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A formiga que corre 108 vezes o próprio corpo por segundo
No sul da Tunísia, a formiga-prateada do Saara cruza areia a 60 graus com 47 passadas por segundo e pelos de três lados que refletem infravermelho.
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Formiga prateada sobre a areia do Saara
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Em 2019, Sarah Pfeffer e Harald Wolf, da Universidade de Ulm, montaram uma pista de corrida no meio de uma duna perto de Douz, no sul da Tunísia, filmaram formigas-prateadas do Saara a 3.125 quadros por segundo e cronometraram 855 milímetros por segundo. O animal mede cerca de 10 milímetros da cabeça ao abdome. Cada segundo de corrida cobre 108 vezes o comprimento do próprio corpo.
O número só ganha tamanho quando muda de escala. Um velocista humano de elite, no auge dos cem metros rasos, cobre por volta de seis vezes a própria altura por segundo. Uma pessoa de 1,75 metro correndo no ritmo relativo da formiga-prateada passaria de 680 quilômetros por hora.
A pista onde essa marca foi medida não é hospitaleira. A formiga-prateada, nome científico Cataglyphis bombycina, sai do ninho justamente na pior hora do dia, quando o sol está a pino, o ar passa dos 45 graus Celsius e a superfície da areia ultrapassa os 60. A maior parte dos animais do deserto está enterrada ou à sombra nesse horário, e é por causa disso que ela sai.
O cardápio dela é feito de insetos que não aguentaram o calor. Gafanhotos, moscas e besouros que erraram o cálculo térmico caem mortos na areia e viram comida de graça, sem disputa e sem perseguição. A lagartixa do gênero Acanthodactylus, principal predadora da espécie, se recolhe quando o solo esquenta demais. A formiga aproveita uma janela de poucos minutos por dia em que o deserto fica cheio de proteína e vazio de inimigos.
O preço da janela é físico. O corpo dela colapsa acima de uma temperatura conhecida e medida, e o chão que ela atravessa está bem acima disso. Correr rápido resolve parte do problema, porque encurta o tempo de exposição e afasta o corpo da camada de ar mais quente rente à areia. Não resolve o resto.
A conta de calor só fecha com o que cobre o exoesqueleto dela, e essa cobertura foi para dentro de um laboratório de física aplicada em Nova York.
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I O Mecanismo
Passadas de 47 por segundo e pelos de três lados
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A marca de velocidade sai de três medidas que Pfeffer, Verena Wahl, Matthias Wittlinger e Wolf registraram quadro a quadro. A formiga bate 47 passadas por segundo, cada passada avança cerca de 20,8 milímetros e as pernas oscilam com uma amplitude que, em animais desse tamanho, costuma ser reservada a saltos isolados, não a locomoção contínua.
O modo de andar muda conforme a pressa. Em ritmo baixo ela usa o trípode alternado clássico dos insetos: três pés no chão, três no ar, revezando. Acima de certa velocidade o padrão se desfaz e aparecem fases aéreas, trechos de milissegundos em que os seis pés estão fora do solo ao mesmo tempo. As pernas passam a se mover quase em fase, e o inseto atravessa a areia numa sequência de pequenos voos rasantes.
O tamanho da perna também conta, ao contrário. A perna da Cataglyphis bombycina é mais curta que a de primas do mesmo gênero que vivem em solo firme. A compensação veio pela frequência: passada menor, batida muito mais rápida. Sobre areia solta, pé que fica pouco tempo no chão afunda pouco, e a corrida não se transforma em escavação.
A segunda metade do problema é óptica. Norman Nan Shi e Nanfang Yu, do laboratório de física aplicada da Universidade Columbia, publicaram na Science em 2015 a análise da cobertura de pelos que dá o brilho metálico ao dorso e às laterais do animal. Vistos em corte no microscópio eletrônico, os pelos não são cilíndricos: têm seção triangular, com duas faces planas voltadas para cima e uma face côncava apoiada na cutícula.
Essa geometria faz dois trabalhos ao mesmo tempo, em faixas diferentes do espectro. Nas faixas visível e infravermelho próximo, onde está a maior parte da energia que chega do sol, as faces planas espalham a luz de volta por reflexão total interna, e a formiga devolve ao céu boa parte da radiação antes que ela vire calor no corpo. Já no infravermelho médio, faixa em que corpos aquecidos emitem, a mesma camada trabalha ao contrário e aumenta a emissividade, funcionando como radiador que despeja calor para a abóbada fria do céu.
O ganho medido é grande para um animal de dez miligramas. Sob luz solar simulada, o corpo coberto de pelos ficou entre 5 e 10 graus Celsius mais frio do que um corpo idêntico com os pelos removidos. A diferença é maior do que a margem que separa a formiga viva da formiga cozida. |
Há ainda uma terceira camada de defesa, bioquímica. Peter Gehring e Rüdiger Wehner mostraram em 1995, no PNAS, que a espécie sintetiza proteínas de choque térmico antes de encarar o calor, ainda dentro do ninho, e não durante a exposição, como faz a maioria dos organismos estudados. Ela sai de casa com o kit de reparo celular já montado.
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II Por que Importa
O deserto que virou catálogo de material
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O sistema de pelos da formiga-prateada entrou direto na pauta da engenharia de materiais porque resolve, com queratina e geometria, um problema que a indústria tenta resolver com energia. Resfriamento passivo por radiação consiste em fazer uma superfície refletir o que vem do sol e emitir o próprio calor na faixa de 8 a 13 micrômetros, janela em que a atmosfera é transparente e o calor escapa direto para o espaço. Uma superfície bem projetada fica mais fria que o ar ao redor sem gastar um watt.
"Os pelos aumentam não apenas a refletividade da superfície do corpo da formiga nas faixas visível e infravermelho próximo, onde se concentra a radiação solar, mas também a emissividade no infravermelho médio." Norman Nan Shi e Nanfang Yu, Science, 2015 |
A promessa prática é chata e enorme: telhado, fachada, tanque de armazenamento, painel solar, roupa de trabalho ao ar livre, carroceria de caminhão frigorífico. Ar-condicionado e refrigeração respondem por uma fatia grande do consumo elétrico mundial, e ela cresce junto com o calor. Toda película que corta a carga térmica antes dela entrar no ambiente é energia que o compressor não precisa gastar.
O que a formiga acrescenta ao repertório é a solução mais barata. Boa parte dos revestimentos de resfriamento radiativo desenvolvidos em laboratório depende de multicamadas nanométricas, deposição a vácuo ou partículas caras. O dorso da Cataglyphis bombycina faz um trabalho comparável com fios de seção triangular arrumados lado a lado, uma estrutura de escala micrométrica que técnicas de moldagem e extrusão conseguem imitar em polímero.
A corrida também virou objeto de engenharia. Robôs de pernas travam em terreno granular: o pé afunda, o passo vira arrasto e a máquina gasta energia cavando. A estratégia da formiga inverte o parâmetro que projetistas costumam maximizar. A perna é curta, o passo é curto, a frequência é altíssima e a corrida ganha fases aéreas, o que encurta o tempo de contato com o grão solto. Laboratórios de locomoção em substrato granular usam esse conjunto de dados como referência de projeto.
Há um ganho de visão de mundo junto com o ganho técnico. A janela térmica em que a formiga-prateada opera é estreitíssima, uma faixa de poucos graus entre o calor que espanta a lagartixa e o calor que desmonta as proteínas dela. O animal vive de explorar uma margem que quase todo o resto do ecossistema trata como zona proibida, e vive bem: colônias inteiras se sustentam de cadáveres que o próprio deserto produz de graça, todo dia, no mesmo horário.
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