Poderá lembrar-se do meme do pepino fractal do vídeo de humor sobre a “Aldeia Cibernética Russa”. Mas sabia que na natureza existe, de facto, uma enorme quantidade de estruturas fractais, incluindo nas plantas?
Um grupo internacional de investigadores 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 dos genes da couve-flor. Como resultado, a planta reproduziu padrões fractais semelhantes, incluindo fractais cónicos em espiral.
A “Couve Romanesco” ou “Couve Romana” pertence ao mesmo grupo de variedades da couve-flor. No entanto, ao contrário da sua parente, cada botão da “Romanesco” consiste numa série de botões mais pequenos que formam uma espiral logarítmica e um padrão fractal. O número de espirais num botão de “Romanesco” é descrito pelos números de Fibonacci. A divisão de qualquer número desta sequência pelo número que o precede forma a secção áurea.
A natureza da ocorrência de um fractal natural semelhante tornou-se objeto de estudo aprofundado para botânicos e matemáticos. Já em 1898, o cientista alemão Wilhelm Hofmeister descobriu que a espiral de Fibonacci é a forma mais eficiente de empacotar as folhas. À medida que a planta cresce, cada botão ou folha subsequente irá mover-se para fora radialmente 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 aparecimento de fractais.
O tecido vegetal formador das plantas (meristema) é composto por células indiferenciadas, 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 desabrochar em flores, mas, em vez disso, aparecem caules. Estes caules crescem sem folhas. Em vez disso, formam rebentos a partir dos quais novos caules surgem. O resultado é um padrão de caules repetidos sobre caules. A forma cónica da “Romanesco” é adquirida porque os caules iniciais crescem mais rapidamente do que os seus rebentos e caules subsequentes. Os autores do estudo sugeriram que este mecanismo surgiu como resultado da domesticação da variedade.
O próximo passo dos investigadores foi a procura dos genes responsáveis por estes processos. Em particular, os cientistas concentraram-se no estudo do meristema. Os resultados da investigação mostraram que é o meristema o responsável pela formação dos fractais cónicos na “Romanesco”. O meristema, em última análise, não forma flores, mas desenvolve temporariamente os tecidos como se fossem para formar botões. Num determinado momento, o programa muda e os botões desenvolvem-se em caules. Uma mutação em quatro genes (denotados pelas iniciais S, A, L e T), presente na “Romanesco”, estimula, num determinado momento, o crescimento do meristema e do caule central, respetivamente, formando assim as estruturas cónicas.
Esta hipótese foi confirmada durante os testes na planta modelo Arabidopsis thaliana. Os investigadores alteraram os genes chave da planta de acordo com a sequência presente na “Romanesco”. Como resultado, a Arabidopsis começou a assumir formas cónicas, semelhantes aos fractais da couve romana. Os autores observaram que para isso não foi necessário alterar significativamente a genética das plantas.
Foto BlueRidgeKitties. Licença CC BY-NC-SA 2.0.
Os investigadores sugerem que podem existir outras mutações responsáveis pela fractalidade das plantas floríferas. Tencionam averiguar isso em estudos futuros.
Fontes
- Os materiais da investigação foram publicados no artigo «Cauliflower fractal forms arise from perturbations of floral gene networks» na revista Science (DOI: 10.1126/science.abg5999).
- Autor da nota: Ekaterina Khananova, editora do Habr. A nota foi complementada pelo editor do Klumba.org