p A diversidade dos padrões nanoestruturais da córnea entre os grupos de artrópodes:(A e B) Nanoestruturas da córnea de Trichoptera. Mamilos mesclados e subdimensionados em uma matriz irregular de mamilos da família Phryganeida (A) e nanorrevestimento tipo labirinto da família Limnephilidae (B). (C) Fios paralelos claramente expressos em uma aranha verdadeira. (D) Nanopadrão ondulado de uma tesourinha (Dermaptera). (E) Mamilos fundindo-se em labirinto nas córneas de mosca-pedra (Plecoptera). (FandG) Fusão de mamilos Dípteros individuais em filamentos paralelos e labirintos:fusão total dos mamilos em filamentos e labirintos em toda a superfície da córnea em Tabanidae (F); fusão parcial dos mamilos no centro da córnea de Tipulidae em protrusões alongadas e, em seguida, fusão completa em uma série de filamentos paralelos perto da borda omatidial (G). (H) Mesclagem de tocas e covinhas individuais em uma estrutura semelhante a um labirinto em abelha (Apidae, Hymenoptera) corneae. Todas as dimensões da imagem são 5 × 5μm, exceto para H, que é 3 × 3μm. A altura da superfície em nanômetros é indicada pela escala de cores mostrada ao lado das imagens 2-D. Crédito:Artem Blagodatsky et al
p Em 1952, o lendário matemático e criptógrafo britânico Alan Turing propôs um modelo que assume a formação de padrões complexos por meio da interação química de dois reagentes difusores. Cientistas russos conseguiram provar que os nanopadrões da superfície da córnea em 23 ordens de insetos se encaixam totalmente neste modelo. p Seu trabalho é publicado no
Proceedings of the National Academy of Sciences .
p O estudo foi conduzido por uma equipe que trabalha no Instituto de Pesquisa de Proteínas da Academia Russa de Ciências, (Pushchino, Rússia) e o Departamento de Entomologia da Faculdade de Biologia da Lomonosov Moscow State University.
p O objetivo inicial do estudo era caracterizar o anti-reflexo, nanopadrões tridimensionais cobrindo a córnea do olho do inseto com relação à taxonomia dos insetos estudados e para obter uma visão sobre seu possível caminho de evolução.
p O resultado foi surpreendente, já que a morfologia do padrão não se correlacionou com a posição do inseto na árvore evolutiva. Em vez de, Cientistas russos caracterizaram quatro principais nanopadrões morfológicos da córnea, bem como formas de transição entre eles, onipresente entre a classe dos insetos. Outra descoberta foi que todas as formas possíveis dos padrões correspondiam diretamente ao conjunto de padrões previsto pelo famoso modelo de reação-difusão de Turing publicado em 1952, que os cientistas russos confirmaram não apenas por meio de mera observação, mas por modelagem matemática, também. O modelo assume a formação de padrões complexos por meio da interação química de dois reagentes de difusão.
p Uma ilustração da pesquisa. Crédito:Mikhail Kryuchkov
p A análise foi realizada por meio de microscopia de força atômica com resolução de até nanômetros individuais. "Este método nos permitiu expandir drasticamente os dados disponíveis anteriormente, adquiridos por meio de microscopia eletrônica de varredura; também tornou possível caracterizar os padrões de superfície diretamente, não baseado na análise de réplicas de metal. Quando possivel, sempre examinamos córneas pertencentes a famílias distintas de uma ordem para obter uma visão da diversidade de padrões intra-ordem, "diz o pesquisador Artem Blagodatskiy.
p O trabalho ilumina os mecanismos subjacentes à formação de nanopadrões tridimensionais biológicos, demonstrando o primeiro exemplo do modelo de reação-difusão de Turing atuando no bio-nanomundo.
p Interessantemente, o mecanismo de nanopadronização de Turing é comum não apenas para a classe dos insetos, mas também para aranhas, escorpiões e centopéias - em outras palavras, parece ser universal para artrópodes. Devido às propriedades antirreflexo dos nano-revestimentos da córnea de insetos, os mecanismos revelados estão abrindo caminho para o projeto de nano-superfícies anti-reflexivas artificiais.
p "Um desenvolvimento futuro promissor do projeto é uma análise genética planejada da formação de nanopadrões da córnea na plataforma do modelo bem estudado de Drosophila melanogaster (mosca da fruta). As moscas da fruta do tipo selvagem possuem um tipo nipple-array nanocoating em seus olhos, diz Blagodatskiy.
p Diferentes combinações de proteínas superexpressas e subexpressas conhecidas por serem responsáveis pelo desenvolvimento da córnea em Drosophila podem alterar o padrão do mamilo para outro tipo de padrão, e assim lançar luz sobre a natureza química dos compostos que formam as estruturas do tipo Turing nos olhos dos insetos. A revelação de proteínas e / ou outros agentes responsáveis pela formação de nanopadrões pode levar a projetos artificiais de nanocoatings com as propriedades desejadas. Os pesquisadores também esperam realizar uma comparação das características antirreflexo de diferentes tipos de nano-revestimentos caracterizados.
