Imagem ilustrativa Pixabay
Quando uma mosca desdobra suas asas pela primeira vez, ela desdobra uma estrutura de origami em uma superfície rígida e funcional. O mecanismo responsável por essa mudança de forma espetacular ainda era amplamente desconhecido, e nenhum modelo físico conseguia explicá-lo.
Pesquisadores do Instituto Universitário de Sistemas Térmicos Industriais (IUSTI, Universidade Aix-Marseille/CNRS), do Instituto de Biologia do Desenvolvimento de Marselha (IBDM, Universidade Aix-Marseille/CNRS) e do Instituto de Pesquisa sobre Fenômenos Fora do Equilíbrio (IRPHE, Universidade Aix-Marseille/Centrale Marseille/CNRS) realizaram a análise mecânica dessa transformação e construíram um modelo que destaca a existência de um ponto de funcionamento usado pelo inseto para desdobrar suas asas.
Para observar o desdobramento das asas de um inseto, a equipe trabalhou com a drosófila, uma pequena mosca amplamente estudada em biologia do desenvolvimento. Usando uma lupa binocular, o processo em escala macroscópica foi filmado: as duas asas se transformam simultaneamente, passando de uma estrutura 3D dobrada para uma superfície plana desdobrada em cerca de dez minutos.
A organização interna da asa antes de seu desdobramento foi revelada por uma técnica de raios X, a microtomografia, que permite reconstruir sua estrutura 3D: a asa é composta por duas placas de 6,5 µm de espessura, conectadas por uma rede de pilares de 7,5 µm de altura, e é atravessada por veias. Em uma escala ainda mais fina, a microscopia eletrônica revela que cada placa consiste em uma camada monocelular, coberta por uma camada rígida inicialmente dobrada. Durante o desdobramento da asa, as células se esticam enquanto a camada dobrada se desdobra sem se alongar, fixando assim o tamanho da estrutura final.
(a) Instantâneos do desdobramento das asas da drosófila.
(b) (i) Microtomografia por raios X das asas dobradas. (ii) Corte transversal mostrando as dobras macroscópicas, a estrutura das veias (setas brancas) e os pilares internos. (iii) Seção perpendicular revelando a organização hexagonal dos pilares. O esboço resume a estrutura da asa: duas placas conectadas por pilares organizados em uma rede hexagonal.
(c) O sangue, visualizado por esferas fluorescentes, é injetado em toda a asa durante o desdobramento.
(d) Medição da pressão interna de um inseto. O desdobramento das asas ocorre no segmento cinza a uma pressão constante.
© S. Hadjaje
As variações de pressão do fluxo sanguíneo foram medidas durante o desdobramento da asa: é o rápido aumento dessa pressão que causa o desdobramento, por ação hidráulica, como em um colchão inflável onde a pressão guia a expansão no plano de duas placas conectadas por pilares. As características mecânicas da asa (resistência, propriedades viscoelásticas) também foram medidas.
Um modelo físico, baseado na estrutura da asa e em suas propriedades mecânicas, permitiu simulações numéricas do processo de desdobramento sob a ação da pressão do fluxo sanguíneo. Elas revelaram que a mosca usa um ponto de funcionamento que permite uma grande expansão para uma variação relativamente pequena de pressão, graças à geometria da asa e às características mecânicas do material.
Alguns aspectos do processo ainda precisam ser elucidados, como sua irreversibilidade (uma vez desdobrada, a asa não se dobra novamente) ou a planicidade da asa. De modo mais geral, o mecanismo descrito é aplicável a outros insetos?
Além disso, fora do campo da biologia, essas pesquisas enriquecem a compreensão da mecânica de estruturas flexíveis capazes de mudar de forma. Elas abrem novas perspectivas para aplicações no campo de estruturas desdobráveis ou robótica flexível.
Referências:
Mechanics of Drosophila wing deployment.
Simon Hadjaje, Ignacio Andrade-Silva, Marie-Julie Dalbe, Raphaël Clément, Joël Marthelot.
Nature Communications, 11 de dezembro de 2024.
https://doi.org/10.1038/s41467-024-54527-0
Artigo disponível no repositório de arquivos abertos HAL