Você pode se lembrar do meme do pepino fractal de um vídeo de humor sobre a “Aldeia Cibernética Russa”. Mas você sabia que na natureza existem na verdade uma enorme quantidade de estruturas fractais, inclusive em plantas?
Um grupo internacional de pesquisadores estudou a estrutura fractal da couve-flor Romanesco e identificou os genes subjacentes à sua formação. Em seguida, os cientistas modificaram os genes da planta modelo Arabidopsis thaliana de acordo com o padrão fractal de genes da couve-flor identificado. Como resultado, a planta reproduziu padrões fractais semelhantes, incluindo fractais cônicos espirais.
A «Couve-flor Romanesco» ou «Couve Romana» pertence ao mesmo grupo de cultivares da couve-flor. Mas, ao contrário de sua parente, cada botão da «Romanesco» é composto por uma série de botões menores, formando uma espiral logarítmica e um padrão fractal. O número de espirais em um botão de «Romanesco» é descrito pelos números de Fibonacci. A divisão de qualquer número dessa sequência pelo número anterior a ele forma a proporção áurea.
A natureza da ocorrência de tal fractal natural tornou-se objeto de estudo aprofundado por botânicos e matemáticos. Já em 1898, o cientista alemão Wilhelm Hofmeister descobriu que a espiral de Fibonacci é a maneira mais eficiente de empacotar folhas. À medida que a planta cresce, cada botão ou folha subsequente se moverá radialmente para fora a uma velocidade proporcional à taxa de crescimento do caule. A segunda folha crescerá o mais longe possível da primeira, e a terceira crescerá a uma distância igual da primeira e da segunda. A estrutura reticulada da planta resultante dessa distribuição é chamada de «filotaxia».
Um grupo internacional de cientistas estudou a estrutura genética da «Romanesco» e estabeleceu o mecanismo para o surgimento de fractais.
O tecido vegetal formador das plantas (meristema) é composto por células não diferenciadas, a partir das quais se desenvolvem as partes da planta, dispostas em espiral. Verificou-se que, no caso da «Romanesco», o meristema forma botões que deveriam florescer, mas em vez disso surgem caules. Esses caules crescem sem folhas. Em vez disso, eles desenvolvem brotos, dos quais novos caules emergem. Como resultado, forma-se um padrão de caules repetidos sobre caules. A forma cônica da «Romanesco» é adquirida porque os caules iniciais crescem mais rápido do que seus brotos e caules subsequentes. Os autores da pesquisa sugeriram que esse mecanismo surgiu como resultado da domesticação da variedade.
O próximo passo dos pesquisadores foi a busca por genes responsáveis por esses processos. Em particular, os cientistas focaram no estudo do meristema. Os resultados das pesquisas mostraram que é o meristema o responsável pela formação dos fractais cônicos na «Romanesco». O meristema, em última análise, não forma flores, mas temporariamente desenvolve tecidos como se fossem brotos. Em um determinado momento, o programa muda, e os brotos se desenvolvem em caules. Uma mutação em quatro genes (designados pelas iniciais S, A, L e T), presente na «Romanesco», em um determinado momento estimula o crescimento do meristema e do caule central, respectivamente, formando assim as estruturas cônicas.
Essa hipótese encontrou confirmação durante os testes na planta modelo Arabidopsis thaliana. Os pesquisadores alteraram os genes-chave da planta de acordo com a sequência presente na «Romanesco». Como resultado, a Arabidopsis começou a assumir formas cônicas, semelhantes aos fractais da couve romana. Os autores observaram que não foi necessário alterar significativamente a genética das plantas para isso.
Foto de BlueRidgeKitties. Licença CC BY-NC-SA 2.0.
Os pesquisadores sugerem que podem existir outras mutações responsáveis pela fractalidade das plantas com flores. Eles planejam investigar isso em pesquisas futuras.
Fontes
- Os materiais da pesquisa foram publicados no artigo «Cauliflower fractal forms arise from perturbations of floral gene networks» na revista Science (DOI: 10.1126/science.abg5999).
- Autora da nota: Ekaterina Khananova, editora do Habr. Nota complementada pelo editor do Klumba.org