{"id":8830,"date":"2020-11-18T11:32:28","date_gmt":"2020-11-18T14:32:28","guid":{"rendered":"https:\/\/tdibrasil.org\/?p=8830"},"modified":"2021-10-10T03:45:29","modified_gmt":"2021-10-10T06:45:29","slug":"morfogenese-codificacao-para-forma","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/tdibrasil.org\/index.php\/2020\/11\/18\/morfogenese-codificacao-para-forma\/","title":{"rendered":"Morfog\u00eanese: Codifica\u00e7\u00e3o para Forma"},"content":{"rendered":"
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Axolote.<\/center><\/figcaption><\/figure>\n
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Organismos s\u00e3o hierarquias de formas. As bact\u00e9rias formam hastes, espirais e esferas.\u00a0Os eucariontes unicelulares constroem diversas organelas por dentro e assumem uma forma caracter\u00edstica por fora (compare\u00a0Stentor, Paramecium<\/em>\u00a0e\u00a0Amoeba<\/em>).\u00a0Pense em todas as variedades de formas em organismos multicelulares de\u00a0Volvox (<\/em>col\u00f4nia de organismos unicelulares aqu\u00e1ticos [algas])<\/em> a eucariontes complexos \u2013 hidra, rot\u00edferos, plan\u00e1rios na extremidade microsc\u00f3pica; caranguejos, polvos e besouros na faixa intermedi\u00e1ria inferior;\u00a0castores, rosas e humanos na faixa m\u00e9dia superior; baleias, sequoias e braquiossauros na extremidade grande.\u00a0As plantas geram caules, folhas e flores.\u00a0Os animais desenvolvem tecidos que se organizam em \u00f3rg\u00e3os que se combinam nos planos do corpo.\u00a0Como todas essas formas 3-D emergem de um c\u00f3digo linear?\u00a0Esse \u00e9 o enigma da morfog\u00eanese.<\/p>\n

Totalidades Funcionais<\/strong><\/p>\n

Os bi\u00f3logos sabem sobre c\u00f3digos gen\u00e9ticos para mol\u00e9culas muito bem agora, mas onde est\u00e1 o software para anatomia? A moda recente de compara\u00e7\u00e3o com a impress\u00e3o 3D \u00e9 grosseira. Essas m\u00e1quinas podem produzir uma forma a partir de um c\u00f3digo linear, mas elas simplesmente constroem um objeto est\u00e1tico, uma camada de cada vez, usando material homog\u00eaneo.\u00a0A morfog\u00eanese requer reunir diversos materiais para construir m\u00e1quinas em movimento, como cora\u00e7\u00f5es.\u00a0Elas devem continuar funcionando em todos os n\u00edveis enquanto est\u00e3o em conex\u00e3o com outras m\u00e1quinas m\u00f3veis durante a constru\u00e7\u00e3o.\u00a0O produto final \u00e9 o que Douglas Axe chama de \u201ctodo funcional\u201d (Ineg\u00e1vel<\/em>\u00a0, p. 143). Os “todos funcionais” em biologia s\u00e3o compostos de componentes e subcomponentes funcionais organizados hierarquicamente e constituintes elementares que n\u00e3o funcionam apenas no espa\u00e7o tridimensional, mas na quarta dimens\u00e3o do tempo. Elas tamb\u00e9m possuem a not\u00e1vel propriedade de autorreparo.<\/p>\n

Michael Levin, diretor do Allen Discovery Center na Tufts University e Associate Faculty no Instituto Wyss da Harvard University, est\u00e1 perplexo com a origem das formas biol\u00f3gicas.\u00a0Ele escreve na The Scientist<\/a>:<\/p>\n

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Embora os genomas codifiquem previsivelmente as prote\u00ednas presentes nas c\u00e9lulas,\u00a0uma lista simples de partes moleculares n\u00e3o nos diz o suficiente sobre o layout anat\u00f4mico ou o potencial regenerativo do corpo<\/strong>\u00a0que as c\u00e9lulas trabalhar\u00e3o para construir.\u00a0Os genomas n\u00e3o s\u00e3o um projeto para a anatomia<\/strong>\u00a0e a edi\u00e7\u00e3o do genoma \u00e9 fundamentalmente limitada pelo fato de que \u00e9 muito dif\u00edcil inferir quais genes ajustar e como atingir os resultados anat\u00f4micos complexos desejados. Da mesma forma,\u00a0as c\u00e9lulas-tronco geram os blocos<\/strong>\u00a0de\u00a0constru\u00e7\u00e3o<\/strong>\u00a0dos \u00f3rg\u00e3os,\u00a0mas a capacidade de organizar tipos espec\u00edficos de c\u00e9lulas em uma m\u00e3o ou olho humano funcional esteve e estar\u00e1 al\u00e9m do alcance da manipula\u00e7\u00e3o direta por muito tempo.<\/strong> [Enfase adicionada.]\n<\/blockquote>\n

