Já reparou nas folhas das plantas? Até parece
que elas crescem impulsiva e aleatoriamente, mas uma olhada mais de perto
revelará que padrões curiosamente regulares existem em todo o mundo natural, da
simetria equilibrada dos brotos de bambu às espirais hipnotizantes das
suculentas.
Esses padrões são consistentes o suficiente para que a matemática
possa prever seu crescimento orgânico razoavelmente bem.
Uma suposição que tem sido central no estudo da filotaxia, ou padrões
foliares, é que as folhas protegem seu espaço pessoal. Com base na ideia de que
as folhas já existentes têm uma influência inibidora sobre as novas, dando um
sinal para evitar que outras cresçam nas proximidades, os cientistas
desenvolveram modelos matemáticos que podem recriar com sucesso muitos dos
designs da natureza.
A sempre fascinante sequência de Fibonacci, por exemplo, aparece em
tudo, de arranjos de sementes de girassol a conchas de náutilos a pinhas. O
consenso atual é que os movimentos do hormônio do crescimento auxina e as
proteínas que o transportam através de uma planta são responsáveis por tais
padrões.
IMAGEM: O arranjo foliar com uma folha por nó é chamado de filotaxia
alternada, enquanto o arranjo com duas ou mais folhas por nó é chamado de
filotaxia espiralada. Os tipos alternados comuns são a filotaxia distópica
(bambu) e a filotaxia em espiral de Fibonacci (suculenta-espiral), e tipos
espiralados comuns são a filotaxia decussata (manjericão ou menta) e tricussa
(oleandro, às vezes conhecido como loureiro-rosa).
Uma equipe liderada por
pesquisadores da Universidade de Tóquio (Japão) estudando um arbusto conhecido
como Orixa japonica (imagem
abaixo) descobriu que as equações anteriores não conseguiam recriar a estrutura
incomum da planta. Então, decidiram repensar o modelo em si.
“Na maioria das plantas, os padrões filotáticos
têm simetria – em espiral ou radial”, disse a fisiologista da Universidade de
Tóquio Munetaka Sugiyama, principal autora do novo estudo. “Mas nesta planta
especial, o padrão filotático não é simétrico, o que é muito interessante. Mais
de 10 anos atrás, uma ideia me ocorreu de que algumas mudanças no poder
inibitório de cada primórdio foliar poderiam explicar esse padrão peculiar”.
Ângulos e equações
Botânicos usam ângulos de divergência, ou
ângulos entre folhas consecutivas, para definir a filotaxia de uma planta.
Enquanto a maioria dos arranjos de folhas mantém um ângulo de divergência
constante, a O. japonica cresce folhas em uma série
alternada de quatro ângulos, depois repetidos: 180 graus, 90 graus, 180 graus
novamente, depois 270 graus.
Esse padrão, que os pesquisadores apelidaram de filotaxia
“orixada”, não é uma anomalia, já que plantas de outros táxons (como o
lírio-tocha ou Kniphofia uvaria e a extremosa ou Lagerstroemia
indica) alternam suas folhas na mesma proporção complicada.
AGEM: folhas em um ramo de Orixa japonica e um diagrama esquemático da
filotaxia orixata. Uma imagem de microscópio eletrônico de varredura (centro e
parte inferior esquerda) mostra um botão de O. japonica, onde as folhas começam
a crescer.
Como esse arranjo de folhas aparece em diferentes pontos evolucionários
da árvore genealógica das plantas, os cientistas concluíram que a similaridade
deveria vir de algum mecanismo comum que ainda precisava ser estudado.
Depois de testar as equações de Douady e Couder com diferentes
parâmetros, os pesquisadores puderam produzir padrões próximos ao arranjo
orixativo alternado, mas nenhuma das plantas simuladas coincidiu perfeitamente
com as amostras de O. japonica estudadas.
Então, a equipe construiu um novo modelo
adicionando outra variável às equações: idade da folha.
Os modelos anteriores
presumiam que o poder inibitório das folhas permanecia o mesmo ao longo do
tempo, mas essa constante “não era natural, do ponto de vista da biologia”,
segundo Sugiyama. Em vez disso, a equipe incluiu a possibilidade de que a força
desses sinais de “afastamento” mudasse ao longo do tempo.
Os modelos resultantes, chamados pela equipe de “modelos
expandidos de Douady e Couder” (EDC1 e EDC2), conseguiram recriar, através de
simulações computacionais, os intricados arranjos de folhas de O.
japonica.
Além dessa façanha, as equações expandidas também produziram todos
os outros padrões de folhagens comuns e previram as frequências naturais dessas
variedades com mais precisão do que os modelos anteriores.
IMAGEM: uma visão de cima dos padrões de arranjos
foliares na filotaxia orixata. Folhas novas (semicírculos vermelhos) formam-se
a partir do círculo preto central e crescem para fora.
Especialmente no caso de plantas com padrões espirais, o novo
modelo EDC2 previu a “superdominância” da espiral de Fibonacci em comparação a
outros arranjos, enquanto modelos anteriores não conseguiam explicar por que
essa forma particular parece brotar em todos os lugares na natureza.
Os cientistas não sabem o que exatamente faz com que a idade da
folha afete esses padrões de crescimento, embora Sugiyama especule que tenha a
ver com mudanças no sistema de transporte da auxina ao longo do desenvolvimento
de uma planta. O novo modelo fornece um primeiro passo interessante para uma
melhor compreensão da filotaxia e deixa espaço para outros botânicos
preencherem as lacunas com análises de plantas.
A equipe de Sugiyama está agora trabalhando para refinar ainda
mais seu modelo e fazer com que ele gere todos os padrões filotáticos conhecidos.
Um padrão de folha “misterioso”, uma espiral com um pequeno ângulo de
divergência, ainda escapa à previsão computacional, embora Sugiyama ache que
estão próximos de decifrar o código foliar. “Esperamos que isso contribua para
nossa compreensão da beleza simétrica na natureza”, resume.
Um artigo sobre o estudo foi publicado na revista científica PLOS Computational Biology. [SmithsonianMag]
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