Um sistema proposto pelo decifrador da segunda guerra mundial, Alan Turing, há mais de 60 anos, pode explicar o padrão de escamas semelhantes a dentes possuídas por tubarões, de acordo com novas pesquisas.

Cientistas do Departamento de Ciências Animais e Vegetais da Universidade de Sheffield descobriram que a teoria da reação-difusão de Turing - amplamente aceita como o método de padronização em pêlos de camundongos e penas de galinha - também se aplica a escamas de tubarão.

As descobertas podem explicar como o padrão de escamas de tubarão evoluiu para reduzir o arrasto durante a natação, economizando energia durante o movimento. Cientistas acreditam que estudar a padronização pode ajudar a projetar novos materiais inspirados em tubarões para melhorar a eficiência de energia e transporte.

Turing, antepassado do computador, surgiu com o sistema de difusão de reação que foi publicado em 1952, dois anos antes de sua morte. Suas equações descrevem como os sinais moleculares podem interagir para formar padrões complexos.

No papel, publicado hoje no jornal Avanços da Ciência , os pesquisadores compararam o padrão das escamas do tubarão com o das penas da galinha.

Eles descobriram que os mesmos genes básicos subjacentes à padronização de penas também fundamentam o desenvolvimento de escamas de tubarão e sugerem que esses genes podem estar envolvidos na padronização de outras estruturas de pele de vertebrados diversas, como espinhas e dentes.

Dr. Gareth Fraser, anteriormente na University of Sheffield e agora na University of Florida, disse:"Começamos a observar os pintinhos e como eles desenvolvem suas penas. Encontramos essas lindas linhas de expressão gênica, onde essas manchas aparecem e acabam se transformando em penas. Pensamos que talvez o tubarão faça algo semelhante, e encontramos duas fileiras na superfície dorsal, que iniciam todo o processo.

"Nós nos juntamos a um matemático para descobrir qual é o padrão e se podemos modelá-lo. Descobrimos que os dentículos de pele de tubarão são precisamente padronizados por meio de um conjunto de equações que Alan Turing - o matemático, cientista da computação e o decifrador de código - inventaram.

"Essas equações descrevem como certos produtos químicos interagem durante o desenvolvimento animal e descobrimos que essas equações explicam o padrão dessas unidades."

Os pesquisadores também demonstraram como ajustar as entradas do sistema de Turing pode resultar em diversos padrões de escala comparáveis ​​aos vistos em espécies de tubarões e arraias vivas hoje.

Eles sugerem que variações naturais do sistema de Turing podem ter permitido a evolução de diferentes características dentro desses animais, incluindo o fornecimento de redução de arrasto e blindagem defensiva.

Rory Cooper, Ph.D. estudante da Universidade de Sheffield, disse:"Os tubarões pertencem a um antigo grupo de vertebrados, há muito separados da maioria dos outros vertebrados com mandíbulas. O estudo de seu desenvolvimento nos dá uma ideia de como as estruturas da pele podem ter se parecido no início da evolução dos vertebrados.

"Queríamos aprender sobre os processos de desenvolvimento que controlam como essas estruturas diversas são padronizadas, e, portanto, os processos que facilitam suas várias funções. "

Os cientistas usaram uma combinação de técnicas, incluindo modelagem de reação-difusão para criar uma simulação baseada nas equações de Turing, para demonstrar que seu sistema pode explicar a padronização da escala de tubarão, quando os parâmetros são ajustados apropriadamente.

Cooper acrescentou:"Cientistas e engenheiros têm tentado criar materiais inspirados em pele de tubarão para reduzir o arrasto e aumentar a eficiência durante a locomoção, de pessoas e veículos, por muitos anos.

"Nossas descobertas nos ajudam a entender como as escalas de tubarão são padronizadas, o que é essencial para habilitar sua função na redução do arrasto.

Portanto, esta pesquisa nos ajuda a entender como essas propriedades redutoras de arrasto surgiram pela primeira vez em tubarões, e como eles mudam entre as diferentes espécies. "

A padronização é um aspecto importante que contribui para a redução do arrasto em certas espécies de tubarões. Outra é a forma de escalas individuais. Os pesquisadores agora querem examinar os processos de desenvolvimento que estão por trás da variação de forma dentro e entre as diferentes espécies de tubarões.

"Compreender como esses dois fatores contribuem para a redução do arrasto levará, esperançosamente, à produção de melhor, materiais inspirados em tubarões amplamente aplicáveis, capazes de reduzir o arrasto e economizar energia, "acrescentou o Sr. Cooper.