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Cientistas descobrem ‘maneira completamente nova de projetar o sistema nervoso’

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Cientistas descobrem ‘maneira completamente nova de projetar o sistema nervoso’

Esta descoberta inovadora fornece novos insights sobre a evolução de sistemas nervosos complexos em espécies de invertebrados e tem o potencial de inspirar o desenvolvimento de dispositivos subaquáticos autônomos e outras inovações em engenharia robótica.

Os polvos não são como os humanos – são invertebrados com oito braços e intimamente relacionados com amêijoas e caracóis. Apesar disso, eles desenvolveram sistemas nervosos complexos com tantos neurônios quanto cérebros caninos, o que lhes permitiu exibir uma ampla gama de comportamentos complexos.

Isso o torna um tópico interessante para pesquisadores como Melina Hill, Ph.D., William Rennie Harper, professor de Biologia de Organismos e vice-chanceler da Universidade em Universidade de Chicagoque querem entender como as estruturas alternativas do sistema nervoso podem desempenhar as mesmas funções que as dos humanos, como sentir o movimento dos membros e controlar o movimento.

Em um estudo recente publicado na biologia atualEntão, Hill e seus colegas descobriram uma nova característica surpreendente do sistema nervoso do polvo: uma estrutura que permite que os cordões neuromusculares (INCs), que ajudam o polvo a sentir o movimento do braço, se conectem aos braços de cada lado do animal.

A descoberta surpreendente fornece novos insights sobre como as espécies de invertebrados evoluíram independentemente espécies neuronais complexas. Também poderia fornecer inspiração para a engenharia robótica, como novos dispositivos subaquáticos autônomos.

O polvo atravessa o corpo do animal

Corte horizontal na base dos braços (rotulado A) mostrando convergência e interseção de INCs labiais (rotulado O). Crédito: Kuuspalu et al. , biologia atual2022

“No meu laboratório, estudamos a mecanosensação e a propriocepção – como o movimento e a posição dos membros são sentidos”, disse Hill. “Há muito se pensa que esses INCs são sensoriais, então eles têm sido um alvo interessante para ajudar a responder aos tipos de perguntas que nosso laboratório está fazendo. Até o momento, não foi feito muito trabalho sobre eles, mas experimentos anteriores indicaram que eles são importante para o controle do braço.”

Graças ao apoio à pesquisa de cefalópodes fornecido pelo Laboratório de Biologia Marinha, Hill e sua equipe puderam usar polvos bebês para o estudo, que eram pequenos o suficiente para permitir que os pesquisadores visualizassem a base dos oito braços de uma só vez. Isso permite que a equipe rastreie os INCs através dos tecidos para determinar sua trajetória.

“Esses polvos tinham aproximadamente o tamanho de um níquel ou talvez um quarto, então foi um processo de colar os espécimes na direção certa e obter o ângulo certo enquanto cortava. [for imaging]disse Adam Koospalo, analista de pesquisa sênior da UChicago e principal autor do estudo.

Inicialmente, a equipe estava estudando os cordões nervosos axonais maiores nos braços, mas começou a perceber que os INCs não paravam na base do braço, mas continuavam do braço para o corpo do animal. Percebendo que pouco trabalho havia sido feito para explorar a anatomia das moléculas INC, eles começaram a rastrear os nervos, esperando que eles formassem um loop no corpo de um polvo, semelhante aos cordões nervosos axonais.

Por meio de imagens, a equipe determinou que, além de percorrer o comprimento de cada braço, pelo menos dois dos quatro cilindros se estendem para o corpo do polvo, onde contornam os braços adjacentes e se fundem com o INC do terceiro braço. Esse padrão significa que todos os braços estão conectados simetricamente.

No entanto, era difícil dizer como o padrão se manteria em todos os oito braços. “Enquanto estávamos filmando, percebemos que eles não estavam todos se encaixando como esperávamos, todos pareciam estar indo em direções diferentes, e estávamos tentando descobrir como, se o padrão é consistente para todos os braços, como isso funciona? trabalhar?” Hill disse. “Eu até trouxe um desses brinquedos infantis – o Spirograph – para brincar com sua aparência e como tudo se conectaria no final. Demorou muito para filmar e brincar com os gráficos enquanto quebrávamos nossos cérebros sobre o que poderia acontecer antes que ficasse claro como tudo se encaixava.” .

