Os pesquisadores da Duke têm estudado algo que acontece muito lentamente para que nossos olhos vejam. Uma equipe do laboratório do biólogo Philip Benfey queria ver como as raízes das plantas penetram no solo. Então, eles montaram uma câmera com sementes de arroz brotando em gel transparente, tirando uma nova foto a cada 15 minutos por vários dias após a germinação.

Quando eles reproduziram suas filmagens a 15 quadros por segundo, comprimindo 100 horas de crescimento em menos de um minuto, eles viram que as raízes do arroz usam um truque para ganhar seu primeiro pé no solo: suas pontas de crescimento fazem movimentos semelhantes aos de um saca-rolhas, balançando e enrolando em um caminho helicoidal.

Usando suas filmagens de lapso de tempo, junto com um robô parecido com uma raiz para testar ideias, os pesquisadores ganharam novos insights sobre como e por que as pontas das raízes das plantas giram enquanto crescem.

A primeira pista veio de outra coisa que a equipe percebeu: algumas raízes não conseguem fazer a dança do saca-rolhas. O culpado, eles descobriram, é uma mutação em um gene chamado HK1 que os faz crescer diretamente para baixo, em vez de circular e serpentear como outras raízes fazem.

A equipe também observou que as raízes mutantes cresceram duas vezes mais profundas que as normais. O que levantou uma questão: "O que o crescimento mais típico da ponta em espiral faz pela planta?" disse Isaiah Taylor, um pós-doutorado associado no laboratório de Benfey em Duke.

Movimentos sinuosos em plantas eram "um fenômeno que fascinava Charles Darwin", mesmo 150 anos atrás, disse Benfey. No caso de tiros, há uma utilidade óbvia: entrelaçar e girar torna mais fácil obter uma pegada enquanto sobem em direção à luz do sol. Mas como e por que isso acontece nas raízes era mais um mistério.

A germinação de sementes é um desafio, dizem os pesquisadores. Para sobreviver, a primeira raiz minúscula que surge precisa ancorar a planta e sondar para baixo para sugar a água e os nutrientes de que a planta precisa para crescer.

O que os fez pensar: talvez nas pontas das raízes esse crescimento em espiral seja uma estratégia de busca - uma maneira de encontrar o melhor caminho a seguir, disse Taylor.

Em experimentos realizados no laboratório do professor de física Daniel Goldman na Georgia Tech, observações de raízes normais e mutantes de arroz crescendo sobre uma placa de plástico perfurada revelaram que as raízes espirais normais tinham três vezes mais probabilidade de encontrar um buraco e crescer para o outro lado.

Colaboradores na Georgia Tech e na Universidade da Califórnia, Santa Bárbara construíram um robô flexível e macio que se desenrola de sua ponta como uma raiz e o solta em uma pista de obstáculos que consiste em pinos espaçados de maneira irregular.

 

Para criar o robô, a equipe pegou dois tubos de plástico infláveis ​​e os aninhou um dentro do outro. Alterar a pressão do ar empurrou o tubo interno macio de dentro para fora, fazendo com que o robô se alongasse da ponta. Contrair pares opostos de "músculos" artificiais fez a ponta do robô dobrar de um lado para o outro à medida que crescia.

Mesmo sem sensores ou controles sofisticados, a raiz robótica ainda foi capaz de abrir caminho através dos obstáculos e encontrar um caminho através dos pinos. Mas quando a curvatura lateral parou, o robô rapidamente ficou preso contra um pino.

Finalmente, a equipe cultivou sementes de arroz normais e mutantes em uma mistura de terra usada para campos de beisebol, para testá-las em obstáculos que uma raiz encontraria no solo. Com certeza, enquanto os mutantes tinham problemas para se apoiar, as raízes normais com pontas em espiral foram capazes de perfurar.

O crescimento do saca-rolhas da ponta da raiz é coordenado pelo hormônio vegetal auxina , uma substância de crescimento que os pesquisadores acreditam que pode se mover ao redor da ponta de uma raiz em crescimento em um padrão de onda. O acúmulo de auxina em um lado da raiz faz com que essas células se alongem menos do que as do outro lado, e a ponta da raiz se curva nessa direção.

As plantas que carregam a mutação HK1 não podem dançar por causa de um defeito na forma como a auxina é transportada de uma célula para outra, descobriram os pesquisadores. Bloquear esse hormônio e as raízes perdem a capacidade de girar.

O trabalho ajuda os cientistas a entender como as raízes crescem em solo compacto e duro.