No filme\u00a0Exterminador do Futuro <\/em>2<\/em>, o assassino do futuro \u00e9 esmagado em mil fragmentos de metal l\u00edquido e, em seguida, se reconstitui para continuar sua miss\u00e3o. \u00c9 uma pe\u00e7a de efeitos especiais muito inteligente, mas quando voc\u00ea pensa sobre o problema, como cada fragmento poderia saber para onde ir? E, no entanto, algo assim acontece em organismos que s\u00e3o capazes de se regenerar, como hidras, plan\u00e1rias, axolotes e algumas outras esp\u00e9cies. Algo assim tamb\u00e9m ocorre em todos os organismos durante o desenvolvimento embrion\u00e1rio.<\/p>\n

Ap\u00f3s v\u00e1rias rodadas de divis\u00e3o celular de clones, come\u00e7a a diversifica\u00e7\u00e3o e a forma come\u00e7a a surgir.\u00a0Cada c\u00e9lula ganha um papel e um destino para cumprir esse papel.\u00a0Veja o videoclipe da Illustra Media sobre o desenvolvimento embrion\u00e1rio de pintinhos:<\/p>\n

Al\u00e9m do DNA<\/strong><\/p>\n

No desenvolvimento embrion\u00e1rio humano, algo al\u00e9m do DNA diz \u00e0 massa em crescimento quantas c\u00e9lulas do f\u00edgado s\u00e3o necess\u00e1rias, como elas devem se organizar na forma familiar do f\u00edgado, quantos vasos sangu\u00edneos s\u00e3o necess\u00e1rios para suprir o f\u00edgado. Al\u00e9m disso, algo regula como essas formas coordenam seu crescimento desde o beb\u00ea at\u00e9 o adulto.\u00a0O f\u00edgado sempre termina no tamanho e posi\u00e7\u00e3o adequados sob as costelas do lado direito, com as conex\u00f5es certas com outros \u00f3rg\u00e3os.\u00a0Todos os \u00f3rg\u00e3os e sistemas seguem esse processo direcionado a um objetivo. Alcan\u00e7ar esse resultado requer muito mais informa\u00e7\u00f5es do que o c\u00f3digo do DNA possui apenas para as enzimas hep\u00e1ticas, por mais complexo que seja. Onde est\u00e1 o \u201csoftware de biologia \u2013 as regras que permitem grande plasticidade em como os coletivos de c\u00e9lulas geram anatomias confi\u00e1veis\u201d?<\/p>\n

Responder \u00e0 quest\u00e3o exigir\u00e1 pesquisas interdisciplinares, ressalta Levin.\u00a0Os cientistas apenas deram alguns passos de beb\u00ea para resolver esse enorme quebra-cabe\u00e7a.\u00a0Tudo o que eles podem fazer atualmente \u00e9 tentar dividir a quest\u00e3o em subquest\u00f5es administr\u00e1veis.<\/p>\n

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Mas os pesquisadores que trabalham nas \u00e1reas de morfologia sint\u00e9tica e biof\u00edsica regenerativa est\u00e3o\u00a0come\u00e7ando a entender as regras que regem<\/strong>\u00a0a plasticidade do crescimento e reparo de \u00f3rg\u00e3os.\u00a0Em vez de tarefas de microgerenciamento que s\u00e3o complexas demais<\/strong>\u00a0para serem implementadas diretamente no n\u00edvel celular ou molecular,\u00a0e se resolv\u00eassemos o mist\u00e9rio de como grupos de c\u00e9lulas cooperam para construir corpos multicelulares espec\u00edficos<\/strong>\u00a0durante a embriog\u00eanese e a regenera\u00e7\u00e3o?\u00a0Talvez ent\u00e3o pud\u00e9ssemos descobrir como motivar os coletivos de c\u00e9lulas a construir quaisquer caracter\u00edsticas anat\u00f4micas que desejamos.<\/p>\n<\/blockquote>\n

At\u00e9 agora, eles conseguiram apenas que embri\u00f5es de sapo desenvolvessem estranhas formas sint\u00e9ticas por meio da engenharia gen\u00e9tica.\u00a0\u00c9 um come\u00e7o emocionante, pensa Levin, mas o trabalho lembra crian\u00e7as em um parquinho.<\/p>\n

