Os pés da lagartixa são revestidos por uma camada ultrafina de lipídios que os ajudam a permanecer pegajosos

Uma ilustração de uma espátula de lagartixa, uma estrutura em escala nanométrica nos dedos do animal que contribui para sua aderência. As folhas verdes representam proteínas de queratina. Os rabiscos cinza representam moléculas lipídicas. Com base em dados do microscópio síncrotron do NIST. Crédito:Marianne Meijer/Kerncraft Art &Graphics

As lagartixas são famosas por terem pés aderentes que lhes permitem escalar superfícies verticais com facilidade. Eles obtêm essa aparente superpotência de milhões de estruturas microscópicas e parecidas com cabelos nos dedos dos pés.
Agora, os cientistas deram um zoom para olhar ainda mais de perto essas estruturas, chamadas de cerdas, e descobriram que elas são revestidas por um filme ultrafino de moléculas lipídicas que repelem a água com apenas um nanômetro, ou bilionésimos de metro, de espessura.

Pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) analisaram a superfície das cerdas usando raios-X de alta energia emitidos por um tipo de acelerador de partículas chamado síncrotron. O microscópio síncrotron mostrou que as moléculas lipídicas revestem a superfície das cerdas em arranjos densos e ordenados.

Os lipídios podem desempenhar um papel nesse processo porque são hidrofóbicos, o que significa que repelem a água. “Os lipídios podem funcionar para afastar qualquer água sob as espátulas, permitindo que eles façam contato mais próximo com a superfície”, disse o físico e coautor Tobias Weidner, da Universidade de Aarhus, na Dinamarca. "Isso ajudaria as lagartixas a manter sua aderência em superfícies molhadas."

As cerdas e espátulas são feitas de um tipo de proteína de queratina semelhante à encontrada em cabelos e unhas humanos. São extremamente delicados. Os pesquisadores mostraram que as fibras de queratina estão alinhadas na direção das cerdas, o que pode ajudá-las a resistir à abrasão.

Esquerda:Um pé de lagartixa. Meio:Uma micrografia eletrônica de varredura de estruturas semelhantes a pêlos em dedos de lagartixas, chamadas cerdas, com “sp” indicando a localização de estruturas menores chamadas espátulas. Direita:Uma visão de perto de uma espátula individual. Crédito:Foto à esquerda:Bjørn Christian Tørrissen, CC BY-SA 3.0; imagens microscópicas:Stanislas Gorb/Kiel University.

“A coisa mais emocionante para mim sobre este sistema biológico é que tudo está perfeitamente otimizado em todas as escalas, do macro ao micro e ao molecular”, disse o biólogo e coautor Stanislav Gorb, da Universidade de Kiel, na Alemanha. “Isso pode ajudar os engenheiros biomiméticos a saber o que fazer a seguir”.

“Você pode imaginar botas de lagartixa que não escorregam em superfícies molhadas ou luvas de lagartixa para segurar ferramentas molhadas”, disse o físico e coautor do NIST, Dan Fischer. "Ou um veículo que pode subir paredes, ou um robô que pode correr ao longo de linhas de energia e inspecioná-las."

O microscópio síncrotron NIST que os pesquisadores usaram para analisar as cerdas é único em sua capacidade de identificar moléculas na superfície de um objeto tridimensional, medir sua orientação e mapear sua posição. Ele está localizado no Laboratório Nacional Brookhaven do Departamento de Energia dos EUA, onde o National Synchrotron Light Source II, um acelerador de partículas de 800 metros de comprimento, fornece uma fonte de raios X de alta energia para iluminação.

Este microscópio é normalmente usado para entender a física de materiais industriais avançados, incluindo baterias, semicondutores, painéis solares e dispositivos médicos.

"Mas é fascinante descobrir como os pés de lagartixa funcionam", disse Fischer, "e podemos aprender muito com a natureza quando se trata de melhorar nossa própria tecnologia".

NIST physicists Dan Fischer (left) and Cherno Jaye at the NIST synchrotron microscope located at U.S. Department of Energy's Brookhaven National Laboratory. Credit:C. Weiland/NIST.

An international team of researchers published the findings in Biology Letters . An earlier companion paper, published in Physical Chemistry Letters , used the same technique to show how the individual protein strands that make up the setae are aligned.

"A lot was already known about how setae work mechanically," said NIST physicist and co-author Cherno Jaye. "Now we have a better understanding of how they work in terms of their molecular structure."

Geckos have inspired many products, including adhesive tapes with setae-like microstructures. Understanding the molecular features of setae might lead inventors who find inspiration in nature—a concept called biomimicry—to come up with even better designs.

Setae provide sticking power because they are flexible and assume the microscopic contours of whatever surface the gecko is climbing. Even smaller structures at the ends of the setae, called spatulae, make such close contact with the climbing surface that electrons in both materials interact, creating a type of attraction called van der Waals forces. To release its foot, which might otherwise stay stuck, the gecko changes the angle of the setae, interrupting those forces and allowing the animal to take its next step. + Explorar mais