Em qualquer lagoa aparentemente tranquila, as águas calmas realmente fervilham de pequenos habitantes de lagoa chamados Euglena gracilis. Invisível a olho nu, o organismo unicelular espirala através da água, puxado ao longo de um caminho relativamente reto por um apêndice em forma de chicote em busca do nível certo de luz.

Mas um novo artigo publicado em 24 de setembro em Física da Natureza descreve como, sob algumas circunstâncias, Euglena interrompe seu progresso e começa a traçar elaborados polígonos no sentido anti-horário - triângulos, praças, pentágonos - em um esforço matematicamente definido para encontrar um ambiente melhor.

A descoberta, liderado por Ingmar Riedel-Kruse, professor assistente de bioengenharia da Universidade de Stanford, poderia ajudar os cientistas a projetar pequenos robôs nadadores do futuro para serem mais eficientes e eficazes nas manobras através da corrente sanguínea, por exemplo, ou navegando em ambientes aquáticos.

"Estamos tentando entender os sistemas biológicos de uma forma matemática, "Riedel-Kruse disse." Loops de feedback aparentemente simples em células individuais podem gerar comportamentos bastante complexos para realizar várias tarefas. "

Organismo bem estudado

Cientistas dos anos 1800 ficaram maravilhados ao encontrar Euglena - um oblongo esverdeado com uma mancha vermelha e longo, flagelo semelhante a um chicote para nadar - sob um microscópio. Desde então, o organismo foi observado por incontáveis ​​gerações de estudantes de biologia. Com tal história de ser visto, foi uma surpresa quando o pós-doutorado Alan Tsang notou pela primeira vez o novo comportamento de Euglena em um modelo de computador que ele desenvolveu para estudar como ele se move em relação à luz. Em seu modelo, quando ele simulou aumento de luz, o organismo começou a traçar polígonos.

Riedel-Kruse se lembra de ter ficado cético quando Tsang descreveu pela primeira vez o que seu modelo previu.

"Era difícil acreditar que fosse verdade, "Riedel-Kruse disse." Eu pensei que havia algo errado com o código. "Mas quando a dupla verificou no microscópio - aumentando os níveis de luz como na simulação - havia os polígonos.

As formas são resultado de como Euglena navega pelo mundo. Como o organismo normalmente rola pela água em seu eixo longo, a visão gira para examinar 360 graus de luz. Em condições de luz constante - o que é normal ao microscópio - ele serpenteia em um caminho relativamente reto.

Contudo, Tsang disse, se a visão detecta aumento da intensidade da luz, a Euglena faz uma curva difícil.

"Então eles não veem a luz e nadam em linha reta novamente, "Riedel-Kruse disse." Mas já que eles continuam rolando, então, após um ciclo completo, eles vêem novamente a luz forte, então eles fazem outra curva lateral forte. "

Chega de linhas retas seguidas por curvas fechadas e um triângulo nasce.

Tsang percebeu que, ao longo de cerca de 30 segundos, Euglena se adaptou à luz mais forte e as curvas tornaram-se menos acentuadas, criando polígonos em constante expansão - quadrados, então pentágonos - até, finalmente, o Euglena seguia em uma linha relativamente reta.

Quanto ao porquê de ninguém ter visto isso antes, Riedel-Kruse disse que as pessoas raramente alteram os níveis de luz enquanto observam Euglena ao microscópio. Mas, uma vez que Tsang estava especificamente tentando modelar como o organismo se move em relação à luz, ele fez algo incomum e o comportamento apareceu.

Um novo comportamento

Riedel-Kruse argumentou que o comportamento faz sentido para um Euglena nadando em um lago sob uma fonte confortável de sombra. Quando de repente encontra a luz do sol forte, pode virar rapidamente para procurar um pedaço de sombra. Espiralando lentamente para fora se as primeiras curvas não funcionaram, o Euglena aumenta suas chances de eventualmente sair da luz do sol.

O laboratório de Riedel-Kruse estuda Euglena em parte para entender melhor como os microorganismos navegam em seus mundos aquáticos. Os pesquisadores também integram o que aprenderam sobre Euglena em configurações de biologia interativas para a educação. Euglena é um organismo incomum que pode fazer sua própria comida e comer o que encontra na água. Está relacionado às plantas, animais e fungos - todos conhecidos como eucariotos - mas é um grupo separado com algumas características únicas.

"Porque é parte de um grupo externo à maioria da vida eucariótica, você pode aprender algo que é geral, e você também pode descobrir como a vida eucariótica pode ser diversa, "Riedel-Kruse disse." Isso torna Euglena realmente interessante para mim. "

O que mais, Riedel-Kruse e Tsang disseram que o que aprenderam - e os modelos matemáticos que desenvolveram - podem ser úteis para a robótica em microescala.

"Há um campo emergente onde as pessoas estão tentando criar e programar a robótica de enxame microscópico para coisas como microcirurgia ou administração de drogas, "Tsang disse." Eu definitivamente vejo pessoas procurando mecanismos de controle eficientes em microescala.