Nada no reino animal desfere um golpe tão impressionante quanto o camarão-louva-a-deus. Pequeno e muito colorido, esse crustáceo acerta uma pancada a 23 metros por segundo - um golpe certeiro capaz de aplicar espantosos 1.500 newtons de força para quebrar as conchas das suas presas.
A força dessas batidas é tão extrema que, há tempos, cientistas se perguntam como o próprio animal consegue permanecer inteiro diante dos efeitos de recuo.
Agora, pesquisadores revelaram uma das respostas. As clavas dactilares - as “maças” que concentram a dor do camarão-louva-a-deus - têm uma estrutura notável que filtra choques, protegendo o animal que está por trás delas.
"O camarão-louva-a-deus é conhecido por seu golpe incrivelmente poderoso, que pode quebrar conchas de moluscos e até trincar o vidro de aquários", diz o engenheiro mecânico Horacio Espinosa, da Northwestern University, nos EUA.
"No entanto, para executar repetidamente esses golpes de alto impacto, a clava dactilar do camarão-louva-a-deus precisa ter um mecanismo de proteção robusto para evitar danos a si próprio. A maior parte dos trabalhos anteriores se concentrou na tenacidade e na resistência a trincas da clava, tratando a estrutura como um escudo de impacto reforçado.
"Descobrimos que ela usa mecanismos fônicos - estruturas que filtram seletivamente ondas de tensão. Isso permite que o camarão preserve sua capacidade de golpear ao longo de múltiplos impactos e evite danos aos tecidos moles."
O soco do camarão-louva-a-deus já havia sido analisado em detalhes. Ao atravessar a água em alta velocidade, ele produz o que se chama de bolha de cavitação. Quando a água é deslocada rapidamente, sua densidade cai a tal ponto que a água dentro dessa bolha de baixa densidade se vaporiza.
A bolha de cavitação e o impacto secundário
Só que essa bolha, cercada por água de maior densidade, não se sustenta por muito tempo: ela implode imediatamente, em um estouro de calor, luz e som.
É justamente a energia liberada pelo colapso dessa bolha que consegue trincar conchas (e também aquários).
"Quando o camarão-louva-a-deus golpeia, o impacto gera ondas de pressão no alvo", diz Espinosa. "Ele também cria bolhas, que colapsam rapidamente e produzem ondas de choque na faixa de megahertz. O colapso dessas bolhas libera explosões intensas de energia, que percorrem a clava do camarão. Esse efeito secundário de onda de choque, junto da força inicial do impacto, torna o golpe do camarão-louva-a-deus ainda mais devastador."
Mesmo assim, o camarão-louva-a-deus sai ileso desse choque enorme, que em princípio deveria se propagar para fora em todas as direções.
Como a clava dactilar do camarão-louva-a-deus se protege
Para entender o motivo, uma equipe liderada pelo engenheiro Nicolas Alderete, da Northwestern University, examinou minuciosamente as clavas dactilares do camarão-louva-a-deus-pavão (Odontodactylus scyllarus) em busca de pistas.
Os pesquisadores aplicaram duas técnicas - ultrassônica a laser de picossegundos e espectroscopia de grade transiente - na armadura do animal, para observar como ela respondia a ondas de tensão em propagação. O resultado mostrou que as clavas dactilares têm uma arquitetura singular, feita para amortecer e filtrar essas ondas e, assim, proteger o camarão-louva-a-deus.
Já se sabia que a armadura da clava dactilar é estratificada, em camadas - um pouco como uma lasanha. A superfície de impacto é uma camada fina de hidroxiapatita, um mineral composto principalmente por cálcio e fósforo, como o revestimento dos seus dentes. Logo abaixo, a região de impacto é formada por uma camada de fibras de quitina dispostas em padrão espinha de peixe, o que maximiza a integridade estrutural.
E, imediatamente sob essa parte, há uma camada de feixes de fibras de quitina organizados em uma estrutura semelhante a um saca-rolhas, em que cada feixe é rotacionado um pouco mais do que os feixes vizinhos. Essa camada cria o que é conhecido como estrutura de Bouligand, associada ao aumento da resistência à fratura.
O que os cientistas identificaram é que essa mesma camada também funciona como um escudo de lacuna de banda fônica - um material que filtra som e ondas de tensão ao controlar como essas ondas interagem com as estruturas periódicas do material. A estrutura de Bouligand da quitina na clava dactilar do camarão-louva-a-deus faz exatamente isso.
"A região periódica desempenha um papel crucial ao filtrar seletivamente ondas de cisalhamento de alta frequência, que são particularmente prejudiciais para tecidos biológicos", explica Espinosa. "Isso efetivamente protege o camarão de ondas de tensão danosas causadas pelo impacto direto e pelo colapso das bolhas."
A equipe pretende projetar e realizar experimentos subaquáticos para observar a eficácia e as limitações dessa armadura extraordinária - possivelmente mirando, no futuro, o desenvolvimento de materiais inspirados na biologia.
A pesquisa foi publicada na Science.
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