01/04/2019

Como os animais adquiriram manchas e listras?

Fonte: The Conversation

Em 1952, Alan Turing deu o pontapé inicial para os estudos matemáticos acerca da formação de padrões na natureza, que são percebidos desde a cauda do pavão até a camuflagem em evolução do camaleão.

No artigo The Chemical Basis of Morphogenesis, Turing apresentou a teoria segundo a qual os padrões poderiam aparecer espontaneamente com base na tendência natural de uma proteína se mover aleatoriamente pelo tecido e interagir com outras células e proteínas.

Apesar de contra-intuitivo, Turing notou que os padrões dependem da atuação conjunta de dois componentes: agentes de interação e difusão de agentes. Apesar de a difusão ser um destruidor de padrões (por exemplo, se você colocar leite na água e não mexer, o leite se difundirá – ou se espalhará – pelo copo uniformemente, sem deixar manchas), o matemático demonstrou que, se os dois componentes fossem combinados da maneira certa, a difusão poderia realmente impulsionar o sistema para formar pontos e listras.

Claro, os biólogos são capazes de explicar o motivo de um animal ter certo padrão. Pode ser para fins de acasalamento, como sinal de alerta ou para propósitos de defesa. Mas como os padrões são produzidos? Aí está a pergunta de ouro.

Em 2014, o laboratório experimental de Shigeru Kondo demonstrou que as células que criam padrões, em particular, são mais astutas do que se pressupunha.

Ao analisar as listras pretas e brancas do peixe-zebra, um peixe tropical nativo da região do Himalaia, a equipe de Kondo descobriu que os padrões de pele do espécime são compostos de um tipo de célula clara (xantóforo) e um tipo de célula escura (melanóforo) que interagem entre si.

Quando a célula clara toca uma célula escura, um mecanismo de perseguição é instigado. A primeira move-se lentamente em direção à segunda, que rapidamente “foge”. Para complicar ainda mais, a perseguição não ocorre ao longo de uma linha reta. As células se movem em um ângulo entre si, resultando em uma perseguição em espiral.

O trabalho de Kondo estendeu a teoria de Turing para acomodar o novo conhecimento de “perseguir” células. Modelar o sistema como um conjunto de células individuais discretas resultou em um modelo matemático altamente preciso, mas difícil de se trabalhar. Assim, Kondo decidiu simplificar o modelo assumindo que há um grande número de células.

Para colocar isso em termos reais, significa que, quando você considera a Grande Muralha da China, não precisa se preocupar com cada tijolo, mas enxergar toda a estrutura.

Kondo se tornou capaz de especificar exatamente as condições sob as quais as populações celulares produzirão padrões e condições sob as quais os padrões não existirão.

A complexidade adicional de perseguir células expandiu bastante o catálogo de padrões disponíveis. O sistema não precisa mais evoluir para um padrão estacionário de pontos ou listras. As células de perseguição podem produzir padrões de hexágonos giratórios, pontos que passam uns pelos outros e até mesmo listras em constante evolução que oscilam de um lado para o outro.

Toda a complexidade está envolvida na descrição de como as células se perseguem: se você alterar a descrição, altera o padrão.