Os resultados não foram nada do que os pesquisadores esperavam encontrar.

“Achamos que este é um novo design de sistema nervoso baseado em membros”, disse Hill. “Não vimos nada parecido em outros animais.”

Os pesquisadores ainda não sabem a que função esse design anatômico pode servir, mas eles têm algumas ideias.

“Alguns dos trabalhos de pesquisa mais antigos compartilharam informações interessantes”, disse Hill. Um estudo da década de 1950 mostrou que quando você manipula um braço de um lado de um polvo com regiões cerebrais danificadas, você vê os braços respondendo do outro lado. Portanto, esses nervos podem permitir o controle descentralizado da resposta reflexiva ou do comportamento. No entanto, também vemos que as fibras saem dos cordões nervosos para os músculos ao longo de seus tratos, de modo que também podem permitir a continuidade das reações alérgicas e do controle motor ao longo de seus comprimentos. “

A equipe está atualmente conduzindo experimentos para ver se eles podem obter insights sobre esta questão, analisando a fisiologia e o mapeamento exclusivo dos INCs. Eles também estão estudando o sistema nervoso de outros cefalópodes, incluindo chocos e chocos, para ver se eles compartilham uma anatomia semelhante.

Em última análise, Hill acredita que, além de lançar luz sobre maneiras inesperadas pelas quais as espécies de invertebrados podem projetar um sistema nervoso, entender esses sistemas pode ajudar a desenvolver novas tecnologias de engenharia, como a robótica.

“Os polvos podem ser uma inspiração biológica para o design de dispositivos autônomos no fundo do mar”, disse Hill. “Pense em seus braços – eles podem dobrar em qualquer lugar, não apenas nas articulações. Eles podem torcer e estender seus braços e operar suas ventosas, tudo de forma independente. A função do braço de um polvo é muito mais complexa do que a nossa, então entender como os polvos se integram informações sensório-motoras e controlar seu movimento podem apoiar o desenvolvimento de novas tecnologias.

Referência: “Múltiplos cordões nervosos conectam os braços dos polvos, fornecendo caminhos alternativos para sinalização entre os braços” Por Adam Koospalo, Samantha Cuddy e Melina E. Hill, 28 de novembro de 2022, disponível aqui. biologia atual.
DOI: 10.1016/j.cub.2022.11.007

O estudo foi financiado pelo Escritório de Pesquisa Naval dos Estados Unidos.

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O quase colapso do campo magnético da Terra há 591 milhões de anos pode ter permitido o florescimento de vida complexa

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O quase colapso do campo magnético da Terra há 591 milhões de anos pode ter permitido o florescimento de vida complexa

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O campo magnético da Terra desempenha um papel importante em tornar o nosso planeta habitável. Uma bolha protetora acima da atmosfera protege o planeta da radiação solar, vento, raios cósmicos e flutuações extremas de temperatura.

No entanto, o campo magnético da Terra quase entrou em colapso há 591 milhões de anos e, ironicamente, esta mudança pode ter desempenhado um papel fundamental no florescimento da vida complexa, descobriu um novo estudo.

“Em geral, o campo é protetor. Se não tivéssemos um campo no início da história da Terra, a água teria sido retirada do planeta pelo vento solar (uma corrente de partículas energéticas fluindo do Sol em direção à Terra)”, disse John. Tarduno, professor de geofísica na Universidade da Califórnia).” Rochester, Nova York, e autor sênior do novo estudo.

“Mas no Ediacarano, tivemos um período notável na evolução das profundezas da Terra, quando os processos que criam o campo magnético… tornaram-se tão ineficientes após milhares de milhões de anos que o campo entrou em colapso quase completamente.”

