O interior dunha célula vexetal é máis parecido a un líquido ou un sólido? Aínda que isto pode parecer unha pregunta estraña, a investigación realizada na Universidade de Ámsterdam demostra que pode ser calquera dos dous, dependendo da cantidade de luz que brilles nela. Os cloroplastos dentro das células vexetais constitúen unha forma activa de materia que sofre transicións de fase dramáticas.
A cuestión de como as plantas perciben e responden ao seu medio ambiente fascina a científicos e filósofos desde tempos antigos. Hai máis de dous milenios, Platón escribiu no seu "Timeo" que as plantas teñen unha "alma" que experimenta "sensación, pracer, dor e desexo" mentres carece de "xuízo e intelixencia".
Moverse, ou non moverse
Aínda que os científicos modernos estarán de acordo na súa maioría con esta valoración expresada poéticamente, non estarán de acordo coa afirmación de seguimento de Platón de que as plantas están "privadas do poder do movemento propio"; estar enraizada non significa que as plantas sexan incapaces de moverse. Pense en xirasoles novos que seguen o sol todos os días ou nunha planta da casa que crece cara a unha fiestra soleada.
Nunha escala de tempo moito máis curta, o cloroplastos dentro das células vexetais moveranse rapidamente en resposta a un cambio intensidade da luz. Os cloroplastos son os compoñentes verdes das células vexetais que realizan a fotosíntese, o proceso de converter a luz solar en enerxía química. Non están estacionarios dentro da célula, podendo usar proteínas dentro das súas membranas para moverse dentro do citoplasma.
En condicións de pouca luz, os cloroplastos estenderanse para captar a máxima cantidade de luz. Non obstante, a sobreexposición á luz brillante daráaos, un destino que evitan cos movementos de escape rápidos. Así, o movemento do cloroplasto maximiza o rendemento fotosintético ao mesmo tempo que minimiza o dano fotográfico.
Comportamento vítreo
A pesar de décadas de investigación sobre este movemento intracelular, aínda quedan moitas preguntas abertas sobre como se organizan colectivamente os cloroplastos. Os investigadores da Universidade de Ámsterdam Nico Schramma, Cintia Perugachi Israëls e Maziyar Jalaal decidiron estudar este comportamento desde a perspectiva da física.
O seu artigo publícase na revista Proceedings, da Academia Nacional de Ciencias.
"Os nosos resultados mostran que con luz débil, os cloroplastos forman unha monocapa que presenta características semellantes ao vidro. Isto demostra unha conexión sorprendente entre isto sistema biolóxico e o rico campo da física do vidro”, explica Schramma. Máis que un material de fiestra, un vidro é unha fase ríxida da materia formada por partículas que están densamente empaquetadas pero non ordenadas.
A diferenza dos átomos simples (que son verdadeiramente inanimados), os cloroplastos poden usar enerxía para xerar o seu propio movemento. Ademais, os cloroplastos están afectados e interactúan co seu ambiente intracelular único. Isto fai que esta fase vítrea sexa unha nova e interesante forma de materia "activa".
Estar en estado vítreo é útil para garantir que se recolle a maior cantidade de luz posible en condicións de pouca luz, porque os cloroplastos están situados de forma ideal. Cando se expón luz brillante, este estado vítreo "derrete" rapidamente nun líquido no que os cloroplastos se moven rapidamente.
Preto dunha transición
Ao rastrexar e analizar os movementos dependentes da luz dos cloroplastos en plantas de Elodea densa, e comparando isto cun modelo matemático recentemente desenvolvido, os investigadores descubriron que os cloroplastos están axustados para estar preto da transición entre un estado vítreo e líquido.
Un sinal revelador da proximidade a esta transición é que mesmo no estado vítreo con pouca luz, non todos os cloroplastos quedan parados. De cando en vez, un cloroplasto sairá de súpeto da súa posición, pasando varios outros antes de quedar atascado de novo. Nalgúns casos, esta explosión de movemento estimula unha cadea de movementos coordinados nos cloroplastos próximos.
"Estar preto dunha transición vítrea permite que os cloroplastos cambien rapidamente a unha fase de fluído para un movemento eficiente para evitar a luz", conclúe Schramma. Ademais da súa relevancia biolóxica, as fases dinámicas dependentes da luz dos cloroplastos en Elodea densa constitúen un sistema modelo intrigante para futuras investigacións sobre materia activa e viva densa.