Comportamento emergente: Quando pra trás e pra frente gera movimentos multidimensionais

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/12/2024

Fenômeno da emergência: As cianobactérias filamentosas formam padrões nas bordas de uma figura geométrica complexa, embora só consigam se mover para frente e para trás.
[Imagem: MPI-DS]

Comportamento emergente

As cianobactérias filamentosas são um tipo de bactéria que usa a energia da luz para fazer fotossíntese e que apresentam uma característica peculiar: Elas se organizam em longas cadeias de células, formando filamentos.

Normalmente esses longos filamentos, que consistem em muitas células, só podem se mover para frente ou para trás - se acontecer de elas deixarem uma área iluminada, elas invertem seu movimento, voltando para permanecer na luz.

Mas cientistas alemães descobriram agora que as cianobactérias filamentosas são muito mais versáteis do que se imaginava, sendo capazes de muito mais do que simplesmente engatar primeira marcha ou marcha-a-ré. Na verdade, elas são capazes de uma auto-organização que lhes permite mover-se em padrões complexos, formando estruturas estáveis que lhes permitem virar para qualquer lado e até fazer curvas suaves.

A descoberta veio quando, em vez de usar apenas luz e sombra, como normalmente se faz nos experimentos, Maximilian Kurjahn e colegas da Universidade de Constança usaram padrões mais complexos.

Com um padrão de luz circular, as bactérias se reuniram principalmente na borda da área iluminada. Da mesma forma, quando a área iluminada era triangular, trapezoidal ou de outra forma poligonal, emergiram padrões característicos de filamentos perto da borda da luz - qualquer que fosse o formato da fronteira entre luz e sombra.

"O mais notável é que as bactérias também se organizam ao longo de estruturas e curvas complexas, embora só possam se mover para frente e para trás," detalhou o professor Stefan Karpitschka, líder da equipe. "Este é um exemplo típico de emergência - uma estrutura geral característica surge independentemente em um nível mais alto a partir do comportamento individual de um único filamento."

O modelo genérico poderá ser usado para o desenvolvimento de materiais funcionais, incluindo tecidos inteligentes.
[Imagem: Maximilian Kurjahn et al. - 10.1038/s41467-024-52936-9]

Fenômeno da emergência

Embora pareça ser uma descoberta com potencial para atrair o interesse apenas dos biólogos, na verdade o fenômeno da emergência tem amplo interesse e possibilidades de uso em inúmeras áreas.

Para facilitar isto, a equipe criou um modelo genérico a partir dos dados obtidos nos experimentos. E esse modelo poderá ser aplicado não apenas à matéria viva com morfologia comparável (ou seja, a outros seres vivos), mas também aos materiais vivos projetados, que usam células vivas para produzir materiais funcionais.

"O modelo não inclui nenhum detalhe específico sobre a biologia das bactérias," diz Leila Abbaspour, membro da equipe. "Esse efeito coletivo pode, portanto, também ser observado em sistemas semelhantes e permitir que filamentos ativos se estruturem de acordo com as pistas sensoriais de seu ambiente, apesar da motilidade unidimensional."

Isso significa,por exemplo, que você pode construir um dispositivo robótico muito simples, capaz apenas de ir para frente e para trás, e usá-lo para obter movimentos multidimensionais, em qualquer sentido, incluindo para cima e para baixo.

Isso também poderá ser usado, noutro exemplo, no projeto dos chamados tecidos inteligentes e materiais inteligentes. Essas novas estruturas e tecidos também são baseados no arranjo de fibras individuais e filamentos ativos, e agora poderão inspirar-se nos mecanismos de automontagem das cianobactérias, criando comportamentos mais complexos sem a necessidade de controle computacional ou robótico.

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