O estudo foi publicado na revista Comunicações sobre a Terra e o Meio Ambiente No dia 2 de maio, descobriu-se que o campo magnético da Terra, criado por Movimento do ferro fundido no núcleo externo da TerraTem sido muito mais fraco do que a sua força atual há pelo menos 26 milhões de anos. A descoberta do contínuo enfraquecimento do campo magnético da Terra também ajudou a resolver um mistério geológico duradouro sobre quando o núcleo interno sólido da Terra se formou.

Este período de tempo é consistente com um período conhecido como Período Ediacarano, quando os primeiros animais complexos apareceram no fundo do mar à medida que o oxigênio na atmosfera e nos oceanos aumentava.

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Esses estranhos animais mal se parecem com a vida atual – ventiladores de abóbora, tubos, bolos e discos como Dickinsonia, que crescem até 1,4 metros de tamanho, e Kimberella lenta.

Antes dessa época, a vida era em grande parte unicelular e microscópica. Os pesquisadores acreditam que o campo magnético fraco pode ter levado ao aumento do oxigênio na atmosfera, permitindo a evolução da vida complexa inicial.

Sabe-se que a intensidade do campo magnético terrestre oscila ao longo do tempo, e os cristais preservados nas rochas contêm pequenas partículas magnéticas que ficam registradas em um registro da intensidade do campo magnético terrestre.

A primeira evidência de que o campo magnético da Terra enfraqueceu significativamente durante este período surgiu em 2019 Estudo de rochas com 565 milhões de anos Em Quebec, o que indicava que o campo estava dez vezes mais fraco do que é hoje naquele momento.

O último estudo coletou mais evidências geológicas indicando que o campo magnético era significativamente fraco, já que informações contidas em uma rocha de 591 milhões de anos de um local no sul do Brasil indicam que o campo magnético era 30 vezes mais fraco do que é hoje.

O campo magnético fraco nem sempre foi assim: a equipa examinou rochas semelhantes da África do Sul que datam de há mais de dois mil milhões de anos e descobriu que, naquela altura, o campo magnético da Terra era tão forte como é hoje.

Ao contrário de hoje, a parte mais interna da Terra naquela época era um líquido, não um sólido, afetando a forma como o campo magnético era gerado, explicou Tarduno.

“Ao longo de bilhões de anos, esse processo tornou-se menos eficiente”, disse ele.

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“Quando chegamos a Ediacara, o campo estava nas últimas. Estava prestes a entrar em colapso. Mas, felizmente para nós, havia esfriado o suficiente para que o núcleo interno começasse a gerar (fortalecendo o campo magnético).”

O surgimento das mais antigas formas de vida complexas flutuando ao longo do fundo do mar nesta época está associado ao aumento dos níveis de oxigênio. Alguns animais podem sobreviver com baixos níveis de oxigênio, como esponjas e animais microscópicos, mas animais maiores, com corpos mais complexos e que se movem, precisam de mais oxigênio, disse Tarduno.

Tradicionalmente, o aumento do oxigênio durante esse período tem sido atribuído a organismos fotossintéticos, como as cianobactérias, que produziam oxigênio, permitindo que ele se acumulasse na água de forma constante ao longo do tempo, explicou o coautor do estudo, Shuhai Xiao, professor de geobiologia na US Virginia Tech. .

No entanto, a nova investigação propôs uma hipótese alternativa ou complementar que envolve o aumento da perda de hidrogénio para o espaço quando o campo magnético da Terra é fraco.

“A magnetosfera protege a Terra do vento solar, mantendo assim a atmosfera ligada à Terra. Uma magnetosfera mais fraca significa a perda de gases mais leves, como o hidrogênio, da atmosfera da Terra”, acrescentou Xiao por e-mail.

É possível que vários processos ocorram simultaneamente, disse Tarduno.

“Não contestamos que um ou mais destes processos estivessem ocorrendo simultaneamente, mas o campo fraco pode ter permitido que o oxigênio excedesse um limite, o que ajudou a evolução da radiação animal”, disse Tarduno.

