Imagine que você está jogando um jogo de 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 outras cerdas predatórias, esta espécie possui mandíbulas construídas com proteínas estruturais e íons. Os animais usam essas peças bucais rígidas para morder, esmagar e consumir alimentos.
A composição e o comportamento incomuns dessas mandíbulas levaram os pesquisadores a descrevê-las com um novo termo: biometais. Agora este conceito está se tornando um novo campo de pesquisa biofísica.
Como o biometal é diferente?
No passado, os cientistas usavam frases como “biomateriais semelhantes a metais” ou “biomateriais com propriedades semelhantes a metais” para substâncias biológicas que se assemelham a metais em termos de resistência ou condutividade elétrica.
Os biometais, entretanto, são definidos mais especificamente. Os pesquisadores os classificam de acordo com três características principais: dureza, forma como respondem ao alongamento e estrutura formada por íons e proteínas.
Em um 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 do verme marinho. O objetivo deles era ajudar a esclarecer o que distingue os biometais de outros materiais naturais.
Íons metálicos fortalecem as pontas da mandíbula
Pela primeira vez, a equipe mediu a dureza da mandíbula usando nanoindentação, uma técnica que recorta material em escala microscópica. Eles combinaram esses testes com análises químicas e imagens detalhadas.
Seus resultados apoiam pesquisas anteriores que mostraram que os íons metálicos estão mais concentrados nas pontas das mandíbulas do que nas regiões centrais. