Uma das questões fundamentais e eternas da vida envolve o mecanismo pelo qual a vida nasce. Tomemos como exemplo o desenvolvimento humano: como é que as células individuais se unem para formar estruturas complexas como pele, músculos, ossos ou mesmo cérebro, dedos ou coluna vertebral? Embora as respostas a estas questões permaneçam desconhecidas, uma direcção da investigação científica reside na compreensão do desenvolvimento embrionário - a fase durante a qual as células embrionárias se desenvolvem a partir de uma única camada para uma estrutura multidimensional com um eixo corporal principal. A implantação de um embrião humano ocorre aproximadamente 14 dias após a concepção.
Os embriões humanos não podem ser estudados nesta fase, por isso investigadores da Universidade da Califórnia, em San Diego, da Universidade de Dundee, no Reino Unido, e da Universidade de Harvard conseguiram estudar a formação do estômago em embriões de galinha, que têm muitas semelhanças com os embriões humanos nesta fase.
A pesquisa foi conduzida por meio do que Mattia Serra, professor assistente de física na UC San Diego, chama de ciclo ideal: um vaivém interdisciplinar entre ciência teórica e experimental. Mattia é um teórico interessado em descobrir padrões emergentes em sistemas biofísicos complexos.
Desenvolva modelos matemáticos preditivos
Aqui, ele e sua equipe construíram um modelo matemático baseado em contribuições de biólogos da Universidade de Dundee. O modelo foi capaz de prever com precisão o fluxo de desenvolvimento dos embriões de galinha (o movimento de milhares de células em todo o embrião de galinha) observado ao microscópio. Esta é a primeira vez que um modelo matemático de auto-organização consegue reproduzir esses fluxos no embrião de pintinho.
Os biólogos queriam então ver se o modelo poderia não apenas replicar o que sabiam dos experimentos, mas também prever o que poderia acontecer sob diferentes condições. A equipe de Serra “perturbou” o modelo – ou seja, alterou as condições iniciais ou os parâmetros atuais.
Os resultados foram surpreendentes: o modelo produziu fluxos celulares que não foram observados naturalmente em pintinhos, mas foram observados em outros dois vertebrados: sapos e peixes.
Para garantir que estes resultados não eram ilusões matemáticas do modelo, os colaboradores da biologia imitaram as perturbações precisas do modelo em embriões de galinha em laboratório. Surpreendentemente, estes embriões de galinha tratados também mostraram o processo de formação gástrica naturalmente observado em peixes e rãs.
Impacto e pesquisas futuras
As descobertas, publicadas na Science Advances, sugerem que os mesmos princípios físicos por trás da auto-organização multicelular podem ter evoluído entre as espécies de vertebrados.
“Peixes, sapos e filhotes vivem em ambientes diferentes, então as pressões evolutivas podem ter alterado os parâmetros e as condições iniciais do desenvolvimento embrionário ao longo do tempo”, disse Serra. "No entanto, pelo menos nos estágios iniciais do desenvolvimento embrionário, alguns dos princípios fundamentais da auto-organização podem ser os mesmos entre os três."
A equipe de pesquisa está atualmente investigando outros mecanismos que geram padrões de auto-organização em nível embrionário. Eles esperam que esta pesquisa avance no desenvolvimento do design de biomateriais e da medicina regenerativa, ajudando os humanos a viver vidas mais longas e saudáveis.
“O corpo humano é o sistema dinâmico mais complexo que existe”, disse ele. "Há tantas questões biológicas, físicas e matemáticas interessantes sobre os nossos corpos - é incrível pensar nisso. Não há fim para o que podemos descobrir."
Fonte compilada: ScitechDaily