Desvendando o Mistério: como as cores e padronagens dos animais se revelam

Mecanismo usado para remover a sujeira das roupas pode ser a resposta para o enigma elementar, indica estudo

Por Marília Monitchele SEGUIR SEGUINDO 20 nov 2023, 15h00

Pesquisadores testaram equações de Alan Turing, o pai da computação moderna, e descobriram que princípio usado em máquinas de lavar é o responsável por imprimir padrões de cores e formas nos animais - (Freepik/Reprodução)

Em um espetáculo de cores e formas que rivaliza com a mais vibrante obra de arte, o reino animal exibe sua exuberância através de padronagens únicas. Dos peixes-palhaço em tons de laranja e branco aos extravagantes penachos das araras, o colorismo animal desempenha papéis cruciais na sobrevivência e perpetuação das espécies. No entanto, um mistério persistia: como exatamente esses padrões se formam?

Há mais de meio século, Alan Turing ousou desvendar o enigma por trás dessas padronagens. Sua teoria revolucionária, apresentada em 1952, propôs um modelo simples de reação-difusão, desafiando explicações genéticas mais complexas. O matemático, pai da computação moderna, levantou a hipótese de que, à medida que os tecidos se desenvolvem, eles produzem agentes químicos. Esses agentes se difundem através dos tecidos em um processo semelhante ao da adição de leite ao café. Alguns dos agentes reagem entre si, formando manchas. Outros inibem a propagação e reação dos agentes, formando espaço entre as manchas.

A Revolução da Difusioforese: a resposta que faltava

Apesar de eficiente, a teoria não conseguia explicar a precisão com que algumas padronagens se repetem nem onde elas se desenvolverão. É aí que entra em cena um conceito capaz de lançar luz sobre o enigma: a difusioforese, um fenômeno em que moléculas se movem em resposta à mudanças, moldando padrões com precisão surpreendente. “Certamente o mecanismo de Turing pode produzir padrões, mas a difusão não produz padrões nítidos”, explica Benjamin Alessio, autor de um estudo complementar à teoria de Turing e pesquisador do Departamento de Engenharia Química e Biológica da Universidade do Colorado. “Nosso estudo usa um mecanismo simples para explicar um fenômeno biológico complicado.”

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Embora possa parecer um conceito obscuro para não cientistas, o mecanismo é aplicado para tirar a sujeira das roupas. É comprovado que enxaguar roupas encharcadas de sabão em água limpa remove a sujeira mais rapidamente do que enxaguar roupas encharcadas de sabão em água com mais sabão. Isso ocorre porque as moléculas de sabão saem do meio mais concentrado para o meio menos concentrado, levando consigo as sujidades. Ou seja, quando o sabão se difunde do tecido para a água pura, o movimento retira a sujeira. Quando as roupas são colocadas em água com sabão, a falta de diferença na concentração de detergente faz com que a sujeira permaneça no lugar.

Os pesquisadores simularam os padrões roxo e preto da pele dos peixes-cofre usando a fórmula de Turing. O resultado? Contornos levemente borrados, muito distantes da definição ideal. No entanto, quando a equipe modificou a equação para incluir a ação da difusioforese, o resultado obtido se aproximou mais do brilho e da nitidez vistos naturalmente na pele dos peixes.

Um Boxfish Ornamentado macho (Aracana ornata). Canto inferior esquerdo: uma imagem em close do padrão hexagonal natural do peixe. Centro inferior: simulação de padrão de peixe baseada na teoria de reação-difusão de Turing. Canto inferior direito: Simulação de reação-difusão aprimorada por difusioforese. — Um peixe caixa ornamentado macho (Aracana ornata). **Canto inferior esquerdo:** uma imagem em close do padrão hexagonal natural do peixe. **Centro inferior:** simulação de padrão de peixe baseada na teoria de reação-difusão de Turing. **Canto inferior direito:** Simulação de reação-difusão aprimorada por difusioforese – (Benjamin Alessio/Reprodução)

A equipe concluiu que, ao se difundirem através dos tecidos, os agentes químicos, conforme o proposto por Turing, arrastam consigo as células produtoras de pigmentos através da difusioforese – semelhante ao sabão que remove a sujeira da roupa. Esse mecanismo explica também outros padrões biológicos, como a disposição dos folículos capilares nos ratos e as cristas no céu da boca dos mamíferos.

Do Mundo Natural à Inovação Tecnológica: o futuro da difusioforese

Os autores do estudo acreditam que a difusioforese não apenas desvenda o mistério da natureza, mas também pode revolucionar a engenharia de materiais. Desde a criação de produtos sintéticos imitando propriedades da pele até adesivos diagnósticos, as implicações são vastas. “Ele conseguiram desenvolver, de forma robusta e acurada, um modelo matemático que aplicado à biofísica é capaz de quantificar e mimetizar fenômenos biológicos naturais”, sintetiza Pablo Shimaoka Chagas, pesquisador da Universidade de Augusta, nos Estados Unidos, e doutor em genética pela Faculdade de Medicina da USP. “Dado seu caráter multifacetado, o modelo proposto pode contribuir até mesmo para o entendimento de importantes mecanismos biológicos de doenças complexas como, por exemplo, o câncer”.