Imagine jogar o jogo das “20 Perguntas” com a pergunta inicial: “Animal, planta ou mineral?”
Para o antigo verme marinho Perinereis cultrifera (que ainda existe hoje) a resposta é surpreendentemente complexa. Como outros vermes predadores, as mandíbulas desta espécie são feitas de proteínas estruturais e íons. Os animais usam essas peças bucais duras para morder, moer e comer seus alimentos.
A estrutura e o comportamento incomuns dessas mandíbulas levaram os pesquisadores a descrevê-las usando um novo termo: biometal. O conceito está agora se tornando um campo emergente de pesquisa biofísica.
O que torna um biometal diferente?
Os cientistas já usaram frases como “biomateriais semelhantes a metais” ou “biomateriais semelhantes a metais” para biomateriais semelhantes a metais em energia ou condutividade elétrica.
Os biometais, entretanto, são definidos mais especificamente. Os pesquisadores os classificaram de acordo com três características principais: rigidez, forma como respondem à tensão e estrutura composta por íons e proteínas.
Num estudo publicado na Biophysics Reviews pela AIP Publishing, cientistas da TU Wien (Universidade de Tecnologia de Viena) e da Universidade de Viena investigaram o comportamento metálico das mandíbulas dos insetos marinhos. O objetivo deles era ajudar a esclarecer o que distingue os biometais de outros materiais naturais.
Íons metálicos fortalecem as pontas da mandíbula
A equipe primeiro mediu a dureza das mandíbulas usando nanoindentação, uma técnica que aplica pressão a um material em escala microscópica. Eles combinaram esses testes com análises químicas e imagens detalhadas.
Seus resultados apoiam pesquisas anteriores que mostram que os íons metálicos estão mais concentrados na ponta da mandíbula do que na região central. Essa densidade mais alta provavelmente ajuda a tornar as pontas mais duras e mais propícias a mordidas e esmagamentos.
Os pesquisadores então testaram as mandíbulas usando várias profundidades de indentação. Eles encontraram um efeito inesperado que também pode ser visto em metais como cobre e prata.
Conhecido como efeito de tamanho de nanoindentação Nix-Gao, esse fenômeno significa que partes menores de um material podem ser mais difíceis de amassar. Nas mandíbulas do verme, mudanças bruscas na deformação em pequenas regiões aumentam o entrelaçamento de defeitos na estrutura nuclear, produzindo efeitos de forma característicos.
As mandíbulas dos vermes marinhos não se comportam como metais comuns
Embora as mandíbulas compartilhem diversas características com metais familiares, elas também possuem propriedades mecânicas que as diferenciam.
“As mandíbulas do verme Bristol também mostraram elasticidade dependente do tamanho. Esta é uma característica distinta dos biometais em comparação com metais cristalinos padrão, como cobre ou prata”, diz o autor Christian Helmich.
A equipe usou modelos matemáticos para explicar como esses efeitos elásticos incomuns poderiam surgir no nível atômico. Segundo Helmich, os pesquisadores estão apenas começando a compreender esses materiais naturais.
A natureza pode inspirar novos materiais
“Planejamos expandir o banco de dados experimental investigando espécies adicionais para refinar o conceito teórico e realizar cálculos dedicados e, talvez o mais interessante, para explorar a ligação entre a interferência genética e o espaço de design de material correspondente”, disse ele. “Tudo isso vem acompanhado de uma verdadeira emoção pela beleza, elegância e requinte encontrados e produzidos na natureza.”
