O peixe-boi ornamentado, com padrões impressionantes, não tem falta de pormenores no que diz respeito às suas manchas hexagonais e às suas riscas afiadas - as marcas intrincadas são tão vincadas na espécie que os engenheiros da Universidade do Colorado, em Boulder, ficaram a pensar como é que esta espécie adquiriu esta aparência distinta.
Alan Turing, um matemático de renome que inventou a computação moderna, propôs, há mais de 70 anos, que os animais obtinham os seus padrões através da produção de agentes químicos que se difundiam através do tecido da pele, à semelhança do que acontece com o creme de leite no café. Os químicos interagiriam enquanto outros agentes inibiriam a sua atividade, resultando na formação de padrões. Mas a teoria de Turing não explicava como é que os padrões se mantinham tão definidos numa espécie como o peixe-boi ornamentado.
A equipa de engenheiros da Universidade do Colorado em Boulder explorou a forma como um mecanismo chamado difusioforese pode criar padrões nítidos num novo estudo publicado na quarta-feira na revista Science Advances. A difusioforese descreve o movimento de moléculas suspensas num fluido em resposta a um gradiente de concentração de um produto químico separado, fazendo com que as pequenas partículas, neste caso cromatóforos (células de pigmento), se concentrem e se aglomerem.
Quando os cientistas calcularam a equação de Turing, modificada para incluir este processo, as simulações que geraram mostraram que a trajetória das moléculas tinha sempre criado contornos nítidos, ao contrário das manchas difusas e mal definidas que a teoria de Turing por si só criaria.
"O que nos deixou curiosos foi o facto de que, se se tratasse de difusão, os padrões não deveriam ser nítidos... as cores não deveriam ser tão marcantes", disse o coautor do estudo, Ankur Gupta, professor assistente de engenharia química e biológica na Universidade de Colorado Boulder. "Então, o que é que dá essa nitidez impressionante a estes padrões? É aí que entra a difusioforese".
As descobertas dos engenheiros sugerem que, com a difusão de agentes químicos, os cromatóforos também são arrastados ao longo da sua trajetória na difusioforese, criando manchas e riscas com um contorno muito mais nítido, de acordo com um comunicado de imprensa sobre o estudo.
Gupta disse esperar que as descobertas promovam mais pesquisas sobre difusioforese em relação à formação de embriões e tumores, bem como camuflagem e processos biológicos de outras espécies.
"A ideia de afinar as interfaces é boa e definitivamente importante para a função biológica", disse Andrew Krause, professor assistente de matemática aplicada na Universidade de Durham, no Reino Unido, que estudou a teoria de Turing, num e-mail.
Ideias matemáticas como a difusão conduzem frequentemente a interfaces "suaves" ou contínuas, enquanto a maior parte das fronteiras dos tecidos biológicos (por exemplo, as fronteiras entre os órgãos) são relativamente rígidas. ... É pelo menos uma forma possível de afinar regiões de expressão genética", disse Krause, que não esteve envolvido no estudo.
Outras possibilidades para aperfeiçoar a teoria de Turing
A hipótese de Turing apareceu pela primeira vez em 1952, num artigo que escreveu intitulado "The Chemical Basis of Morphogenesis". A sua teoria defendia que os padrões animais não eram aleatórios, mas antes um processo de reação química-difusão que cria sistematicamente as manchas num leopardo ou as riscas num tigre, de acordo com a Universidade de Warwick.
Embora a difusioforese seja uma modificação sugerida para aperfeiçoar a teoria de Turing com base no estudo recente, pode haver outras soluções possíveis, disse Jeremy Green, professor de biologia do desenvolvimento no King's College de Londres.
"As células são extremamente pegajosas e é muito improvável que sejam movidas por difusioforese", disse Green, que não esteve envolvido no estudo, num e-mail. "As células que se deslocam para afinar um padrão de Turing (ou mesmo qualquer fronteira) não é uma ideia nova e pode acontecer não só por quimiotaxia (migração celular ativa) mas também por outros mecanismos".
Green disse acreditar que o estudo é suscetível de influenciar a modelação e a experimentação no futuro, mas ainda existem lacunas na teoria de Turing que ainda não foram exploradas. Green é coautor de um estudo de fevereiro de 2012 que encontrou provas para apoiar a teoria de Turing no que diz respeito às cristas no palato de um rato.
"Considerámos outras possibilidades no nosso artigo e reconhecemos que processos como a quimiotaxia, ou seja, a migração celular, estão presentes", afirmou Gupta por correio eletrónico. "Não pretendemos afirmar que a difusioforese é o único mecanismo, mas sim que está presente e tem sido subvalorizado. A inclusão da difusioforese ajuda a melhorar a robustez de tais previsões".
