Descoberta surpreendente: avanço matemático conecta o desenvolvimento de galinhas, rãs e peixes

Como a vida se desenvolve? Mais precisamente, como as células humanas se organizam para formar a pele, músculos, ossos, um cérebro, um dedo ou uma coluna vertebral? Embora as respostas ainda sejam parcialmente desconhecidas, um caminho de investigação promissor está no estudo da gastrulação, que é a segunda fase do desenvolvimento embrionário após a segmentação. Nesta etapa crucial, as células embrionárias passam de uma estrutura unidimensional para uma estrutura multidimensional com um eixo corporal principal. No ser humano, este processo ocorre aproximadamente 14 dias após a concepção.


Como estudar embriões humanos nesta fase é impossível, pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego, da Universidade de Dundee no Reino Unido e da Universidade Harvard focaram nos embriões de galinha, que compartilham muitas semelhanças com os embriões humanos nesse estágio. Mattia Serra, professor assistente de física na UC San Diego e teórico interessado nos padrões emergentes em sistemas biofísicos complexos, liderou essa pesquisa.

A equipe de Serra desenvolveu um modelo matemático baseado nos dados fornecidos pelos biólogos da Universidade de Dundee. Pela primeira vez, esse modelo conseguiu reproduzir os fluxos de gastrulação – o movimento de dezenas de milhares de células através do embrião inteiro da galinha – observados ao microscópio. Em seguida, o modelo foi "perturbado", ou seja, as condições iniciais ou os parâmetros presentes foram alterados.

Os resultados foram surpreendentes: o modelo gerou fluxos celulares que não eram naturalmente observados na galinha, mas que estavam presentes em duas outras espécies de vertebrados: a rã e o peixe. Para garantir que esses resultados não fossem apenas uma fantasia matemática, os colaboradores em biologia reproduziram as perturbações exatas do modelo em laboratório no embrião de galinha. De maneira impressionante, esses embriões de galinha manipulados também mostraram fluxos de gastrulação naturalmente observados em peixes e rãs.


Publicados na revista Science Advances, esses estudos sugerem que alguns princípios físicos da auto-organização multicelular poderiam ter evoluído de forma semelhante através das espécies de vertebrados. Segundo Serra, apesar de peixes, rãs e galinhas viverem em ambientes distintos, os princípios de auto-organização no início da gastrulação poderiam ser comuns a essas três espécies.

Essa pesquisa pode ter implicações importantes no design de biomateriais e na medicina regenerativa, com a esperança de melhorar a saúde e a longevidade humana. Serra e seus colaboradores agora investigam outros mecanismos que levam a padrões de auto-organização na escala do embrião.