Nenhum outro animal do reino animal desfere golpes como o camarão-louva-a-deus. Este pequeno crustáceo colorido atinge 23 metros por segundo - um murro fulminante que produz uns impressionantes 1.500 newtons de força, capaz de partir as conchas das suas presas.
A potência destes golpes é tal que os cientistas se interrogavam sobre como o próprio crustáceo consegue manter-se intacto perante os efeitos do recuo.
Agora, descobriram um dos seus segredos. Os clubes dáctilos que descarregam a dor do camarão-louva-a-deus possuem uma estrutura fascinante, capaz de filtrar choques e proteger o animal que está por trás deles.
"O camarão-louva-a-deus é conhecido pelo seu golpe incrivelmente poderoso, que consegue partir conchas de moluscos e até rachar o vidro de aquários", afirma Horacio Espinosa, engenheiro mecânico da Northwestern University, nos EUA.
"No entanto, para executar repetidamente estes golpes de elevado impacto, o clube dáctilo do camarão-louva-a-deus tem de dispor de um mecanismo de proteção robusto que impeça danos no próprio animal. A maior parte dos trabalhos anteriores centrou-se na resistência e na capacidade de impedir fissuras do clube, tratando esta estrutura como um escudo de impacto reforçado.
"Descobrimos que utiliza mecanismos fonónicos - estruturas que filtram seletivamente ondas de tensão. Isto permite ao camarão conservar a capacidade de ataque após múltiplos impactos e evitar lesões nos tecidos moles."
Como funciona o golpe do camarão-louva-a-deus
O golpe do camarão-louva-a-deus já foi estudado detalhadamente. Ao deslocar-se rapidamente na água, cria uma chamada bolha de cavitação. Quando a água é afastada a grande velocidade, a sua densidade diminui até ao ponto em que a água no interior dessa bolha de baixa densidade vaporiza.
Contudo, esta bolha, envolvida por água de maior densidade, não pode persistir durante muito tempo: implode de imediato, libertando calor, luz e som.
É a energia libertada pelo colapso da bolha que pode partir conchas - e rachar aquários.
"Quando o camarão-louva-a-deus ataca, o impacto gera ondas de pressão no alvo", explica Espinosa. "Também cria bolhas que colapsam rapidamente, produzindo ondas de choque na gama dos megahertz. O colapso destas bolhas liberta explosões intensas de energia, que atravessam o clube do camarão. Este efeito secundário das ondas de choque, juntamente com a força do impacto inicial, torna o golpe do camarão-louva-a-deus ainda mais devastador."
Ainda assim, o camarão-louva-a-deus não sofre danos com este choque enorme, que deveria propagar-se para fora em todas as direções.
A armadura dos clubes dáctilos
Para perceberem porquê, uma equipa liderada pelo engenheiro Nicolas Alderete, da Northwestern University, analisou em detalhe os clubes dáctilos do camarão-louva-a-deus-pavão (Odontodactylus scyllarus), à procura de pistas.
Os investigadores aplicaram duas técnicas à armadura do animal - ultrassónica a laser de picosegundos e espetroscopia de rede transiente - para observar a resposta às ondas de tensão em propagação. Verificaram que os clubes dáctilos apresentam uma organização singular que amortece e filtra essas ondas, protegendo o camarão-louva-a-deus.
Já se sabia que a armadura do clube dáctilo tem uma estrutura em camadas, semelhante a uma lasanha. A superfície de impacto é uma fina camada de hidroxiapatite, um mineral composto sobretudo por cálcio e fósforo, tal como o revestimento dos dentes humanos. Logo abaixo, a região de impacto inclui uma camada de fibras de quitina dispostas em padrão de espinha de peixe, que maximiza a integridade estrutural.
Imediatamente sob essa camada encontra-se outra composta por feixes de fibras de quitina organizados numa estrutura semelhante a um saca-rolhas, em que cada feixe está ligeiramente mais rodado do que os adjacentes. Esta camada forma a chamada estrutura de Bouligand, conhecida por aumentar a resistência à fratura.
A estrutura fonónica que filtra ondas de choque
O que os investigadores descobriram foi que esta camada funciona também como um escudo de intervalo de bandas fonónicas - um material que filtra ondas sonoras e de tensão, controlando a forma como interagem com as suas estruturas periódicas. A estrutura de Bouligand da quitina presente no clube dáctilo do camarão-louva-a-deus desempenha precisamente essa função.
"A região periódica tem um papel crucial na filtragem seletiva de ondas de cisalhamento de alta frequência, particularmente prejudiciais para os tecidos biológicos", explica Espinosa. "Desta forma, protege eficazmente o camarão das ondas de tensão danosas provocadas pelo impacto direto e pelo colapso das bolhas."
A equipa planeia conceber e realizar experiências subaquáticas para observar a eficácia e as limitações desta notável armadura - possivelmente com vista ao futuro desenvolvimento de materiais inspirados na biologia.
A investigação foi publicada na revista Science.
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