Os óvulos estão entre as maiores células do reino animal. Se movido apenas pelos empurrões aleatórios de moléculas de água, uma proteína poderia levar horas ou mesmo dias para flutuar de um lado para o outro de um óvulo em formação. Felizmente, a natureza desenvolveu uma maneira mais rápida:redemoinhos que abrangem células em óvulos imaturos de animais como ratos, peixe-zebra e moscas-das-frutas. Esses vórtices permitem viagens entre células que levam apenas uma fração do tempo. Mas até agora, os cientistas não sabiam como esses fluxos cruciais se formavam.

Usando modelagem matemática, os pesquisadores agora têm uma resposta. Os giros resultam do comportamento coletivo de tubos moleculares em forma de bastão chamados microtúbulos que se estendem para dentro a partir das membranas das células, os pesquisadores relatam em 13 de janeiro em Cartas de revisão física .

"Embora muito não se entenda sobre a função biológica desses fluxos, eles distribuem nutrientes e outros fatores que organizam o plano corporal e orientam o desenvolvimento, "diz o co-autor do estudo David Stein, um cientista pesquisador do Centro de Biologia Computacional (CCB) do Flatiron Institute na cidade de Nova York. Dada a amplitude com que os fluxos giratórios foram observados em todo o reino animal, "eles provavelmente estão até em humanos."

Gabriele De Canio, um pesquisador da Universidade de Cambridge, co-liderou o estudo com Stein. Seus co-autores foram o diretor do CCB e professor da New York University Michael Shelley e os professores de Cambridge Eric Lauga e Raymond Goldstein.

Os cientistas estudaram os fluxos celulares desde o final do século 18, quando o físico italiano Bonaventura Corti examinou o interior das células usando seu microscópio. Ele viu fluidos em movimento constante, mas os cientistas não entenderam os mecanismos que impulsionam esses fluxos até o século 20, quando identificaram a origem do movimento:motores moleculares que caminham ao longo dos microtúbulos. Esses motores transportam grandes cargas biológicas, como lipídios. Escalar a carga através dos fluidos relativamente grossos de uma célula é como arrastar uma bola de praia através do mel. À medida que as cargas úteis se movem através do fluido, o fluido também se move, criando uma pequena corrente.

Mas às vezes essas correntes não são tão pequenas. Em certos estágios de desenvolvimento da célula-ovo de uma mosca-da-fruta comum, cientistas avistaram correntes semelhantes a redemoinhos que se espalharam por toda a célula. Nessas células, os microtúbulos se estendem para dentro da membrana da célula como talos de trigo. Os motores moleculares que escalam esses microtúbulos empurram o microtúbulo para baixo à medida que sobem. Essa força descendente dobra o microtúbulo, redirecionando os fluxos resultantes.

Estudos anteriores consideraram esse mecanismo de flexão, mas o aplicaram a microtúbulos isolados. Esses estudos previram que os microtúbulos ondulariam em círculos, mas tal comportamento não coincidia com as observações.

No novo estudo, os pesquisadores adicionaram um fator-chave ao seu modelo:a influência dos microtúbulos vizinhos. Essa adição mostrou que os fluxos de fluido gerados pelos motores de transporte de carga útil dobram os microtúbulos próximos na mesma direção. Com motores suficientes e uma densidade suficiente de microtúbulos, todos os microtúbulos eventualmente se juntam como um campo de trigo apanhado por uma forte brisa. Este alinhamento coletivo orienta todos os fluxos na mesma direção, criando o vórtice que abrange toda a célula, visto em células reais de mosca da fruta.

Embora fundamentado na realidade, o novo modelo é reduzido ao essencial para revelar as condições responsáveis ​​pelos fluxos turbulentos. Os pesquisadores agora estão trabalhando em versões que capturem de forma mais realista a física por trás dos fluxos para entender melhor o papel que as correntes desempenham nos processos biológicos.