Como as cobras conseguem ficar em pé e se equilibrar

Cobras não parecem animais feitos para se manterem de pé. Elas não têm patas, não contam com uma coluna rígida como um poste e possuem um corpo que se dobra com facilidade em praticamente todas as direções.

Ainda assim, algumas espécies conseguem erguer-se quase em linha reta e sustentar essa postura. Mais impressionante: elas também fazem isso equilibradas sobre um galho estreito.

Em certas cobras, quase 70% do corpo pode ser levantado para fora do chão, enquanto o restante permanece firme, servindo de apoio.

A parte elevada se mantém quase vertical e estável, apesar de o animal não ter membros para se estabilizar.

Investigando como as cobras ficam em pé

Recentemente, cientistas decidiram entender como esse comportamento é possível. O que eles observaram indica que o segredo não está em força bruta, e sim numa combinação de física, controle muscular e na perceção que a cobra tem do próprio formato corporal.

O trabalho foi conduzido por uma equipa liderada por L. Mahadevan, da Universidade Harvard, cujo grupo investiga a física por trás dos movimentos biológicos.

O estudo junta biologia, matemática e modelagem mecânica para explicar como as cobras realizam um equilíbrio tão delicado.

“Para alguns, isso pode ser coisa de pesadelo, mas agora analisamos, de forma matemática e física, a física oculta e as estratégias de controle que permitem que as cobras desafiem a gravidade”, disse Mahadevan.

Fazendo a “postura em pé” da cobra

Cobras arborícolas, como a cobra-marrom-das-árvores e a píton-de-arbusto, muitas vezes precisam atravessar vãos entre galhos. Para conseguir, elas levantam uma grande parte do corpo no ar e, em seguida, esticam-se para a frente.

À primeira vista, a posição parece instável. O corpo da cobra é macio e muito flexível, e a gravidade deveria fazê-lo dobrar ou ceder. Mesmo assim, os animais conseguem manter-se erguidos tempo suficiente para alcançar o próximo galho.

Onde o trabalho de verdade acontece

Um rastreamento cuidadoso do movimento revelou algo inesperado: ao se erguer, a cobra não “endurece” o corpo inteiro.

Em vez disso, quando se equilibra na vertical, quase todo o controle concentra-se numa pequena faixa perto da base - exatamente onde o corpo sai do apoio.

Essa região curta dobra-se e ativa os músculos com grande intensidade, formando o que os pesquisadores descrevem como uma camada-limite. Acima dessa zona, o restante do corpo da cobra permanece quase reto.

A estratégia funciona porque, quando o corpo se mantém vertical, a gravidade produz uma força de flexão muito pequena. Ao concentrar o esforço na base, a cobra diminui a energia necessária para continuar de pé.

Como o corpo “sente” a si mesmo

Os pesquisadores também analisaram como as cobras coordenam os músculos enquanto se equilibram nessa postura. Um elemento decisivo é a propriocepção - a capacidade do animal de perceber a posição e a forma do próprio corpo.

Para investigar a mecânica, a equipa construiu um modelo matemático que trata a cobra como um filamento elástico ativo. Em termos simples, trata-se de uma estrutura flexível que consegue detectar o próprio formato e responder com forças musculares.

A partir do modelo, surgiram duas estratégias possíveis de controle. Numa delas, os músculos reagem diretamente à curvatura local, enrijecendo o corpo onde ele se dobra.

Na outra, há coordenação muscular ao longo do corpo para reduzir o esforço total necessário. As duas abordagens geraram a postura em “S” típica observada em cobras erguidas, mas a estratégia coordenada exigiu muito menos esforço muscular.

Por que o equilíbrio é a parte mais difícil

Para essas cobras, levantar o corpo não é o maior desafio. O mais complicado é permanecer equilibrada.

Os pesquisadores verificaram que forças musculares apenas moderadas bastam para a cobra erguer-se até a posição desejada.

A dificuldade real aparece ao manter a estabilidade quando o corpo já está na vertical. Para impedir que o animal tombe, são necessárias forças maiores, já que a gravidade o puxa continuamente para fora do equilíbrio.

Isso ajuda a entender por que cobras em pé costumam oscilar levemente enquanto sustentam a postura: o movimento lento é resultado de ajustes constantes para se estabilizar.

Engenheiros aprendem com o equilíbrio das cobras

O estudo vai além de explicar um comportamento curioso. Ele também sugere caminhos para a engenharia de máquinas flexíveis.

Robôs feitos de materiais macios muitas vezes têm dificuldade de manter estabilidade ao se esticar para cima ou ao alcançar algo para a frente.

Compreender como as cobras concentram o controle em apenas uma parte do corpo pode ajudar engenheiros a criar máquinas que permaneçam estáveis sem desperdiçar energia.

“Ao concentrar o controle onde ele realmente importa, engenheiros podem aprender a construir máquinas que sejam ao mesmo tempo eficientes e resilientes”, disse Ludwig Hoffmann, primeiro autor do estudo e pesquisador de pós-doutorado em matemática aplicada.

Com frequência, a natureza resolve problemas físicos difíceis com estratégias simples. No caso de cobras que sobem em árvores, a solução está em aplicar esforço onde faz diferença e deixar o restante do corpo quase imóvel.

O estudo completo foi publicado no periódico Interface da Royal Society.