Nada no reino animal desfere um murro como o camarão-mantis. Este pequeno crustáceo, tão colorido quanto compacto, atinge a presa com uma pancada a 23 metros por segundo - um golpe brutal capaz de aplicar impressionantes 1.500 newtons de força, o suficiente para estilhaçar as conchas do alimento que caça.
A potência destes ataques é tal que há muito intriga os cientistas: como é que o próprio animal não se destrói com os efeitos do recuo a cada impacto?
Agora, os investigadores identificaram uma das respostas. As clavas dáctilas que fazem chover dor sobre as presas do camarão-mantis têm uma arquitectura notável que filtra choques e vibrações, protegendo o animal por detrás delas.
"O camarão-mantis é conhecido pelo seu golpe incrivelmente poderoso, capaz de partir conchas de moluscos e até rachar o vidro de aquários", afirma o engenheiro mecânico Horacio Espinosa, da Northwestern University, nos EUA.
"No entanto, para executar repetidamente estes golpes de alto impacto, a clava dáctila do camarão-mantis tem de possuir um mecanismo de protecção robusto para evitar auto-lesões. A maior parte dos trabalhos anteriores concentrou-se na tenacidade da clava e na sua resistência à propagação de fissuras, tratando a estrutura como um escudo de impacto reforçado.
"Nós descobrimos que ela recorre a mecanismos fonónicos - estruturas que filtram selectivamente ondas de tensão. Isto permite ao camarão manter a capacidade de golpear ao longo de múltiplos impactos e impedir danos nos tecidos moles."
O impacto do camarão-mantis e a bolha de cavitação
O murro do camarão-mantis já foi analisado ao pormenor. Quando a clava se desloca a grande velocidade através da água, forma-se aquilo a que se chama uma bolha de cavitação. À medida que a água é empurrada para fora do caminho rapidamente, a densidade desce tanto que a água dentro dessa bolha de baixa densidade se vaporiza.
Só que a bolha, envolvida por água mais densa, não se consegue manter: colapsa quase de imediato, implodindo numa libertação súbita de calor, luz e som.
É precisamente a energia libertada por esse colapso que consegue estalar conchas (e também aquários).
"Quando o camarão-mantis ataca, o impacto gera ondas de pressão no alvo", explica Espinosa. "Também cria bolhas, que colapsam rapidamente e produzem ondas de choque na gama dos megahertz. O colapso dessas bolhas liberta rajadas intensas de energia, que se propagam através da clava do camarão. Este efeito secundário das ondas de choque, juntamente com a força inicial do impacto, torna o golpe do camarão-mantis ainda mais devastador."
Mesmo assim, o camarão-mantis sai ileso desta enorme pancada - um choque que, em princípio, deveria propagar-se para fora em todas as direcções.
À procura do segredo nas clavas dáctilas
Para perceberem porquê, uma equipa liderada pelo engenheiro Nicolas Alderete, da Northwestern University, examinou em detalhe as clavas dáctilas do camarão-mantis-pavão (Odontodactylus scyllarus), à procura de pistas na própria estrutura.
Os investigadores aplicaram duas técnicas - ultrassons por laser de picossegundos e espectroscopia por rede transiente - sobre a armadura do animal, para medir como esta reagia a ondas de tensão em propagação. E concluíram que as clavas dáctilas têm uma estrutura singular, concebida para amortecer e filtrar essas ondas, protegendo o camarão-mantis.
Uma armadura em camadas e um escudo fonónico Bouligand
Já se sabia que a armadura da clava dáctila é estratificada, um pouco como uma lasanha. A superfície de impacto é uma camada fina de hidroxiapatite, um mineral composto sobretudo por cálcio e fósforo, semelhante ao revestimento dos dentes.
Logo por baixo, a zona de impacto assenta numa camada de fibras de quitina dispostas num padrão em espinha-de-peixe, uma configuração que maximiza a integridade estrutural.
E, imediatamente abaixo, existe uma camada de feixes de fibras de quitina organizados numa estrutura tipo saca-rolhas: cada feixe está rodado apenas um pouco mais do que os feixes vizinhos. Esta organização forma a chamada estrutura de Bouligand, conhecida por aumentar a resistência à fractura.
O que a equipa descobriu é que esta mesma camada funciona também como um escudo de banda proibida fonónica - um material que filtra som e ondas de tensão ao controlar a forma como essas ondas interagem com estruturas periódicas internas. A estrutura de Bouligand da quitina na clava dáctila do camarão-mantis faz exactamente isso.
"A região periódica desempenha um papel crucial ao filtrar selectivamente ondas de cisalhamento de alta frequência, que são particularmente prejudiciais para os tecidos biológicos", detalha Espinosa. "Isto protege eficazmente o camarão de ondas de tensão nocivas, causadas tanto pelo impacto directo como pelo colapso das bolhas."
O que se segue para esta linha de investigação
A equipa pretende agora conceber e realizar experiências subaquáticas para observar a eficácia e as limitações desta armadura extraordinária - possivelmente com o objectivo de inspirar o desenvolvimento de materiais no futuro.
O estudo foi publicado na Science.
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