto do carbono 13 encontrado num animal marinho reflete o das algas na base da cadeia alimentar, e pode ser utilizado para estudar taxas de crescimento em função de o animal viver longe da costa, onde o mar é menos produtivo, ou numa zona de convergência de águas.

No entanto, há muitas coisas que afetam as concentrações de isótopos no mar. É o caso das próprias algas, por exemplo, que incorporam mais carbono 13 do que o fitoplâncton, assim como da temperatura, da profundidade ou da latitude. O facto é que os sistemas pelágicos de latitudes altas têm menos carbono 13 do que os de latitudes inferiores.

Agora que descobrimos como usar as impressões digitais químicas para poder entrar na própria alma da matéria, cada vez será menos fácil às pessoas, animais e plantas guardarem os seus segredos.

A.P.S.

Somos o que comemos... e onde o fazemos

A alimentação incorpora no nosso organismo diferentes isótopos estáveis que agem como biógrafos atómicos. Eis alguns exemplos.

Cabelo –  O hidrogénio 2 presente no couro cabeludo reflete a origem da água que uma pessoa bebeu e pode ser utilizado para elaborar um registo cronológico das suas últimas deslocações. O carbono 13 é utilizado para averiguar o que comeu, e o azoto 15 para saber as condições fisiológicas e metabólicas de um indivíduo, como a existência de doenças infeciosas prolongadas. Proporcionam igualmente informação sobre o estilo de vida. Dependendo do comprimento da amostra de cabelo, é possível recuar até 15 meses atrás.

Dentes – Com base no oxigénio 18 e no estrôncio 86 presentes no esmalte do segundo e do terceiro molares, podemos descobrir a origem da água consumida durante a adolescência. Assim, estes dois dentes podem fornecer dados sobre onde viveu uma pessoa entre os oito e os 16 anos de idade. O registo isotópico do hidrogénio 2, do carbono 13 e do azoto 15 encontrados no colagénio da dentina permite identificar hábitos alimentares e averiguar a proveniência e o estado de saúde do indivíduo.

Queratina das unhas dos pés –Tal como acontece no caso do cabelo, o hidrogénio 2 proporciona pistas sobre a proveniência da água ingerida e é utilizado para determinar as deslocações. O azoto 15 delata se alguém seguiu, por exemplo, uma dieta-relâmpago. Além disso, o comprimento da unha do dedo polegar, medida da raiz à ponta, pode revelar diferentes dados sobre as vicissitudes fisiológicas que afetaram um indivíduo nos últimos 24 meses.

Osso femoral – A incorporação de oxigénio 18 e e estrôncio 87 na bioapatite do fémur reflete a proveniência da água que a pessoa bebeu. Proporciona também informação sobre o local de residência nos últimos 25 anos.

SUPER 165 - Janeiro 2012