Desde as riscas das zebras às manchas dos leopardos, a natureza está repleta de animais com os mais diversos padrões, o que tem suscitado a curiosidade dos cientistas ao longo dos anos. Vários estudos científicos têm sugerido explicações biológicas por detrás de características – como a camuflagem ou aparências peculiares – de certos animais. No entanto, a formação dos padrões no revestimento dos animais parecia ser já um mistério com explicação, teorizado pelo matemático Alan Turing há mais de 70 anos. Agora, um novo estudo conduzido por engenheiros da Universidade de Colorado Boulder, nos Estados Unidos, fez novas descobertas que ajudam a explicar melhor a matemática por detrás da formação das pintas e riscas de algumas espécies de animais.
De acordo com a teoria de Turing , abordada pela primeira vez no artigo “The Chemical Basis of Morphogenesis” em 1952, um modelo de reação-difusão serviria para explicar os princípios básicos da formação de padrões biológicos. Segundo Turing, ao se desenvolverem os tecidos da pele dos animais, são também produzidos agentes químicos que se difundem nesse tecido e que levam à formação de padrões, ao reagirem uns com os outros. Contrariamente, outros inibem a sua difusão, o que resulta na formação de espaços entre essas manchas. Contudo, na sua teoria, Turing não explicava como é que podem ser produzidos padrões nítidos que se mantenham definidos ao longo do tempo, o que levou engenheiros da Universidade do Colorado Boulder a explorar a teoria da difusioforese.
A difusioforese é um mecanismo que ocorre quando uma molécula se move através de um líquido – em resposta a diferentes alterações que ocorram como, por exemplo, diferenças na concentração do mesmo – e acelera o movimento de outros tipos de moléculas no mesmo ambiente. “Muitas questões biológicas são fundamentalmente a mesma questão: Como é que os organismos desenvolvem padrões e formas complicadas quando tudo começa a partir de um aglomerado esférico de células. O nosso trabalho utiliza um mecanismo físico e químico simples para explicar um fenómeno biológico complicado”, explica Benjamin Alessio, um dos autores envolvidos no estudo
Publicado na revista científica Sciences Advances, o grupo de investigadores realizou simulações computadorizadas onde produziu e comparou equações – utilizando ambas as teorias – que imitavam o padrão encontrado nos tecidos do peixe-boi ornamentado. Segundo os resultados, com a teoria de Turing, a imagem dos pontos púrpura característicos do peixe ficaram desfocados com um fraco contorno. Já na simulação baseada na difusioforese, a simulação apresentou uma imagem semelhante ao padrão hexagonal bem definido e brilhante da espécie.
A teoria da equipa sugere que, quando os agentes químicos se difundem através dos tecidos, também arrastam consigo células produtoras de pigmentos que formam manchas e riscas de contorno mais nítido. “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. Então, o que é que dá essa nitidez impressionante a estes padrões? É aí que entra a difusioforese”, esclareceu Ankur Gupta, professor de engenharia química e biológica na Universidade de Colorado Boulder.
Os especialistas esperam que as descobertas promovam mais investigação no mecanismo de difusioforese nos processos biológicos de outras espécies. “As nossas descobertas enfatizam que a difusioforese pode ter sido subestimada no campo da formação de padrões. Este trabalho não só tem potencial para aplicações nos domínios da engenharia e da ciência dos materiais, como também abre a oportunidade de investigar o papel da difusioforese em processos biológicos, como a formação de embriões e a formação de tumores”, referiu Gupta.