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Essas c\u00e9lulas reiniciaram sua multicelularidade em uma nova forma,\u00a0sem altera\u00e7\u00f5es gen\u00f4micas<\/strong>. Isso representa uma\u00a0“caixa de areia” (ambiente de testes)<\/strong> extremamente emocionante\u00a0na qual os bioengenheiros podem\u00a0atuar<\/strong>, com o\u00a0objetivo de decodificar a l\u00f3gica do controle anat\u00f4mico e comportamental, bem como compreender a plasticidade das c\u00e9lulas e a rela\u00e7\u00e3o dos genomas com as anatomias.<\/strong><\/p>\n<\/blockquote>\n

Uma revolu\u00e7\u00e3o biol\u00f3gica<\/strong><\/p>\n

Este trabalho pode representar o in\u00edcio de uma revolu\u00e7\u00e3o biol\u00f3gica t\u00e3o significativa quanto a revolu\u00e7\u00e3o gen\u00f4mica, quando a gen\u00e9tica passou das mol\u00e9culas aos c\u00f3digos.\u00a0Ele representa o pr\u00f3ximo passo: \u201celucidar os\u00a0c\u00e1lculos<\/strong>\u00a0que as c\u00e9lulas e grupos de c\u00e9lulas realizam para\u00a0orquestrar<\/strong>\u00a0a constru\u00e7\u00e3o de tecidos e \u00f3rg\u00e3os em uma escala de corpo inteiro\u201d.\u00a0\u00c9 como se os bioqu\u00edmicos tivessem entendido como os instrumentos musicais s\u00e3o feitos e agora quisessem ver como a m\u00fasica \u00e9 executada e como a m\u00fasica \u00e9 derivada de uma partitura codificada por s\u00edmbolos silenciosos em uma p\u00e1gina. Mas eles est\u00e3o tentando fazer tudo isso sem o protagonista: o compositor.<\/p>\n

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A pr\u00f3xima gera\u00e7\u00e3o de avan\u00e7os nesta \u00e1rea de pesquisa surgir\u00e1 do\u00a0fluxo de ideias entre cientistas da computa\u00e7\u00e3o e bi\u00f3logos. <\/strong>Desbloquear todo o potencial da medicina regenerativa\u00a0exigir\u00e1 que a biologia fa\u00e7a a jornada que a ci\u00eancia da computa\u00e7\u00e3o j\u00e1 percorreu<\/strong>, desde o foco no\u00a0hardware<\/strong>\u00a0\u2013 as prote\u00ednas e vias bioqu\u00edmicas que realizam opera\u00e7\u00f5es celulares \u2013 at\u00e9 o\u00a0software<\/strong>\u00a0fisiol\u00f3gico que permite que redes de c\u00e9lulas\u00a0adquiram, armazenem e agir com base nas informa\u00e7\u00f5es<\/strong>\u00a0sobre a geometria do \u00f3rg\u00e3o e, na verdade, do corpo inteiro.<\/p>\n

No mundo da inform\u00e1tica, essa transi\u00e7\u00e3o de\u00a0reconectar<\/strong> o\u00a0hardware para a\u00a0reprograma\u00e7\u00e3o<\/strong>\u00a0do fluxo de informa\u00e7\u00f5es, alterando as entradas,\u00a0deu origem \u00e0 revolu\u00e7\u00e3o da tecnologia da informa\u00e7\u00e3o<\/strong>. Essa mudan\u00e7a de perspectiva\u00a0pode transformar a biologia<\/strong>, permitindo que os cientistas alcancem as vis\u00f5es ainda futur\u00edsticas da medicina regenerativa.<\/p>\n<\/blockquote>\n

O esfor\u00e7o tamb\u00e9m pode transformar a engenharia, diz ele.\u00a0Os engenheiros podem aprender como os organismos constroem estruturas que ainda funcionam em ambientes ruidosos e podem permanecer resistentes a perturba\u00e7\u00f5es.<\/p>\n

Mesmo quando seu grupo faz a engenharia gen\u00e9tica de embri\u00f5es de r\u00e3, diz Levin, os embri\u00f5es tendem a encontrar o caminho de volta \u00e0 forma desejada, como se um processo de monitoramento comparasse constantemente suas atividades com a forma ideal.\u00a0Como essas informa\u00e7\u00f5es s\u00e3o armazenadas e comunicadas?<\/p>\n

