Antigamente, os monges esperavam transformar chumbo em ouro por meio da alquimia. Mas considere a couve-flor. São necessários apenas dois genes para transformar os caules comuns, caules e flores da espécie com ervas daninhas e insípida Brassica oleracea em uma formação tão maravilhosa quanto este fractal, vegetal em forma de nuvem.
Esta é a verdadeira alquimia, diz Christophe Godin, pesquisador sênior do Instituto Nacional de Pesquisa em Ciência e Tecnologia Digital em Lyon, França.
O Dr. Godin estuda a arquitetura das plantas modelando virtualmente o desenvolvimento das formas de diferentes espécies em três dimensões. Ele se perguntou que modificação genética se escondia por trás das espirais aninhadas da couve-flor e dos fractais logarítmicos chartreuse do Romanesco, uma cultivar de couve-flor que quase poderia ser confundida com um cristal.
“Como a natureza é capaz de construir objetos tão inesperados?” ele perguntou. “Quais podem ser as regras por trás disso?”
Quinze anos atrás, o Dr. Godin conheceu François Parcy, um biólogo vegetal do Centro Nacional de Pesquisa Científica em Grenoble, França. No Dr. Parcy, o Dr. Godin reconheceu um amigo por florzinhas fractais.
“Não há como você não notar que é um vegetal tão lindo”, disse Parcy, referindo-se a Romanesco.
Estimulados pela paixão por Brassica, o Dr. Godin e o Dr. Parcy investigaram o mistério genético da geometria fractal tanto no Romanesco quanto na couve-flor padrão, conjurando as plantas em modelos matemáticos e também cultivando-as na vida real. Seus resultados, que sugerem que os fractais se formam em resposta a mudanças nas redes de genes que governam o desenvolvimento floral, foram publicados quinta-feira em Ciência.
“É uma ótima integração da genética de um lado e modelagem rigorosa do outro”, disse Michael Purugganan, biólogo da Universidade de Nova York que não esteve envolvido na pesquisa. “Eles estão tentando mostrar que ajustando as regras de como os genes interagem, você pode obter mudanças dramáticas em uma planta.”
No início dos anos 2000, o Dr. Parcy acreditava que entendia a couve-flor. Ele até deu aulas sobre o desenvolvimento de flores. “O que é uma couve-flor? Como pode crescer? Por que é assim? ” ele disse.
As couves-flores, como a couve de Bruxelas, vêm de séculos de reprodução selecionada de Brassica oleracea. Os humanos criaram couves de Bruxelas para os botões laterais e couve-flor para os agrupamentos de flores. As couves-flores, no entanto, não produzem botões de flores; suas inflorescências, ou brotos com flores, nunca amadurecem para produzir flores. Em vez disso, as inflorescências de couve-flor geram réplicas de si mesmas em uma espiral, criando aglomerados de coalhada como queijo cottage à base de plantas.
Enquanto os dois pesquisadores discutiam a couve-flor, o Dr. Godin sugeriu que se o Dr. Parcy realmente entendesse a planta, deveria ser fácil modelar o desenvolvimento morfológico do vegetal. No fim das contas, não foi.
Os dois primeiro confrontaram o atoleiro coagulado no quadro negro, esboçando vários diagramas de redes genéticas que poderiam explicar como o vegetal mudou para sua forma atual. Sua musa era Arabidopsis thaliana, uma erva daninha bem estudada da mesma família da couve-flor e seus muitos primos.
Se uma couve-flor tem uma única couve-flor na base da planta, Arabidopsis tem muitas estruturas semelhantes a couve-flor ao longo de seu caule alongado. Mas quais genes poderiam refinar essas couves-flores menores em uma couve-flor grande e compacta? E se eles identificassem esses genes, eles poderiam deformar essas couves-flores nos picos que os Romanescos formam?
Para responder a essas perguntas, os pesquisadores iriam ajustar a rede de genes e executá-la por meio de modelos matemáticos, gerá-la em 3D e transformá-la na vida real. “Você imagina algo, mas até programá-lo não sabe como será”, disse Parcy.
(Ao longo da pesquisa, o Dr. Parcy também coletou vários espécimes de Romanesco no mercado de seu fazendeiro local, sequenciou-os e dissecou-os. Ele e seus colegas então comeram as sobras, na maioria das vezes cruas com molhos diferentes, junto com copos de cerveja .)
Muitos modelos iniciais fracassaram, tendo pouca semelhança com couves-flores. No início, os pesquisadores acreditaram que a chave para as couves-flores estava no comprimento do caule. Mas quando eles programaram Arabidopsis com e sem haste curta, perceberam que não precisavam reduzir o tamanho da haste das couves-flores, seja nos modelos 3-D ou na vida real.
E as couves-flores que eles simularam e cultivaram simplesmente não eram fractais o suficiente. Os padrões eram visíveis apenas em duas escalas fractais, como uma espiral aninhada em outra espiral. Por outro lado, uma couve-flor regular geralmente exibe auto-similaridade em pelo menos sete escalas fractais, significando uma espiral aninhada em uma espiral aninhada em uma espiral aninhada em uma espiral aninhada em uma espiral aninhada, em última análise, em outra espiral.
Então, em vez de focar no caule, eles se concentraram no meristema, uma região do tecido vegetal na ponta de cada caule onde células em divisão ativa produzem novo crescimento. Eles levantaram a hipótese de que aumentar o meristema aumentaria o número de brotos produzidos.
O único problema era que os pesquisadores não sabiam qual gene poderia controlar o ritmo de produção de brotos do meristema.
Um dia, Eugenio Azpeitia, então um pós-doutorado no laboratório do Dr. Godin, lembrou-se de um gene que era conhecido por alterar o tamanho da zona central do meristema. Os três pesquisadores desfrutaram de um breve momento de euforia e então esperaram pacientemente por meses até que sua Arabidopsis recém-modificada crescesse. Quando os brotos germinaram, eles apresentavam couves-flores com pontas cônicas distintas.
“Muito lembra o que ocorre no Romanesco”, disse Godin com orgulho.
Normalmente, quando uma planta brota uma flor, a ponta da flor da planta impede que o caule cresça mais. Uma coalhada de couve-flor é um botão que foi projetado para se tornar uma flor, mas nunca chega lá e, em vez disso, dá um broto. Mas os experimentos dos pesquisadores no meristema descobriram que, como esse broto passou por um estágio floral transitório, ele é exposto a um gene que desencadeia seu crescimento. “Por ser uma flor, você é livre para crescer e pode fazer um rebento”, disse Parcy.
Este processo cria uma reação em cadeia onde o meristema está criando muitos brotos que, por sua vez, cria muitos mais brotos, representando a geometria fractal de uma couve-flor.
“Não é uma haste normal”, disse Godin. “É um caule sem folha. Uma haste sem inibição. ”
“Essa é a única maneira de fazer uma couve-flor”, disse Parcy.
Os pesquisadores dizem que provavelmente existem outras mutações responsáveis pela forma espetacular do Romanesco. Ning Guo, pesquisador do Centro de Pesquisas Vegetais de Pequim que também está estudando o potencial mecanismo genético por trás da arquitetura da coalhada de couve-flor, diz que o artigo ofereceu “muita inspiração”.
“A história ainda não terminou”, disse Godin, acrescentando que ele e Parcy continuarão refinando seus modelos de couve-flor. “Mas sabemos que estamos no caminho certo.”
Mas eles estão abertos, dizem, para estudar qualquer coisa que floresça.
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