A natureza está repleta de muitos animais estampados, desde listras em zebras, manchas em leopardos, até detalhes intrincados em criaturas marinhas.
Os investigadores estudaram durante muito tempo a explicação biológica por detrás destas maravilhas naturais, como a camuflagem e a sobrevivência, mas a razão matemática para a forma como se formam permanece intrigante.
Em 1952, o matemático Alan Turing publicou um artigo com equações que poderiam explicar como os animais adquiriram suas manchas e listras.
O Sr. Turing disse que os agentes químicos foram produzidos quando o tecido estava em desenvolvimento; os produtos químicos reagiriam e formariam manchas; essa teoria da reação-difusão foi o que ele propôs ser a ocorrência natural de padrões.
No entanto, os engenheiros da Universidade do Colorado em Boulder acreditam que a teoria da difusão não explica como os padrões nítidos podem ser produzidos, uma vez que a proposta do Sr. Turing descreve um tipo de padrão mais difuso a ser formado.
Um comunicado de imprensa do estudo compara isso a quando o leite é colocado no café; ele se difunde e corre em diferentes direções, criando um padrão confuso e indefinido.
Eles usam um peixe-caixa como exemplo; seu padrão é complexo e compreende um ponto roxo cercado por um roxo mais profundo e um contorno hexagonal amarelo ornamentado.
Eles acreditam que a explicação do Sr. Turing não corresponde à forma como este padrão elaborado poderia ser formado.
Um novo estudo realizado pelos engenheiros da CU Boulder no Avanços da Ciência A revista sugere que um mecanismo chamado difusioforese pode ser a razão por trás dos padrões nítidos e detalhados encontrados até mesmo nos animais mais complexos.
A difusioforese descreve como uma molécula se move através de um líquido e como isso muda em resposta às diferenças no gradiente de concentração; em outras palavras, é assim que a sujeira é retirada da roupa durante a lavagem.
Benjamin Alessio e Ankur Gupta, pesquisadores do estudo, sugerem que o movimento das moléculas durante a difusioforese sempre segue uma rota clara, que, por sua vez, produz padrões com contornos nítidos.
Topo: Um boxfish macho ornamentado (aracana ornata). Canto inferior esquerdo: um close do padrão hexagonal natural do peixe-caixa. Centro inferior: simulação de padrão de peixe baseada na teoria de reação-difusão de Turing. Canto inferior direito: padrão baseado na difusioforese do engenheiro CU Boulder
(Aquário Birch/Instituição Scripps de Oceanografia)
Eles teorizam que quando as moléculas se movem, deixam um rastro de pigmento, que forma manchas e listras.
Os engenheiros realizaram uma série de simulações de computador usando equações para imitar o padrão roxo na pele do peixe-caixa, uma com a sua hipótese e outra com a teoria de Turing.
As equações de Turing produziram uma imagem de pontos roxos borrados com um contorno tênue, enquanto seu conjunto apresentou uma imagem semelhante ao padrão hexagonal brilhante e bem definido do peixe.
Embora a teoria de Turing tenha sido utilizada por cientistas na investigação de outros padrões biológicos, como a colocação dos folículos capilares, Gupta espera que as suas descobertas possam avançar ainda mais na compreensão dos padrões da natureza.
“Nossas descobertas enfatizam que a difusioforese pode ter sido subestimada no campo da formação de padrões”, disse Gupta no comunicado à imprensa.
“Este trabalho não só tem potencial para aplicações nas áreas de engenharia e ciência dos materiais, mas também abre a oportunidade de investigar o papel da difusioforese em processos biológicos, como a formação de embriões e de tumores.”
Jeremy Green, professor de biologia do desenvolvimento no King’s College London, também falou ao canal para dizer que a nova teoria provavelmente influenciará a experimentação no futuro, mas ainda existem lacunas na teoria de Turing a serem exploradas.
“As células são extremamente pegajosas e é muito improvável que sejam movidas por difusioforese”, disse Green, que não esteve envolvido no estudo, ao CNN.
“A movimentação das células para aprimorar um padrão de Turing não é uma ideia nova e pode acontecer não apenas por quimiotaxia (migração celular ativa), mas também por outros mecanismos.”
O senhor Gupta transmitiu ao CNN que não estão a afirmar que a difusioforese é o único mecanismo a ser considerado “mas sim que está presente e tem sido subestimada”.
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