Pesquisadores descobrem como criaturas marinhas gelatinosas podem moldar a robótica moderna
Morfologia e posturas de natação da salpa Iasis cylindrica. Crédito:Avanços da Ciência (2024). DOI:10.1126/sciadv.adm9511 Cientistas da Universidade de Oregon descobriram que colônias de animais marinhos gelatinosos nadam pelo oceano em formas gigantes de saca-rolhas, usando propulsão a jato coordenada, um tipo incomum de locomoção que pode inspirar novos projetos de veículos subaquáticos eficientes.
A pesquisa envolve salpas, pequenas criaturas parecidas com águas-vivas que fazem uma viagem noturna das profundezas do oceano até a superfície. Observar essa migração com câmeras especiais ajudou os pesquisadores da UO e seus colegas a capturar o comportamento de natação gracioso e coordenado do macroplâncton.
“A maior migração do planeta acontece todas as noites:a migração vertical de organismos planctônicos das profundezas do mar para a superfície”, disse Kelly Sutherland, professora associada de biologia no Instituto de Biologia Marinha de Oregon da UO, que liderou a pesquisa. "Eles correm uma maratona todos os dias usando uma nova mecânica de fluidos. Esses organismos podem ser plataformas de inspiração sobre como construir robôs que atravessem com eficiência o fundo do mar."
As descobertas dos pesquisadores foram publicadas em 15 de maio na revista Science Advances . O estudo incluiu colaborações do Louisiana Universities Marine Consortium, da University of South Florida, da Roger Williams University, do Marine Biological Laboratory e do Providence College.
Apesar de parecerem semelhantes às águas-vivas, as salpas são macroplâncton aquoso em forma de barril que estão mais intimamente relacionados com vertebrados como peixes e humanos, disse Alejandro Damian-Serrano, professor adjunto de biologia na UO. Eles vivem longe da costa e podem viver como indivíduos solitários ou operar em colônias, disse ele. As colônias consistem em centenas de indivíduos ligados em cadeias que podem atingir vários metros de comprimento.
“Salpas são animais realmente estranhos”, disse Damian-Serrano. "Embora seu ancestral comum conosco provavelmente parecesse um peixinho desossado, sua linhagem perdeu muitas dessas características e ampliou outras. Os indivíduos solitários se comportam como uma nave-mãe que cria assexuadamente uma cadeia de clones individuais, unidos para produzir uma colônia. "
Mas a coisa mais singular sobre essas criaturas oceânicas foi descoberta durante as expedições oceânicas dos pesquisadores:suas técnicas de natação.
Explorando a costa de Kailua-Kona, no Havaí, Sutherland e sua equipe desenvolveram sistemas especializados de câmeras 3D para colocar seu laboratório debaixo d'água. Eles realizaram mergulhos diurnos, “imersos em azul infinito”, como descreveu Damian-Serrano, para investigações de alta visibilidade.
Arquitetura tridimensional da colônia de Iasis cylindrica. Crédito:Avanços da Ciência (2024). DOI:10.1126/sciadv.adm9511
Eles também realizaram mergulhos noturnos, quando o fundo preto permitia imagens de alto contraste das criaturas transparentes. Eles encontraram uma imensa enxurrada de diferentes salpas que faziam sua migração noturna para a superfície – e muitos tubarões, lulas e crustáceos que faziam fotobombas, observou Sutherland.
Por meio de imagens e gravações, os pesquisadores perceberam dois modos de natação. Enquanto as colónias mais curtas giravam em torno de um eixo, como uma bola de futebol em espiral, as correntes mais longas entortavam-se e enrolavam-se como um saca-rolhas. Isso é chamado de natação helicoidal.
A natação helicoidal não é novidade na biologia, disse Sutherland. Muitos microrganismos também giram e giram na água, mas os mecanismos por trás do movimento das salpas são diferentes. Os micróbios batem na água com projeções semelhantes a cabelos ou chicotes de cauda, mas as salpas nadam por propulsão a jato, disse Sutherland. Eles têm faixas musculares contraídas, como as da garganta humana, que bombeiam a água sugada de um lado do corpo e esguichada na outra extremidade para criar impulso, disse Damian-Serrano.
Os investigadores também notaram que os jatos individuais se contraíam em momentos diferentes, fazendo com que toda a colónia viajasse de forma constante e sem pausa. Os jatos também foram angulados, contribuindo para a rotação e a natação em espiral, disse Sutherland.
“Minha reação inicial foi realmente de admiração e admiração”, disse ela. "Eu descreveria seu movimento como o de uma cobra e gracioso. Eles têm múltiplas unidades pulsando em momentos diferentes, criando uma cadeia inteira que se move muito suavemente. É uma maneira realmente bonita de se mover."
Já existem microrobôs inspirados em nadadores microbianos, disse Sutherland, mas esta descoberta abre caminho para que os engenheiros construam veículos subaquáticos maiores. Pode ser possível criar robôs silenciosos e menos turbulentos quando modelados a partir desses nadadores eficientes, disse Damian-Serrano. Um projeto multijato também pode ser energeticamente vantajoso para economizar combustível, disse ele.
Além dos micróbios, organismos maiores como o plâncton ainda não foram descritos desta forma, disse Sutherland. Com os métodos novos e inovadores de Sutherland para estudar as criaturas marinhas, os cientistas poderão perceber que a natação helicoidal é mais difundida do que se pensava anteriormente.
“É um estudo que abre mais perguntas do que fornece respostas”, disse Sutherland. “Existe esta nova forma de nadar que não tinha sido descrita antes, e quando começámos o estudo procurámos explicar como funciona. Mas descobrimos que há muito mais questões em aberto, como quais são as vantagens de nadar desta forma. ? Quantos organismos diferentes giram ou giram?
