A maioria dos animais requer cérebros para correr, pular ou pular. O protozoário unicelular Euplotes eurystomus, no entanto, consegue uma caminhada rápida usando um computador simples e mecânico para coordenar suas pernas microscópicas, relataram pesquisadores da UC San Francisco em 22 de setembro de 2022, na revista Current Biology .

Euplotes tem 14 apêndices semelhantes a pernas, cada um composto por feixes de cílios semelhantes a cabelos. Os pesquisadores mostraram pela primeira vez que as conexões internas entre esses cílios controlam seus movimentos, permitindo que as pernas se movam apenas em certos padrões e sequências. Quando essas conexões internas são interrompidas, os movimentos dos organismos aquáticos tornam-se menos produtivos – muitas vezes levando as células a girar em círculos em vez de andar em linha.

"Euplotes usa essas conexões para facilitar um movimento de caminhada elaborado, mas minha suspeita é que quando nos aprofundarmos nisso, descobriremos que outras células usam formas semelhantes de computação para controlar processos mais sutis", disse Wallace Marshall, Ph.D. , principal autor do estudo e professor de bioquímica e biofísica na UCSF.

Em geral, os organismos unicelulares aquáticos não têm pernas e não andam – eles rolam, nadam ou deslizam. Então, quando o pesquisador de pós-doutorado da UCSF, Ben Larson, Ph.D. viu Euplotes correndo sob seu microscópio, ele a princípio pensou que estava observando animais semelhantes a insetos. Quando percebeu que os organismos eram unicelulares, ficou intrigado com a forma como coordenavam seus 14 apêndices sem cérebro ou sistema nervoso.

Para entender essa habilidade incomum, Larson e Marshall observaram as células Euplotes com mais detalhes, diminuindo a velocidade dos vídeos das células ambulantes, capturando 33 quadros por segundo e rotulando cada perna para analisar a marcha dos organismos.

As celas não andavam como as pessoas, com as pernas claramente alternadas, nem tinham uma cadência de cavalo a galope. Mas Larson e Marshall descobriram que os apêndices seguiam certos padrões. Os pesquisadores caracterizaram 32 “estados de marcha” diferentes, ou combinações de movimentos das pernas, e então mostraram que certos estados de marcha eram mais propensos a seguir outros.

"Parecia haver essa lógica sequencial acontecendo com os movimentos", disse Larson. "Eles não eram aleatórios e começamos a suspeitar que havia algum tipo de processamento de informações acontecendo."

Os cientistas sabiam desde a década de 1920 que longos filamentos de proteínas se projetavam em euplotes de cada um de seus apêndices. Compostos de microtúbulos - o principal componente do andaime de uma célula, ou citoesqueleto - esses filamentos foram assumidos por muito tempo para desempenhar um papel estrutural em Euplotes. Mas quando Larson e Marshall romperam os microtúbulos com uma droga ou cortando-os com uma agulha, Euplotes não andava mais da mesma maneira; seus movimentos tornaram-se mais aleatórios e aleatórios.

Os pesquisadores se uniram a cientistas da computação para modelar como os filamentos poderiam estar controlando o movimento de caminhada. Juntos, eles concluíram que a tensão e a tensão nos filamentos poderiam ditar quais estados de marcha seriam possíveis em um determinado momento. O maquinário, eles disseram, se assemelha a um Strandbeest – uma escultura cinética em movimento projetada por um artista holandês para andar e reagir ao seu ambiente.

Embora esse tipo de maquinário interno não se assemelhe aos dispositivos digitais de hoje, ele segue princípios usados ??pelos primeiros computadores mecânicos, disse Marshall.

"O fato de que os apêndices de Euplotes estão se movendo de um estado para outro de maneira não aleatória significa que este sistema é como um computador rudimentar", disse ele.

Mais trabalho é necessário para entender exatamente como os filamentos de microtúbulos controlam a caminhada dos Euplotes, admitem os pesquisadores. Mas sua modelagem computacional e experimentos sugerem um método mecânico completamente novo para uma célula controlar seu estado interno.

"Este é um fenômeno biológico realmente fascinante em si, mas também pode destacar processos computacionais mais gerais em outros tipos de células", disse Larson.