Como os metais pesados dão às aranhas e a outros pequenos animais a sua poderosa picada

De acordo com um novo estudo, elementos como zinco e cobre misturam-se com proteínas naturais para produzir ferrões, garras e mandíbulas resistentes.

Publicado 16/09/2021, 14:54
aranha-saltadora-real

Uma aranha-saltadora-real exibe as suas presas iridescentes.

Fotografia de Emanuele Biggi, Nature Picture Library

Para se fixarem a um veado, as carraças precisam primeiro de furar uma pele grossa que está repleta de pelo. As formigas-cortadeiras devoram facilmente as resistentes folhas tropicais. E os escorpiões usam as suas caudas para injetar veneno em presas muito maiores.

Há muitos anos que estas maravilhas intrigam Robert Schofield, físico da Universidade de Oregon. Como é que estas criaturas minúsculas desferem um golpe tão poderoso?

A resposta, de acordo com um novo artigo de Robert publicado na Scientific Reports, está na própria estrutura atómica das ferramentas destes animais.

Os cientistas já sabiam que as mandíbulas, presas e ferrões de várias espécies de invertebrados contêm enormes quantidades de metais pesados, como zinco, cobre e manganês – até 20% do peso em algumas espécies. Mas não sabiam como é que os metais se relacionavam com as proteínas resistentes que também são encontradas nos corpos destes invertebrados.

Ao analisar as proteínas e os metais pesados ao nível molecular, Robert e os seus colegas descobriram que os átomos individuais de metal são incorporados nas proteínas para criar um composto resistente e duradouro, ao qual os investigadores chamaram biomaterial de elemento pesado.

“É muito interessante perceber que, ao adicionarem estes metais, as suas ferramentas ficam mais resistentes”, diz Stephanie Crofts, bióloga do College of the Holy Cross em Massachusetts, que não esteve envolvida na investigação. “Este estudo é uma boa visão de como isto acontece numa variedade de organismos e que pode até ser mais comum do que pensávamos.”

Stephanie acrescenta que estes biomateriais de elementos pesados podem vir a inspirar os engenheiros a criar novos produtos, como telemóveis mais pequenos e dispositivos médicos mais robustos.

Melhor do que biominerais

Os animais também desenvolveram outra maneira de formar um material natural resistente. Conhecido por biomineralização, este processo generalizado ocorre quando as proteínas do corpo de um animal se envolvem em torno de cristais minerais, como nos ossos ou em algumas conchas. O osso é uma poderosa mistura de minerais (principalmente carbonato de cálcio) e proteínas que fornecem ao esqueleto de um animal a flexibilidade necessária, alongando-se e comprimindo-se muito para além do que qualquer outro material conseguiria fazer.

Mas a biomineralização tem os seus limites. Por exemplo, as conchas do mar podem quebrar facilmente. “Criar uma coisa afiada com um biomineral é o mesmo que fazer uma faca com tijolos”, diz Robert, que estuda mandíbulas e garras de invertebrados desde que uma formiga rastejou pelo chão do seu escritório no final dos anos 80 – o mesmo escritório que ocupa agora.

Os biominerais não são a resposta para muitos dos invertebrados, porque estes precisam de partes do corpo resistentes e afiadas que consigam suportar uma utilização continuada. Um ferrão despedaçado, por exemplo, seria uma sentença de morte para um escorpião. “Portanto, estes animais encontraram outra maneira”, diz Robert.

Mistura poderosa de metais e proteínas

Para este estudo mais recente, Robert Schofield e os seus colegas do Laboratório Nacional Pacific Northwest e da Universidade de Oregon examinaram partes do corpo de formigas, aranhas, escorpiões, moluscos e um tipo de verme marinho. A equipa construiu sondas em miniatura para testar as propriedades mecânicas destas partes e para as dissecar átomo por átomo.

Os investigadores descobriram que os metais pesados, como zinco e manganês, estão uniformemente distribuídos por toda a parte do corpo de um invertebrado, ao contrário do que acontece com a matéria nos ossos e noutros biominerais. Esta estrutura atómica permite que a parte do corpo seja mais afiada e tolere mais desgaste do que aconteceria se as proteínas não tivessem os metais.

Os biomateriais de elemento pesado também têm outros benefícios: uma formiga poupa até 60% da sua energia quando corta folhas, algo que não aconteceria se não tivesse esta estrutura atómica, de acordo com os cálculos da equipa. (Descubra a formiga ‘Drácula’, que consegue morder 5.000 vezes mais depressa do que um piscar de olhos.)

Robert Schofield ainda tem muitas questões para responder, como por exemplo saber se estes materiais naturalmente resistentes evoluíram uma ou várias vezes separadas em diferentes grupos de invertebrados, desde os crustáceos às centopeias.

Entretanto, esta descoberta pode gerar um novo potencial para as ferramentas humanas, diz Stephanie Crofts.

Por exemplo, os engenheiros estão sempre à procura de estratégias mais aprimoradas para criar objetos mais pequenos, mas que não quebrem facilmente, como telemóveis e dispositivos médicos portáteis como bombas de insulina.

O fabrico de ferramentas com esta organização atómica de proteínas e metais pesados pode dar origem a produtos mais leves, fortes e resistentes ao manuseio diário, diz Stephanie – mais um exemplo de como a natureza é que sabe.

 

Este artigo foi publicado originalmente em inglês no site nationalgeographic.com

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