Os peixes rêmora são famosos caronas do mundo marinho, possuindo discos de sucção de alta potência na parte de trás de suas cabeças para se prenderem como um torpedo a hospedeiros maiores que podem fornecer comida e segurança - de baleias e tubarões a barcos e mergulhadores.

A chave para a adesão do rêmora são as conhecidas capacidades do disco para gerar sucção, bem como a fricção criada por ossos pontiagudos dentro do disco, chamados lamelas, para manter o controle sobre seu hospedeiro. Contudo, os fatores que impulsionam a evolução da morfologia do disco único de rêmora há muito tempo iludem os pesquisadores que buscam compreender, e até mesmo projetar novos dispositivos e adesivos que imitam, a incrível capacidade do peixe de se fixar em vários tipos de superfície sem prejudicar seu hospedeiro ou gastar muita energia, frequentemente por horas a fio sob forças oceânicas extremas.

Em um estudo conduzido no New Jersey Institute of Technology (NJIT), pesquisadores mostraram um novo disco de rêmora de inspiração biológica, capaz de replicar as forças passivas de sucção e fricção que alimentam a habilidade do peixe, demonstrando uma retenção até 60% maior do que a medida para remoras vivas presas à pele de tubarão.

Usando o modelo de disco para explorar os impulsionadores evolutivos do disco do remora, os pesquisadores dizem que as descobertas do estudo fornecem evidências de que as espécies vivas de rêmora de hoje desenvolveram um número maior de lamelas ao longo do tempo para aumentar seu poder de retenção e capacidade de se prender a uma ampla gama de hospedeiros com superfícies mais lisas, aumentando assim sua chance de sobrevivência.

O estudo, apresentado em Bioinspiração e Biomimética , indica que o modelo do disco pode ser usado para informar o projeto de mais eficaz, tecnologias adesivas de baixo custo no futuro.

"A beleza por trás do mecanismo adesivo da rêmora é que os tecidos biológicos fazem inerentemente a maior parte do trabalho, "disse Brooke Flammang, professor de ciências biológicas do NJIT que conduziu o estudo. "O aspecto mais significativo desta pesquisa é que nosso disco robótico depende totalmente da física fundamental que conduz o mecanismo adesivo em remoras, permitindo-nos determinar o desempenho biologicamente relevante e obter uma visão sobre a evolução do disco de rêmora. Isso não era possível com projetos anteriores que exigiam um operador humano para controlar o sistema. "

Divergindo de muitos de seus ancestrais necrófagos mais próximos, como cobia (Rachycentron canadum), acredita-se que o peixe rêmora (da família Echeneidae) tenha começado a se ligar a hospedeiros com superfícies ásperas, semelhante a tubarões, depois de ter evoluído seu disco de sucção a partir dos espinhos da nadadeira dorsal há quase 32 milhões de anos. O disco de rêmoras vivas hoje apresenta agora um lábio externo macio e carnudo para sucção, enquanto o interior do disco abriga muito mais fileiras lineares de tecido (lamelas) com projeções de tecido semelhantes a dentes (espínulos), que o peixe levanta para gerar atrito contra vários corpos hospedeiros para evitar escorregar durante a carona.

De acordo com Flammang, enquanto os cientistas lançaram alguma luz sobre as origens da estrutura modificada da nadadeira da rêmora, aspectos fundamentais da evolução do disco permaneceram amplamente obscuros.

"A evolução do disco de rêmora é amplamente desconhecida, "disse Flammang." Há uma rêmora fóssil, Opisthomyzon, no registro fóssil que tem um disco com menos lamelas [do que as remoras de hoje] sem espínulos na parte de trás da cabeça. "

Flammang diz que isso levanta duas questões:"como" e "por quê".

"O 'como' vem da barbatana dorsal, embora os estágios evolutivos intermediários não sejam conhecidos, "explicou Flammang." Se você olhar para uma filogenia de remoras, isso mostra que as espécies que são consideradas mais derivadas têm mais lamelas ... o 'porquê' foi considerado para o desempenho do adesivo, mas isso nunca foi testado antes deste artigo. "

Aprender mais, Kaelyn Gamel, o primeiro autor do estudo e ex-pesquisador graduado no laboratório Flammang, projetou um disco inspirado em rêmora a partir de materiais impressos 3-D disponíveis comercialmente que poderiam manter de forma autônoma o apego a várias superfícies e ser modificado pela adição e remoção de lamelas, permitindo que a equipe investigue o desempenho do aumento do número lamelar na adesão ao cisalhamento.

"A capacidade do nosso disco de adicionar e remover lamelas, agindo como um sistema passivo, nos permitiu mudar a quantidade de atrito junto com a pressão ambiente dentro do disco, "disse Gamel, agora um Ph.D. pesquisador da Universidade de Akron. "Pudemos comparar a diferença entre nenhum atrito, algum atrito e muito atrito com base na variação do número de lamelas. "

Em colaboração com Austin Garner, um pesquisador da Universidade de Akron, a equipe realizou testes de pull-off com seu modelo de disco subaquático, fazer experiências com o número lamelar do modelo (até 12 lamelas) para medir a força de cisalhamento e o tempo que levou para puxar o disco dos moldes de silicone com superfícies que variam de completamente lisas a aquelas que excedem a aspereza da pele de tubarão (350-grit, Grão 180 e grão 100).

Geral, a equipe descobriu que o desempenho adesivo do disco estava fortemente correlacionado com um aumento nas lamelas do disco, observando um "ponto ideal" no poder de sucção entre nove e 12 lamelas. Quando modificado para 12 lamelas e 294 espínulos, o disco da equipe pesava apenas 45 gramas e resistiu a forças de 27 N (newtons) por 50 segundos - quase três vezes a força que normalmente puxaria uma rêmora de um tubarão. Os testes também revelaram que um mínimo de seis lamelas - o número coincidentemente encontrado no fóssil Opisthomyzon de 32 milhões de anos - eram necessárias para manter a adesão.

"O que é mais impressionante sobre esses resultados é que, para um determinado formato de disco, há uma faixa ideal na qual os fenômenos de fricção e sucção são equilibrados, e [à medida que o tamanho do disco ficou mais longo] as remoras evoluíram para manter esse ponto ideal de adesão de alto desempenho, "explicou Flammang.

A equipe agora diz que seu modelo de disco de rêmora será usado para estudos evolutivos futuros para aprender se a sucção ou fricção predominou no apego nos primeiros ancestrais de rêmora e como a evolução da forma do disco afeta a adesão. O disco também pode ter aplicações de engenharia em tudo, desde biossensores médicos e dispositivos de entrega de drogas a etiquetas de sensoriamento geográfico para estudos ecológicos e rastreamento da vida marinha. "Uma das maiores vantagens do nosso projeto é que ele opera de forma autônoma porque depende apenas da física do sistema para operação, "disse Flammang." Isso o torna facilmente escalonável para uma infinidade de novas tecnologias, tanto para fins médicos como científicos. "