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O not\u00e1vel<\/strong>\u00a0n\u00e3o \u00e9 simplesmente que o crescimento come\u00e7a ap\u00f3s uma les\u00e3o e que v\u00e1rios tipos de c\u00e9lulas s\u00e3o gerados, mas que esses corpos\u00a0crescer\u00e3o e se remodelar\u00e3o at\u00e9 que uma anatomia correta esteja completa, e ent\u00e3o eles param.<\/strong> Como o sistema identifica a\u00a0morfologia alvo<\/strong>\u00a0correta,\u00a0orquestra os comportamentos individuais das c\u00e9lulas para chegar l\u00e1<\/strong>\u00a0e determina quando o trabalho est\u00e1 conclu\u00eddo<\/strong>? Como ele comunica essas informa\u00e7\u00f5es para controlar as atividades celulares subjacentes?<\/strong><\/p>\n<\/blockquote>\n

Essas s\u00e3o quest\u00f5es estimulantes para a comunidade do design considerar.\u00a0O\u00a0DI abarca previs\u00e3o, controle e comunica\u00e7\u00e3o.<\/p>\n

O darwinismo est\u00e1 \u00e0 altura da tarefa?<\/strong><\/p>\n

Levin tenta trazer a evolu\u00e7\u00e3o para o cen\u00e1rio.<\/p>\n

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A evolu\u00e7\u00e3o explora tr\u00eas modalidades para atingir essa homeostase anat\u00f4mica<\/strong>: gradientes bioqu\u00edmicos, circuitos bioel\u00e9tricos e for\u00e7as biof\u00edsicas.\u00a0Eles interagem para permitir que a mesma forma em grande escala surja, apesar de perturba\u00e7\u00f5es significativas.<\/p>\n<\/blockquote>\n

Mas isso n\u00e3o \u00e9 evolu\u00e7\u00e3o darwiniana de forma alguma!\u00a0Um processo f\u00edsico sem sentido e sem objetivo n\u00e3o se importa com o que acontece.\u00a0N\u00e3o pode explorar.\u00a0N\u00e3o pode alcan\u00e7ar.\u00a0N\u00e3o pode ativar.\u00a0Essa afirma\u00e7\u00e3o \u00e9 como colocar um adesivo de Darwin em um maquin\u00e1rio de design inteligente.\u00a0Muito menos pode o darwinismo sinalizar, criar e operar redes el\u00e9tricas, tomar decis\u00f5es ou regular qualquer coisa.<\/p>\n

Observar n\u00e3o \u00e9 explicar.\u00a0O grupo de Levin pode observar o que acontece, mas ele apela a causas inadequadas para explic\u00e1-las.\u00a0A equipe pode ajustar os processos de trabalho para obter resultados modificados, mas n\u00e3o pode explicar seu surgimento.\u00a0Eles podem imit\u00e1-los, mas n\u00e3o origin\u00e1-los.\u00a0Eles podem compar\u00e1-los a computadores e softwares projetados de forma inteligente, mas n\u00e3o levam em conta as semelhan\u00e7as apelando para causas opostas.<\/p>\n

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A imagem emergente neste campo \u00e9 que o software anat\u00f4mico \u00e9 altamente\u00a0modular<\/strong>\u00a0\u2013 uma propriedade-chave que os cientistas da computa\u00e7\u00e3o exploram como subrotinas<\/strong>\u00a0e que muito provavelmente contribui em grande parte para a\u00a0evolu\u00e7\u00e3o<\/strong>\u00a0biol\u00f3gica\u00a0e\u00a0a plasticidade evolutiva.<\/strong><\/p>\n<\/blockquote>\n

\u201cEvolucionabilidade\u201d e \u201cplasticidade evolutiva\u201d s\u00e3o termos altamente enganosos. O que Levin qquer dizer \u00e9 a capacidade de aprender e se adaptar \u00e0s circunst\u00e2ncias. Isso requer design. E por que a plasticidade deve ser evolutiva? Pegue a palavra\u00a0eletr\u00f4nica<\/em>\u00a0e reconhe\u00e7a o conceito como robustez.\u00a0Isso tamb\u00e9m \u00e9 design.\u00a0A toler\u00e2ncia a perturba\u00e7\u00f5es, com alguma margem de manobra para mudan\u00e7as, \u00e9 uma boa estrat\u00e9gia de projeto.\u00a0As composi\u00e7\u00f5es musicais tamb\u00e9m permitem alguma plasticidade, como quando o compositor marca \u201cAd lib\u201d para uma improvisa\u00e7\u00e3o ou d\u00e1 espa\u00e7o para uma cad\u00eancia.\u00a0As obras tamb\u00e9m podem ser modificadas para conjuntos diferentes, como quando uma obra orquestral \u00e9 transcrita para orquestra de c\u00e2mara ou piano.<\/p>\n