Peter Driscoll, cientista do Laboratório Terrestre e Planetário do Carnegie Institution for Science em Washington, D.C., disse concordar com as descobertas do estudo sobre o campo magnético fraco da Terra, mas a alegação é que um campo magnético fraco poderia afetar o oxigênio no atmosfera. A evolução biológica tem sido difícil de avaliar. Ele não participou do estudo.

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“É difícil para mim avaliar a validade desta afirmação porque o impacto que os campos magnéticos planetários podem ter no clima não é bem compreendido”, disse ele por e-mail.

A sua hipótese estava “bem estabelecida”, disse Tarduno, mas provar a causalidade exigiria décadas de trabalho difícil, dado o pouco que se sabe sobre os animais que viviam na época.

Um fóssil de 565 milhões de anos de um animal ediacarano, chamado Fractofusus Misrai, foi encontrado na Formação False Point em Newfoundland, Canadá.

A análise geológica também revelou detalhes importantes sobre a parte mais interna do centro da Terra.

As estimativas de quando o núcleo interno do planeta pode ter se solidificado — quando o ferro se cristalizou pela primeira vez no centro do planeta — variam entre 500 milhões e 2,5 bilhões de anos atrás.

o Pesquisa sobre a força do campo magnético da Terra Estes resultados sugerem que a idade do núcleo interno da Terra está no extremo mais jovem desta escala de tempo, onde se solidificou há 565 milhões de anos, permitindo que o escudo magnético da Terra se recuperasse.

“As observações parecem apoiar a afirmação de que o núcleo interno se formou pouco depois deste período, empurrando o geodínamo (o mecanismo que cria o campo magnético) de um estado fraco e instável para um campo dipolo forte e estável”, disse Driscoll.

A restauração da força do campo após o Ediacarano, à medida que o núcleo interno crescia, pode ter sido importante para evitar que a Terra, rica em água, secasse, disse Tarduno.

Quanto aos animais exóticos do Ediacarano, todos desapareceram no Cambriano seguinte, quando a diversidade da vida explodiu e os ramos da árvore da vida hoje familiar formaram-se num tempo relativamente curto.

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A maioria dos pacientes com demência “volta” antes da morte e não está claro o porquê: ScienceAlert

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A maioria dos pacientes com demência “volta” antes da morte e não está claro o porquê: ScienceAlert

A demência é frequentemente descrita como um “longo adeus”. Embora a pessoa ainda esteja viva, a demência destrói lenta e irreversivelmente as suas memórias e as qualidades que fazem da pessoa “ela”.

A demência eventualmente resulta na perda da capacidade de uma pessoa se comunicar, comer e beber sozinha, entender onde está e reconhecer os membros da família.

Desde cedo século 19Histórias de entes queridos, cuidadores e profissionais de saúde descrevem que algumas pessoas com demência tornam-se subitamente lúcidas. Eles descreveram uma pessoa que mantém conversas significativas, compartilha memórias supostamente perdidas, conta piadas e até pede refeições.

As estimativas indicam 43% das pessoas Aqueles que experimentam esta breve clareza morrem em 24 horas e 84% em uma semana.

Por que isso está acontecendo?

Clareza final ou clareza paradoxal?

Em 2009, os pesquisadores Michael Nam e Bruce Grayson cunharam o termo “Clareza máxima“, porque essas convulsões pronunciadas geralmente ocorrem pouco antes da morte.

Mas nem todos os acontecimentos óbvios indicam que a morte é iminente. Um estudo Ela descobriu que muitas pessoas com demência avançada mostram breves vislumbres de seu antigo eu mais de seis meses antes da morte.

Estava claro também mencionado Em outras condições que afetam o cérebro ou as habilidades de pensamento, como meningite e esquizofrenia, e em pessoas com tumores cerebrais ou que sofreram uma lesão cerebral.

Às vezes chamados de momentos de clareza que não indicam necessariamente a morte Clareza contrastante. É considerado paradoxal porque desafia o curso esperado de doenças neurológicas como a demência.

Mas é importante notar que estes surtos de lucidez são temporários e, infelizmente, não representam uma regressão da doença neurodegenerativa.

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Por que ocorre a clareza final?

