Como uma única célula sabe onde construir um olho

Um óvulo fertilizado não tem olhos, nem coração, nem esquerda ou direita. No entanto, em poucas semanas, produz um corpo no qual cada órgão ocupa o lugar correto. Como uma célula que nunca viu um corpo sabe onde o olho deve ficar? Essa pergunta, popularizada na plataforma chinesa de perguntas e respostas Zhihu, mantém os biólogos do desenvolvimento ocupados há mais de um século.

A primeira pista veio de uma observação enganosamente simples sobre cor. A maioria dos animais com pelagem ou pele de dois tons é escura no dorso e clara na barriga. O padrão é tão comum — camundongos, cervos, peixes, aves — que deve estar escrito nas regras do desenvolvimento, e não ser aprendido. A razão é química. As células do dorso e as da barriga estão em ambientes diferentes, e cada uma libera moléculas sinalizadoras distintas. Essas moléculas se espalham e formam gradientes, e uma célula lê a concentração local para decidir no que se tornará. A cor é simplesmente o gradiente mais fácil de ver.

Essa ideia tem uma famosa história de origem. Na década de 1920, o embriologista alemão Hans Spemann e sua aluna Hilde Mangold transplantaram um pequeno fragmento de tecido de um embrião de anfíbio para outro. O tecido enxertado não apenas sobreviveu. Ele instruiu as células ao redor a construir um segundo eixo corporal completo, produzindo um girino de duas cabeças. O fragmento ficou conhecido como organizador, e o experimento ganhou um Prêmio Nobel. Provou que os embriões não são construídos a partir de um projeto fixo, mas de conversas entre células.

A genética moderna completou o vocabulário. Um pequeno conjunto de genes — com nomes como Hox, Pax6 e Sonic hedgehog — atua como coordenadas ao longo do corpo. O Pax6, por exemplo, ajuda a ativar a formação do olho. Notavelmente, o mesmo gene desempenha essa função em moscas-das-frutas, camundongos e humanos. Ative-o no lugar errado em uma mosca e um olho cresce na perna. A evolução reutiliza o mesmo conjunto de ferramentas repetidamente, mudando apenas quando e onde cada gene é ativado.

Os gradientes explicam mais do que a cor. Um membro em desenvolvimento precisa saber qual extremidade é o ombro e qual é a ponta do dedo. Um tubo neural precisa saber qual lado se tornará o cérebro e qual a medula espinhal. Em cada caso, um pequeno grupo de células libera um sinal, o sinal se difunde, e as vizinhas respondem conforme a quantidade que chega até elas. Parece menos um projeto e mais o clima — padrões que emergem de regras locais.

Cientistas na China e em outros lugares agora mapeiam esses sinais célula por célula, usando marcadores fluorescentes e sequenciamento de célula única para observar embriões se desenvolverem em tempo real. O trabalho tem peso prático. Entender como os órgãos são posicionados ajuda os pesquisadores a cultivar tecido de reposição a partir de células-tronco, e ajuda a explicar por que alguns defeitos congênitos ocorrem quando um gradiente é fraco demais, forte demais ou deslocado.

A velha pergunta — como uma célula sabe onde o olho vai — agora tem uma resposta parcial. Ela não sabe, exatamente. Ela percebe suas vizinhas, lê a química ao seu redor e segue regras que a evolução vem aperfeiçoando há centenas de milhões de anos. O corpo não é um plano. É um acordo.