O arranjo aparentemente aleatório das células nos tecidos vegetais pode não ser caótico, afinal. Uma nova pesquisa da Universidade Cornell revela uma lógica oculta por trás desta diversidade celular, sugerindo uma interação fascinante entre aleatoriedade e crescimento que molda os intrincados desenhos de folhas e flores.
Publicado na PLOS Biology, este estudo investiga como as células gigantes – dramaticamente maiores que as suas vizinhas – contribuem para os padrões de retalhos observados nas superfícies das folhas. Essas células “gigantes” surgem de um processo chamado endorreduplicação, onde o DNA se replica repetidamente sem divisão celular. Anteriormente, os cientistas não tinham certeza se essas células gigantes apareciam aleatoriamente ou se seguiam um padrão previsível.
Utilizando imagens de alta resolução e modelos informáticos sofisticados, a equipa de investigação liderada por Frances K. Clark e Adrienne Roeder descobriu que, embora a formação inicial de células gigantes seja de facto aparentemente aleatória, o seu eventual agrupamento emerge à medida que os tecidos crescem e se expandem. Pense nisso como espalhar sementes: a princípio, elas aparecem espalhadas ao acaso. Mas à medida que as plantas crescem e o espaço se torna limitado, os padrões começam a se formar naturalmente.
Este processo de ordenação não é ditado pela comunicação direta entre as células, mas emerge das forças combinadas do crescimento e do acaso. À medida que novas células se dividem em torno destas células gigantes inicialmente aleatórias, a geometria do tecido muda, transformando a aleatoriedade num mosaico estruturado.
Os arquitetos genéticos do tamanho das células
O estudo identificou quatro genes principais – ACR4, ATML1, DEK1 e LGO – que atuam como arquitetos do tamanho das células nos tecidos vegetais. O aumento da atividade do LGO levou a mais células gigantes, enquanto o aumento do ATML1 ou do LGO aumentou sua área geral. Notavelmente, esses genes produzem resultados diferentes dependendo do tecido específico em que trabalham. Células gigantes apareceram em ambas as superfícies das folhas, mas apenas na parte inferior das sépalas (estruturas semelhantes a pétalas que circundam a flor).
Para validar ainda mais este modelo, os pesquisadores colaboraram com cientistas do Instituto Max Planck para Pesquisa de Melhoramento de Plantas, na Alemanha. Juntos, eles criaram uma simulação de computador onde o destino de cada célula foi determinado aleatoriamente pelos níveis flutuantes de ATML1, imitando o sistema biológico sem qualquer comunicação direta entre células. Os padrões resultantes gerados neste modelo espelharam surpreendentemente aqueles observados em tecidos vegetais reais.
Além das plantas: implicações para o design e a biologia
As descobertas transcendem o reino das plantas e oferecem uma compreensão mais ampla de como a ordem pode surgir a partir de começos aparentemente aleatórios em vários sistemas biológicos. Este princípio tem implicações significativas para campos como a biologia sintética, onde os investigadores pretendem projetar estruturas complexas usando coordenação mínima. Ao aproveitar os princípios revelados neste estudo, os cientistas poderiam potencialmente projetar tecidos vegetais ou até mesmo sistemas biológicos inteiramente novos com maior precisão e eficiência.
“A aleatoriedade não é o caos; é um alicerce fundamental”, explica Adrienne Roeder. “Ele interage com a dinâmica de crescimento para criar padrões intrincados que são essenciais para a vida.” A elegante simplicidade deste princípio sublinha o quanto ainda temos que aprender sobre os mecanismos ocultos que impulsionam a organização da própria vida.