Os cientistas têm lutado para explicar por que ocorre a clareza final. Foi relatado que alguns episódios de lucidez ocorrem na presença de entes queridos. Outros relataram isso A música às vezes pode melhorar a clareza. Mas muitos ataques de lucidez não têm um gatilho claro.

Uma equipe de pesquisa da Universidade de Nova York Ele especulou que mudanças na atividade cerebral antes da morte podem causar lucidez final. Mas isto não explica completamente por que as pessoas recuperam subitamente capacidades que deveriam ter perdido.

A clareza paradoxal e definitiva também é difícil de estudar. Nem todas as pessoas com demência avançada terão crises de lucidez antes da morte. Além disso, convulsões pronunciadas são imprevisíveis e geralmente ocorrem sem um gatilho específico.

Dado que a clareza final pode ser um momento emocionante para aqueles que testemunham este evento, seria antiético que os cientistas utilizassem este tempo para conduzir as suas pesquisas. No momento da morte, também é difícil para os cientistas entrevistar os cuidadores sobre quaisquer momentos óbvios que possam ter ocorrido.

As explicações para maior clareza vão além da ciência. Esses momentos de clareza mental podem ser uma forma de a pessoa que está morrendo se despedir, encerrar a situação antes da morte e se reconectar com a família e os amigos. Alguns acreditam que os anéis de clareza final representam a conexão de uma pessoa com a vida após a morte.

Por que é importante conhecer a clareza final?

As pessoas podem ter diversas reações ao ver lucidez terminal em alguém com demência avançada. Enquanto alguns acharão isso pacífico e agridoce, outros podem achar que é extremamente confuso e perturbador. Também pode haver o desejo de modificar os planos de cuidados e solicitar medidas que salvem a vida da pessoa que está morrendo.

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Perceber a lucidez final pode ajudar os entes queridos a compreender que isso faz parte do processo de morrer, reconhecer que a pessoa com demência não irá recuperar e permitir-lhes aproveitar ao máximo o tempo que passam com a pessoa lúcida.

Para quem testemunha, a lucidez final pode ser uma oportunidade final e preciosa de se reconectar com a pessoa que estava lá antes da demência se instalar e o “longo adeus” começar.

Yin ying limProfessor Associado, Instituto Turner de Saúde Cerebral e Mental, Universidade Monash E Danny ThompsonDoutorando (Neuropsicologia Clínica) e Psicólogo Temporário, Universidade Monash

Este artigo foi republicado em Conversação Sob licença Creative Commons. Leia o Artigo original.

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O lançamento do Boeing Starliner está programado para iniciar uma missão tão esperada com uma tripulação da NASA

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O lançamento do Boeing Starliner está programado para iniciar uma missão tão esperada com uma tripulação da NASA

Terry Reyna/AP

A cápsula Starliner da Boeing, alojada no topo de um foguete Atlas V, foi lançada na plataforma de lançamento do Complexo de Lançamento Espacial 41 na Estação da Força Espacial de Cabo Canaveral, na Flórida, em 4 de maio.

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Dois astronautas da NASA chegaram nas últimas horas antes de uma tão esperada tentativa de lançamento a bordo da cápsula Starliner da Boeing, a primeira missão tripulada da nova espaçonave.

Starliner – projetado pela gigante da aviação para competir com ela A prolífica cápsula Crew Dragon da SpaceX – Ele está programado para decolar para seu teste inaugural com tripulação às 22h34 horário do leste dos EUA na segunda-feira, da Estação da Força Espacial de Cabo Canaveral, na Flórida.

A NASA irá Webcast O evento em seus canais começa às 18h30 ET de segunda-feira. A CNN transmitirá atualizações ao vivo da missão online pouco antes da decolagem.

Problemas climáticos ou técnicos sempre podem forçar o lançamento de um foguete a se mover até que a contagem regressiva chegue a zero, mas a previsão para esta noite é a melhor possível. Autoridades meteorológicas disseram que há apenas 5% de chance Nuvens, ventos ou tempestades dificultarão a decolagem desta noite.

