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O interior de uma célula vegetal é mais como um líquido ou um sólido? Embora isso possa parecer uma pergunta estranha, a pesquisa realizada na Universidade de Amsterdã demonstra que pode ser, dependendo da quantidade de luz que você incide sobre ela. Os cloroplastos dentro das células vegetais constituem uma forma ativa de matéria que passa por dramáticas transições de fase.
A questão de como as plantas sentem e respondem ao seu ambiente tem fascinado cientistas e filósofos desde os tempos antigos. Há mais de dois milênios, Platão escreveu em seu Timeu que as plantas têm uma “alma” que experimenta “sensação, prazer, dor e desejo” enquanto carece de “julgamento e inteligência”.
Mover ou não mover
Embora os cientistas modernos concordem em sua maioria com essa avaliação poeticamente expressa, eles discordarão da afirmação seguinte de Platão de que as plantas são “privadas do poder de automovimento”; estar enraizado não significa que as plantas são incapazes de se mover. Pense em jovens girassóis rastreando o sol todos os dias ou em uma planta de casa crescendo em direção a uma janela ensolarada.
Em uma escala de tempo muito mais curta, o cloroplastos dentro das células vegetais se moverá rapidamente em resposta a uma mudança na intensidade da luz. Os cloroplastos são os componentes verdes das células vegetais que conduzem a fotossíntese, o processo de transformar a luz solar em energia química. Eles não são estacionários dentro da célula, podendo usar proteínas dentro de suas membranas para se movimentar dentro do citoplasma.
Em condições de pouca luz, os cloroplastos se espalharão para capturar a quantidade máxima de luz. No entanto, a superexposição à luz forte irá danificá-los, um destino que eles evitam com movimentos rápidos de fuga. Assim, o movimento do cloroplasto maximiza simultaneamente o desempenho fotossintético e minimiza os fotodanos.
Comportamento vítreo
Apesar de décadas de pesquisa sobre esse movimento intracelular, ainda há muitas questões em aberto sobre como os cloroplastos se organizam coletivamente. Os pesquisadores Nico Schramma, Cintia Perugachi Israëls e Maziyar Jalaal, da Universidade de Amsterdã, decidiram estudar esse comportamento do ponto de vista da física.
“Nossos resultados mostram que, na penumbra, os cloroplastos formam uma monocamada que exibe características de vidro. Isso demonstra uma conexão surpreendente entre este sistema biológico e o rico campo da física do vidro”, explica Schramma. Mais do que apenas um material de janela, um vidro é uma fase rígida da matéria composta de partículas densamente compactadas, mas não organizadas de maneira organizada.
Ao contrário dos átomos simples (que são verdadeiramente inanimados), os cloroplastos podem usar energia para gerar seu próprio movimento. Além disso, os cloroplastos são afetados e interagem com seu ambiente intracelular único. Isso torna essa fase vítrea uma nova e excitante forma de matéria ‘ativa’.
Estar em um estado vítreo é útil para garantir que o máximo de luz possível seja coletado em condições de pouca luz, porque os cloroplastos estão posicionados de maneira ideal. Quando exposto à luz brilhante, esse estado vítreo rapidamente “derrete” em um líquido no qual os cloroplastos se movem rapidamente.
Perto de uma transição
Ao rastrear e analisar os movimentos dependentes de luz dos cloroplastos em Elódea densa plantas, e comparando isso com um modelo matemático recém-desenvolvido, os pesquisadores descobriram que os cloroplastos são ajustados para estarem próximos da transição entre um estado vítreo e líquido.
Um sinal revelador da proximidade dessa transição é que, mesmo no estado vítreo de pouca luz, nem todos os cloroplastos ficam parados. De vez em quando, um cloroplasto sai repentinamente de sua posição, passando por vários outros antes de ficar preso novamente. Em alguns casos, essa explosão de movimento estimula uma cadeia de movimentos coordenados em cloroplastos próximos.
“Estar perto de uma transição vítrea permite que os cloroplastos mudem rapidamente para uma fase semelhante a um fluido para um movimento eficiente para evitar a luz”, conclui Schramma. Além de sua relevância biológica, as fases dinâmicas dependentes de luz dos cloroplastos em Elódea densa constituem um sistema modelo intrigante para pesquisas futuras sobre matéria viva e ativa densa.
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