Nada no reino animal desfere um golpe como o camarão-louva-a-deus. Pequeno e cheio de cores, esse crustáceo acerta pancadas a 23 metros por segundo - um nocaute capaz de aplicar impressionantes 1.500 newtons de força para arrebentar a carapaça das presas.
A potência dessas batidas é tamanha que, há tempos, cientistas se perguntam como o próprio animal não se destrói com os efeitos do recuo.
Agora, pesquisadores identificaram uma das chaves para essa resistência. As clavas dáctilos - as “maças” que concentram a dor do camarão-louva-a-deus - têm uma arquitetura surpreendente que filtra choques e protege o animal 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 dáctilo do camarão-louva-a-deus precisa de um mecanismo de proteção robusto para evitar danos a si mesmo. 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.
"Nós descobrimos que ela usa mecanismos fonônicos - estruturas que filtram seletivamente ondas de tensão. Isso permite que o camarão preserve sua capacidade de ataque ao longo de múltiplos impactos e evite danos aos tecidos moles."
O golpe do camarão-louva-a-deus e a cavitação
O soco do camarão-louva-a-deus já foi analisado em detalhes. Ao atravessar a água em alta velocidade, ele gera o que se chama de bolha de cavitação. Quando a água é empurrada para os lados rapidamente, a densidade diminui a ponto de a água dentro dessa bolha de baixa densidade vaporizar.
Só que essa bolha, cercada por água de densidade maior, não se sustenta: ela implode quase de imediato, liberando uma explosão de calor, luz e som.
É justamente a energia liberada pelo colapso dessa bolha que consegue quebrar conchas (e aquários).
"Quando o camarão-louva-a-deus golpeia, o impacto gera ondas de pressão no alvo", afirma Espinosa. "Ele também cria bolhas, que colapsam rapidamente para produzir ondas de choque na faixa de megahertz. O colapso dessas bolhas libera rajadas intensas de energia, que se propagam pela 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 tese, deveria se espalhar para fora em todas as direções.
Como os cientistas analisaram a clava dáctilo (Odontodactylus scyllarus)
Para entender o motivo, uma equipa liderada pelo engenheiro Nicolas Alderete, da Northwestern University, examinou de perto as clavas dáctilos do camarão-louva-a-deus pavão (Odontodactylus scyllarus) em busca de pistas.
Os pesquisadores aplicaram duas técnicas - ultrassônica a laser em picossegundos e espectroscopia de rede transitória - no “blindado” do animal, observando como o material reagia a ondas de tensão em propagação. O resultado mostrou que as clavas dáctilos têm uma estrutura singular, feita para amortecer e filtrar essas ondas e, assim, proteger o camarão-louva-a-deus.
A “lasanha” de camadas que forma a armadura
Já se sabia que a armadura da clava dáctilo é organizada em camadas, como uma lasanha. A superfície de impacto é uma película fina de hidroxiapatita, um mineral composto principalmente por cálcio e fósforo - semelhante ao revestimento dos dentes.
Logo abaixo da zona de impacto, existe uma camada de fibras de quitina dispostas num padrão de espinha de peixe, desenhado para maximizar a integridade estrutural.
E, imediatamente sob ela, aparece uma camada de feixes de fibras de quitina organizados como uma estrutura em saca-rolhas: cada feixe é girado um pouco a mais do que os seus vizinhos. Essa camada forma o que se chama de estrutura de Bouligand, conhecida por aumentar a resistência à fratura.
Estrutura Bouligand e mecanismos fonônicos no camarão-louva-a-deus
O que o grupo descobriu é que essa camada também funciona como um escudo de lacuna de banda fonônica - um material que filtra som e ondas de tensão ao controlar como essas ondas interagem com estruturas periódicas. A estrutura de Bouligand da quitina na clava dáctilo 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 danosas aos tecidos biológicos", explica Espinosa. "Isso efetivamente protege o camarão de ondas de tensão prejudiciais causadas pelo impacto direto e pelo colapso das bolhas."
A equipa pretende projetar e realizar experimentos subaquáticos para observar a eficácia e os limites dessa armadura extraordinária - possivelmente com foco em futuros materiais inspirados na biologia.
A pesquisa foi publicada na Science.
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