Esta missão, chamada Crew Flight Test, pode ser o último grande marco antes que a NASA considere a espaçonave da Boeing pronta para operações de rotina como parte do Programa de Tripulação Comercial da agência federal. O veículo Starliner se juntará ao Crew Dragon da SpaceX no esforço da NASA para colaborar com parceiros da indústria privada, expandindo as opções dos EUA para o transporte de astronautas para a Estação Espacial Internacional.

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A tripulação da missão é composta pelos astronautas veteranos Sonny Williams e Butch Wilmore, que se aventuraram no espaço em dois voos anteriores a bordo do ônibus espacial da NASA e das missões russas Soyuz.

Terry Reyna/AP

Os astronautas da NASA Sonny Williams (L) e Butch Wilmore posam após chegarem ao Centro Espacial Kennedy em 25 de abril, em Cabo Canaveral, Flórida, antes de um teste de voo da tripulação do Boeing Starliner.

“Eles estão verificando muitos sistemas: suporte de vida, controle manual”, disse o administrador da NASA, Bill Nelson, durante uma entrevista coletiva na sexta-feira. “É por isso que colocamos pilotos de teste a bordo – e, claro, os currículos de Butch e Sonny são extensos.”

Este será apenas o sexto voo inaugural de uma espaçonave tripulada na história dos EUA, observou Nelson: “Tudo começou com Mercury, depois com Gemini, depois com Apollo, depois com o ônibus espacial, depois com Dragon (SpaceX) – e agora com Starliner”.

Williams também se tornaria a primeira mulher a participar de tal missão.

Se tudo correr como planejado, a tripulação embarcará em uma cápsula Starliner e decolará em um foguete Atlas V na noite de segunda-feira. A espaçonave – que transporta os astronautas – se separará do foguete após atingir a órbita e começará a operar seus próprios motores. O veículo Starliner passará então mais de 24 horas caminhando gradualmente até a estação espacial, onde o veículo deverá atracar às 12h46 ET de quarta-feira.

Williams e Willmore estão programados para passar cerca de uma semana a bordo do laboratório orbital, juntando-se à espaçonave Sete astronautas e astronautas Já a bordo, enquanto o Starliner ainda está atracado do lado de fora.

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Os dois retornarão então para casa a bordo da mesma cápsula Starliner, que deverá pousar de paraquedas em um dos vários locais designados no sudoeste dos Estados Unidos.

Há muita coisa acontecendo em um teste tranquilo. A NASA esperou meia década para que o Starliner iniciasse os lançamentos tripulados, e o desenvolvimento do Starliner enfrentou anos de atrasos, contratempos e erros. De forma mais ampla, a Boeing, como empresa, tem sido atormentada durante anos por escândalos na sua divisão de aeronaves que mancharam a marca do gigante da aviação de longa data.

“Passamos por um processo muito rigoroso para chegar aqui”, disse Mark Nappi, vice-presidente e gerente do programa Starliner da Boeing, sobre o processo de desenvolvimento durante uma entrevista coletiva na sexta-feira. “A verdade é que minha confiança vem de passar por esse processo.”

Se o voo de teste da tripulação for bem-sucedido, poderá colocar a Boeing na fila para iniciar voos de rotina para a estação espacial em nome da NASA.

A agência espacial dos EUA escolheu a Boeing para desenvolver o Starliner – juntamente com a SpaceX e sua cápsula Crew Dragon – em 2014, na esperança de que as empresas comerciais pudessem criar novos meios complementares de transporte de astronautas para a Estação Espacial Internacional depois que o programa do ônibus espacial fosse aposentado em 2011.

A SpaceX finalmente ultrapassou a Boeing na plataforma de lançamento, conduzindo testes de voo tripulado de sua cápsula Crew Dragon em maio de 2020. A SpaceX administrou a maior parte do Das necessidades de transporte da tripulação da NASA desde então.

“Estamos torcendo pela SpaceX. Isso é algo muito importante para o nosso país e é muito importante para a NASA poder ter acesso a isso.” Nabi disse durante uma conferência de imprensa em março. “Estamos ansiosos para oferecer (serviços de transporte de astronautas) também.”

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