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Pisca quando apertado: como organismos unicelulares iluminam os oceanos
A pesquisa explica como um organismo marinho unicelular gera luz como resposta a  estimulaa§a£o meca¢nica, iluminando as ondas quebradas a  noite.
Por Sarah Collins - 06/07/2020


A lunula Dinoflagelate Pyrocystis - Crédito: University of Cambridge

A cada poucos anos, uma proliferação de organismos microsca³picos chamados dinoflagelados transforma as costas ao redor do mundo, dando a s ondas quebrantes um brilho azul assustador. O espetacular florescimento deste ano no sul da Califórnia foi um exemplo particularmente impressionante. Em um novo estudo publicado na revista Physical Review Letters , os pesquisadores identificaram a física subjacente que resulta na produção de luz em uma espanãcie desses organismos.

"Nossas descobertas mostram como a tomada de decisaµes elegante pode ser emnívelde canãlula única"

Maziyar Jalaal

A equipe internacional, liderada pela Universidade de Cambridge, desenvolveu ferramentas experimentais exclusivas baseadas em micromanipulação e imagem de alta velocidade para visualizar a produção de luz nonívelde canãlula única. Eles mostraram como um organismo unicelular da espanãcie Pyrocystis lunula produz um flash de luz quando sua parede celular édeformada por forças meca¢nicas. Atravanãs de experimentação sistema¡tica, eles descobriram que o brilho do flash depende tanto da profundidade da deformação quanto da taxa na qual ela éimposta.

Conhecido como resposta 'viscoela¡stica', esse comportamento éencontrado em muitos materiais complexos, como fluidos com polímeros em suspensão. No caso de organismos como Pyrocystis lunula , conhecidos como dinoflagelados, esse mecanismo provavelmente estãorelacionado aos canais ia´nicos, que são protea­nas especializadas distribua­das na membrana celular. Quando a membrana estãoestressada, esses canais se abrem, permitindo que o ca¡lcio se mova entre os compartimentos da canãlula, desencadeando uma cascata bioquímica que produz luz.

"Apesar de décadas de pesquisa cienta­fica, principalmente no campo da bioquímica, o mecanismo fa­sico pelo qual o fluxo de fluido desencadeia a produção de luz permanece incerto", disse o professor Raymond E. Goldstein, professor de Sistemas Fa­sicos Complexos da Schlumberger no Departamento de Matema¡tica Aplicada e Fa­sica Tea³rica, que liderou a pesquisa.

"Nossas descobertas revelam o mecanismo fa­sico pelo qual o fluxo de fluido desencadeia a produção de luz e mostram como a tomada de decisaµes elegante pode ser emnívelde canãlula única", disse o Dr. Maziyar Jalaal, primeiro autor do artigo.

A bioluminescaªncia éde interesse da humanidade hámilhares de anos, pois évisível como o brilho das ondas noturnas no oceano ou a faa­sca de vaga-lume na floresta. Muitos autores e fila³sofos escreveram sobre bioluminescaªncia, de Arista³teles a Shakespeare, que em Hamlet escreveu sobre o 'fogo ineficaz' do verme de brilho; Uma referaªncia a  produção de luz sem calor:

"... Para pica¡-la e pica¡-la. Vocaª se sai bem imediatamente / O verme de fogo mostra que o matin estãopra³ximo / E gins para acalmar seu fogo ineficaz. / Adieu, adeus, adeus. Lembre-se de mim."


A bioluminescaªncia no oceano, no entanto, não é"ineficaz". Por outro lado, éusado para defesa, ataque e acasalamento. No caso dos dinoflagelados, eles usam a produção de luz para espantar os predadores.

Os resultados do presente estudo mostram que, quando a deformação da parede celular épequena, a intensidade da luz épequena, independentemente da rapidez com que o recuo éfeito, e também épequena quando o recuo égrande, mas aplicado lentamente. Somente quando a amplitude e a taxa são grandes éque a intensidade da luz émaximizada. O grupo desenvolveu um modelo matema¡tico capaz de explicar quantitativamente essas observações e sugere que esse comportamento possa atuar como um filtro para evitar que disparos de luz espaºrios sejam acionados.

Enquanto isso, os pesquisadores planejam analisar de maneira mais quantitativa a distribuição de forças sobre as células inteiras no fluxo de fluido, um passo no sentido de entender a previsão de luz em um contexto marinho.

Outros membros da equipe de pesquisa foram o pesquisador pa³s-doutorado Hanãla¨ne de Maleprade, visitando os alunos Nico Schramma, do Instituto Max-Planck de Dina¢mica e Auto-Organização em Ga¶ttingen, Alemanha, e Antoine Dode, da Escola Politécnica da Frana§a, e o professor Christophe Raufaste, da Universidade Instituto de Fa­sica de Nice, Frana§a.

O trabalho foi apoiado pela Marine Microbiology Initiative da Fundação Gordon and Betty Moore, pelo Schlumberger Chair Fund, pela Agência Nacional Francesa de Pesquisa e pelo Wellcome Trust.

 

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