2017-04-13

Subject: Como os lagartos ganham as suas manchas

Como os lagartos ganham as suas manchas

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@ Nature/Loic Poidevin/NPL

Em adultos, os sardões Timon lepidus apresentam um padrão complexo de negro e verde no dorso. Os padrões de cor não são raros nos animais mas o sardão desenvolve a sua paleta labiríntica de uma forma invulgar.

Os investigadores descobriram que algumas escamas no dorso dos lagartos mudam de cor durante a transformação de juvenil para adulto, depois de detetarem a cor das escamas vizinhas. A equipa descreveu estas escamas como unidades decisoras num estudo publicado na revista Nature.

Um conjunto de regras matemáticas conhecidas por equações de Turing descreve a forma como muitos animais, incluindo os lagartos, desenvolvem riscas ou manchas. Os padróes de Turing daí resultantes são contínuos por todo o organismo e determinados independentemente de outras características biológicas, como as escamas dos lagartos. Mas os dorsos dos sardões adultos têm um padrão discreto associado a escamas individuais. As escamas desta espécie são feitas de queratina transparente logo as cores da pele por baixo sáo visíveis e cada uma é negra ou verde.

“Isso é o que torna este artigo tão entusiasmante", diz o biólogo de sistemas James Sharpe, do Centro de Regulação Genómica de Barcelona, Espanha. “A biologia tende a ser bastante flexível mas isto é digital e discreto.”

Para investigar este fenómeno, Michel Milinkovitch, biofísico na Universidade de Geneva, Suíça, tirou fotografias de alta resolução do dorso de três sardões macho. Os investigadores começaram quando os animais tinham duas semanas de idade e continuaram até que os lagartos atingiram os 3 ou 4 anos de idade. A equipa usou imagens para seguir o destino de cerca de 5 mil escamas hexagonais no dorso de cada réptil.

À medida que cada lagarto envelhecia, o padrão global no seu dorso passava de castanho com manchas brancas para um padrão convoluto de verde e negro. Aproximadamente 1500 escamas mudaram de cor, de modo a que cada escama verde tinha quatro negras e duas verdes vizinhas, enquanto as escamas negras tinham três negras e três verdes vizinhas. Este comportamento atento aos vizinhos recordou a Milinkovitch um processo conhecido por automação celular.

Os autómatos celulares, descritos pela primeira vez em termos de ciência de computadores, são unidades auto-replicantes que realizam cálculos. Nos sardões, isso significa que cada escama reúne informação das que estão à sua volta, quantas são negras e quantas são verdes, e toma uma decisão sobre a sua própria cor.

“Podíamos ter parado aqui", diz Milinkovitch. Mas ele questionou-se sobre qual seria a razão para os lagartos não seguirem as regras dos padrões de Turing que governam o padrão do revestimento na maioria dos outros animais.

  Para o descobrir, a sua equipa focou-se nas células da pele dos lagartos. Os lagartos e os peixes têm pele composta por vários tipos de células que originam diferentes cores e os investigadores sabem as células da pele dos peixes-zebra, por exemplo, interagem umas com as outras para estabelecer os padrões de Turing.

Milinkovitch modelou as interações entre as células coloridas com base em equações derivadas de dados de peixe-zebra e comparou o seu resultado com os padrões do dorso dos lagartos. Os investigadores da sua equipa descobriram que a pele do sardão é espessa debaixo de cada escama, o que dá espaço às células para interagir mas entre escamas a pele é fina, com menos espaço para as células comunicarem. A redução da espessura limita a cor ao interior de cada escama individualmente no dorso do lagarto, o que sugere que os altos e baixos da pele do animal pode perturbar um padrão contínuo de Turing.

Os investigadores mostraram que os autómatos celulares podem originar padrões de Turing maiores, como os que podem ser observados nas conchas, diz Milinkovitch. Mas este último estudo descreve a primeira vez que os cientistas observaram o oposto: padrões de Turing pequenos que alimentam um autómato celular grande.

O desenvolvimento de padrões de cor nos animais é geralmente descrito qualitativamente, diz Devi Stuart-Fox, bióloga evolutiva na Universidade de Melbourne, Austrália. O padrão do sardão provavelmente ajuda o animal a confundir-se com o ambiente: “Mas quando conseguimos demonstrar que existem matemáticos gerais que podem descrever processos biológicos, isso fornece um quadro conceptual para compreendermos o que se passa."

 

 

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