As lulas têm sido uma fonte de fascínio para os humanos, fornecendo o material da lenda, superstição e mito. E não é de admirar - suas aparências estranhas e inteligência estranha, seu domínio do oceano aberto pode inspirar admiração em quem os vê.

Lendas à parte, lulas continuam a intrigar as pessoas hoje - pessoas como o professor Daniel Morse da UC Santa Barbara - pela mesma coisa, embora seja mais científico, razões. Tendo evoluído por centenas de milhões de anos para caçar, comunicar, evadir predadores e acasalar no vasto, extensões frequentemente inexpressivas de águas abertas, as lulas desenvolveram algumas das peles mais sofisticadas do reino animal.

"Durante séculos, as pessoas ficam maravilhadas com a capacidade das lulas de mudar a cor e os padrões de sua pele - o que elas fazem lindamente - para camoflagem e comunicação subaquática, sinalizando um para o outro e para outras espécies para se manterem afastados, ou como atração por acasalamento e outros tipos de sinalização, "disse Morse, Distinto Professor Emérito de Bioquímica e Genética Molecular.

Como seus primos cefalópodes, o polvo e o choco, lulas têm células especializadas cheias de pigmento chamadas cromatóforos que se expandem para expô-los à luz, resultando em vários tons de cor pigmentar. De particular interesse para Morse, Contudo, é a habilidade das lulas de tremeluzir e piscar, refletindo cores diferentes e quebrando a luz sobre sua pele. Acredita-se que é um efeito que imita a luz salpicada da parte superior do oceano - a única característica em uma paisagem marítima de outra forma total. Ao compreender como as lulas conseguem desaparecer até mesmo nos fundos mais simples - ou se destacam - pode ser possível produzir materiais com os mesmos, propriedades de ajuste de luz para uma variedade de aplicações.

Morse tem trabalhado para desvendar o segredo da pele de lula na última década, e com o apoio do Gabinete de Pesquisa do Exército e pesquisas publicadas no jornal Cartas de Física Aplicada , ele e a coautora Esther Taxon chegam ainda mais perto de desvendar os complexos mecanismos que estão por trás da pele das lulas.

Um mecanismo elegante

"O que descobrimos é que não só a lula é capaz de ajustar a cor da luz que é refletida, mas também seu brilho, "Disse Morse. A pesquisa tinha estabelecido até agora que certas proteínas chamadas refletinas eram responsáveis ​​pela iridescência, mas a capacidade da lula de ajustar o brilho da luz refletida ainda era um mistério, ele disse.

Pesquisas anteriores de Morse haviam descoberto estruturas e mecanismos pelos quais os iridócitos - células refletoras de luz - na pele opalescente da lula costeira (Doryteuthis opalescens) podem assumir virtualmente todas as cores do arco-íris. Acontece com a membrana celular, onde se dobra em estruturas semelhantes a acordeão em nanoescala chamadas lamelas, formando minúsculo, ranhuras externas de comprimento de onda largo.

"Essas minúsculas estruturas de sulcos são como as que vemos no lado gravado de um disco compacto, "Disse Morse. A cor refletida depende da largura do sulco, que corresponde a certos comprimentos de onda de luz (cores). Nos iridócitos da lula, essas lamelas têm a característica adicional de serem capazes de mudar de forma, ampliando e estreitando essas ranhuras por meio das ações de um "motor osmótico" extremamente bem ajustado, impulsionado por proteínas refletinas que se condensam ou se espalham dentro das lamelas.

Embora os sistemas de materiais contendo proteínas de reflectina fossem capazes de aproximar as mudanças de cor iridescente de que as lulas eram capazes, tentativas de replicar a capacidade de intensificar o brilho desses reflexos sempre falharam, de acordo com os pesquisadores, que raciocinou que algo tinha que ser acoplado às refletinas na pele de lula, amplificando seu efeito.

Esse algo acabou sendo a própria membrana que envolve as refletinas - as lamelas, as mesmas estruturas responsáveis ​​pelas ranhuras que dividem a luz em suas cores constituintes.

"A evolução otimizou de forma tão requintada não apenas o ajuste de cores, mas a afinação do brilho usando o mesmo material, a mesma proteína e o mesmo mecanismo, "Morse disse.

Luz na velocidade do pensamento

Tudo começa com um sinal, um pulso neuronal do cérebro da lula.

"As reflectinas são normalmente carregadas positivamente muito fortemente, "Morse disse das proteínas iridescentes, que, quando não ativado, parece um colar de contas. A mesma carga significa que eles se repelem.

Mas isso pode mudar quando um sinal neural faz com que as refletinas se liguem a grupos fosfato carregados negativamente que neutralizam a carga positiva. Sem a repulsão, mantendo as proteínas em seu estado desordenado, elas se dobram e se atraem, acumulando em menos, agregações maiores nas lamelas.

Essas agregações exercem pressão osmótica nas lamelas, uma membrana semipermeável construída para suportar apenas a pressão criada pelas refletinas aglutinantes antes de liberar água para fora da célula.

"A água é espremida para fora da estrutura semelhante a uma sanfona, e isso dobra o acordeão para que a espessura do espaçamento entre as dobras seja reduzida, e isso é como aproximar as ranhuras de um disco compacto, "Morse explicou." Portanto, a luz refletida pode mudar progressivamente do vermelho para o verde e para o azul.

Ao mesmo tempo, o colapso da membrana concentra as refletinas, causando um aumento em seu índice de refração, amplificando o brilho. Pressão osmótica, o motor que impulsiona esses ajustes de propriedades ópticas, acopla as lamelas firmemente às refletinas em uma relação altamente calibrada que otimiza a saída (cor e brilho) para a entrada (sinal neural). Limpe o sinal neural e a física reverte, Disse Morse.

"É muito inteligente, maneira indireta de mudar a cor e o brilho, controlando o comportamento físico do que é chamado de propriedade coligativa - a pressão osmótica, algo que não é imediatamente óbvio, mas revela a complexidade do processo evolutivo, os milênios de mutação e seleções naturais que aprimoraram e otimizaram esses processos juntos. "

Filmes finos de brilho ajustável

A presença de uma membrana pode ser o elo vital para o desenvolvimento de filmes finos bioinspirados com a capacidade de sintonia óptica da lula costeira opalescente.

"Esta descoberta do papel fundamental que a membrana desempenha no ajuste do brilho de refletância tem implicações intrigantes para o design de futuros materiais e revestimentos híbridos com propriedades ópticas ajustáveis ​​que poderiam proteger os soldados e seus equipamentos, "disse Stephanie McElhinny, um gerente de programa no Gabinete de Pesquisa do Exército, um elemento do Laboratório de Pesquisa do Exército do Comando de Desenvolvimento de Capacidades de Combate do Exército dos EUA.

De acordo com os pesquisadores, "Este aprimorado evolutivamente, o acoplamento eficiente de refletina de seu amplificador osmótico é intimamente análogo ao acoplamento de impedância combinada de redes ativador-transdutor-amplificador em eletrônica bem projetada, magnético, sistemas mecânicos e acústicos. "Neste caso, o ativador seria o sinal neuronal, enquanto as refletinas atuam como transdutores e as membranas osmoticamente controladas servem como amplificadores.

"Sem essa membrana que envolve as refletinas, não há mudança no brilho dessas películas finas artificiais, "disse Morse, que está colaborando com colegas de engenharia para investigar o potencial de uma película fina mais parecida com a da pele de uma lula. "Se quisermos capturar o poder do biológico, temos que incluir algum tipo de invólucro semelhante a uma membrana para permitir o ajuste reversível do brilho. "