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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 à estimulação mecânica, iluminando as ondas quebradas à noite.
Por Sarah Collins - 06/07/2020


A lunula Dinoflagelate Pyrocystis - Crédito: University of Cambridge

A cada poucos anos, uma proliferação de organismos microscópicos chamados dinoflagelados transforma as costas ao redor do mundo, dando às 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 espécie desses organismos.

"Nossas descobertas mostram como a tomada de decisões elegante pode ser em nível de célula 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 no nível de célula única. Eles mostraram como um organismo unicelular da espécie Pyrocystis lunula produz um flash de luz quando sua parede celular é deformada por forças mecânicas. Através de experimentação sistemática, eles descobriram que o brilho do flash depende tanto da profundidade da deformação quanto da taxa na qual ela é imposta.

Conhecido como resposta 'viscoelástica', esse comportamento é encontrado em muitos materiais complexos, como fluidos com polímeros em suspensão. No caso de organismos como Pyrocystis lunula , conhecidos como dinoflagelados, esse mecanismo provavelmente está relacionado aos canais iônicos, que são proteínas especializadas distribuídas na membrana celular. Quando a membrana está estressada, esses canais se abrem, permitindo que o cálcio se mova entre os compartimentos da célula, desencadeando uma cascata bioquímica que produz luz.

"Apesar de décadas de pesquisa científica, principalmente no campo da bioquímica, o mecanismo físico pelo qual o fluxo de fluido desencadeia a produção de luz permanece incerto", disse o professor Raymond E. Goldstein, professor de Sistemas Físicos Complexos da Schlumberger no Departamento de Matemática Aplicada e Física Teórica, que liderou a pesquisa.

"Nossas descobertas revelam o mecanismo físico pelo qual o fluxo de fluido desencadeia a produção de luz e mostram como a tomada de decisões elegante pode ser em nível de célula única", disse o Dr. Maziyar Jalaal, primeiro autor do artigo.

A bioluminescência é de interesse da humanidade há milhares de anos, pois é visível como o brilho das ondas noturnas no oceano ou a faísca de vaga-lume na floresta. Muitos autores e filósofos escreveram sobre bioluminescência, de Aristóteles a Shakespeare, que em Hamlet escreveu sobre o 'fogo ineficaz' do verme de brilho; Uma referência à produção de luz sem calor:

"... Para picá-la e picá-la. Você se sai bem imediatamente / O verme de fogo mostra que o matin está próximo / E gins para acalmar seu fogo ineficaz. / Adieu, adeus, adeus. Lembre-se de mim."


A bioluminescência no oceano, no entanto, não é "ineficaz". Por outro lado, é usado 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 é pequena, a intensidade da luz é pequena, independentemente da rapidez com que o recuo é feito, e também é pequena quando o recuo é grande, mas aplicado lentamente. Somente quando a amplitude e a taxa são grandes é que a intensidade da luz é maximizada. O grupo desenvolveu um modelo matemático capaz de explicar quantitativamente essas observações e sugere que esse comportamento possa atuar como um filtro para evitar que disparos de luz espúrios 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 pós-doutorado Hélène de Maleprade, visitando os alunos Nico Schramma, do Instituto Max-Planck de Dinâmica e Auto-Organização em Göttingen, Alemanha, e Antoine Dode, da Escola Politécnica da França, e o professor Christophe Raufaste, da Universidade Instituto de Física de Nice, França.

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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