A pesquisa explica como um organismo marinho unicelular gera luz em resposta à estimulação mecânica, iluminando ondas quebrando à noite.

A cada poucos anos, uma proliferação de organismos microscópicos chamados dinoflagelados transforma as costas ao redor do mundo, dotando as ondas que quebram com um brilho azul assustador. O florescimento espetacular deste ano no sul da Califórnia foi um exemplo particularmente notável. Em um novo estudo publicado na revista Cartas de revisão física , pesquisadores identificaram a física subjacente que resulta na produção de luz em uma espécie desses organismos.

A equipe internacional, liderado pela Universidade de Cambridge, desenvolveu ferramentas experimentais exclusivas baseadas em micromanipulação e imagens de alta velocidade para visualizar a produção de luz no nível de uma única célula. Eles mostraram como um organismo unicelular da espécie Pyrocystis lunula produz um flash de luz quando sua parede celular é deformada por forças mecânicas. Por meio de experimentação sistemática, eles descobriram que o brilho do flash depende da profundidade da deformação e da taxa na qual ela é imposta.

Conhecida como resposta 'viscoelástica', este comportamento é encontrado em muitos materiais complexos, como fluidos com polímeros suspensos. No caso de organismos como Pyrocystis lunula, conhecidos como dinoflagelados, este mecanismo está provavelmente relacionado aos canais iônicos, que são proteínas especializadas distribuídas na membrana celular. Quando a membrana é tensionada, esses canais se abrem, permitindo que o cálcio se mova entre os compartimentos da célula, desencadeando uma cascata bioquímica que produz luz.

"Apesar de décadas de pesquisa científica, principalmente no campo da bioquímica, o mecanismo físico pelo qual o fluxo de fluido desencadeia a produção de luz permaneceu obscuro, "disse o professor Raymond E. Goldstein, o Professor Schlumberger de Sistemas Físicos Complexos no Departamento de Matemática Aplicada e Física Teórica, quem liderou a pesquisa.

"Nossas descobertas revelam o mecanismo físico pelo qual o fluxo de fluido desencadeia a produção de luz e mostram como a tomada de decisão pode ser elegante em um nível de célula única, "disse o Dr. Maziyar Jalaal, o primeiro autor do artigo.

A bioluminescência tem sido do interesse da humanidade há milhares de anos, como é visível como o brilho das ondas quebrando à noite no oceano ou a faísca de vaga-lumes na floresta. Muitos autores e filósofos escreveram sobre bioluminescência, de Aristóteles a Shakespeare, que em Hamlet escreveu sobre o 'fogo ineficaz' do pirilampo; uma referência à produção de luz sem calor:

"...
Para picar e picar ela. Saia bem de uma vez.
O vaga-lume mostra que a matin está próxima,
E 'vai empalidecer seu fogo ineficaz.
Adeus, adeus, adeus. Lembre de mim."

A bioluminescência no oceano é, Contudo, não 'ineficaz'. Em contraste, é usado para defesa, ofensa, e acasalamento. No caso dos dinoflagelados, eles usam a produção de luz para assustar os predadores.

Os resultados do presente estudo mostram que quando a deformação da parede celular é pequena, a intensidade da luz é pequena, não importa a rapidez com que o recuo é feito, e também é pequeno quando o recuo é grande, mas aplicado lentamente. Somente quando a amplitude e a taxa são grandes, a intensidade da luz é maximizada. O grupo desenvolveu um modelo matemático que foi capaz de explicar essas observações quantitativamente, e eles sugerem que esse comportamento pode atuar como um filtro para evitar o disparo de flashes de luz espúrios.

Enquanto isso, os pesquisadores planejam analisar mais quantitativamente a distribuição de forças sobre todas as células no fluxo de fluido, um passo para a compreensão da previsão de luz em um contexto marinho.

Outros membros da equipe de pesquisa foram a pesquisadora de pós-doutorado Hélène de Maleprade, estudantes visitantes Nico Schramma do Instituto Max-Planck de Dinâmica e Auto-Organização em Göttingen, Alemanha e Antoine Dode da Ècole Polytechnique na França, e o professor visitante Christophe Raufaste, do Institut de Physique de Nice, França.