Aqui est\u00e1 outro exemplo de fixa\u00e7\u00e3o de um adesivo \u201cFeito por Darwin\u201d em conceitos de design:<\/p>\n

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Na biomedicina molecular, ainda estamos focados principalmente na manipula\u00e7\u00e3o do\u00a0hardware<\/strong>\u00a0celular\u00a0\u2013 as prote\u00ednas que cada c\u00e9lula pode explorar.\u00a0Mas a evolu\u00e7\u00e3o garantiu que os coletivos celulares usem essa m\u00e1quina vers\u00e1til para processar informa\u00e7\u00f5es de maneira flex\u00edvel<\/strong>\u00a0e implementar uma ampla gama de resultados de formato corporal em grande escala.\u00a0Este \u00e9 o\u00a0software<\/strong>\u00a0da biologia: a\u00a0mem\u00f3ria<\/strong>, a plasticidade e a\u00a0reprograma\u00e7\u00e3o<\/strong>\u00a0das\u00a0redes de controle<\/strong> morfog\u00eanico.<\/p>\n<\/blockquote>\n

Tal afirma\u00e7\u00e3o n\u00e3o faz sentido.\u00a0A evolu\u00e7\u00e3o n\u00e3o consegue entender as m\u00e1quinas ou garantir que as c\u00e9lulas as usem.<\/p>\n

O design est\u00e1 \u00e0 altura da tarefa?<\/strong><\/p>\n

Somente a ci\u00eancia do design tem a estrutura conceitual para entender este \u201cnovo tipo de epigen\u00e9tica, informa\u00e7\u00e3o que \u00e9 armazenada em um meio diferente de<\/strong>\u00a0sequ\u00eancias de\u00a0DNA<\/strong> e cromatina\u201d. A Tecnologia da Informa\u00e7\u00e3o (TI) \u00e9 uma ci\u00eancia do design por defini\u00e7\u00e3o. Levin essencialmente repete a fal\u00e1cia de Darwin de usar a sele\u00e7\u00e3o artificial como um an\u00e1logo da sele\u00e7\u00e3o natural, exceto que, na morfog\u00eanese, inferimos a atividade de uma intelig\u00eancia projetada a partir de seus efeitos e de nossa experi\u00eancia uniforme com a capacidade da mente de organizar componentes para atingir alvos de maneira confi\u00e1vel.<\/p>\n

O progresso ser\u00e1 lento se o DI assumir a lideran\u00e7a na pesquisa em morfog\u00eanese?\u00a0Certamente n\u00e3o.\u00a0Os cientistas do design podem continuar o trabalho com embri\u00f5es de r\u00e3 e engenharia gen\u00e9tica.\u00a0Na verdade, eles provavelmente trabalhar\u00e3o de forma mais produtiva, sem o peso da bagagem do antigo mito vitoriano de Darwin.<\/p>\n

O acaso n\u00e3o \u00e9 uma causa;\u00a0intelig\u00eancia \u00e9.\u00a0A intelig\u00eancia pode conceber um plano, exercer a previs\u00e3o para identificar os requisitos e, ent\u00e3o, executar o plano programando os componentes para cumprir o plano.\u00a0Na vanguarda desta grande revolu\u00e7\u00e3o biol\u00f3gica, \u00e9 hora de reconhecer que o software anat\u00f4mico \u00e9 um design inteligente em todos os seus aspectos.<\/p>\n

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Original: Evolution News<\/strong>. Morphogenesis: Coding for Shape<\/a>. October 19, 2020, 6:33.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Organismos s\u00e3o hierarquias de formas. As bact\u00e9rias formam hastes, espirais e esferas. Os eucariontes unicelulares constroem diversas organelas por dentro e assumem uma forma caracter\u00edstica por fora…<\/p>\n<\/div>","protected":false},"author":15,"featured_media":8834,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[4,1051,40],"tags":[1052,626],"class_list":["post-8830","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-biologia","category-morfologia","category-traducao","tag-morfogenese","tag-morfologia"],"yoast_head":"\nMorfog\u00eanese: Codifica\u00e7\u00e3o para Forma » Portal TDI Brasil +<\/title>\n<meta name=\"description\" content=\"Organismos s\u00e3o hierarquias de formas. As bact\u00e9rias formam hastes, espirais e esferas. 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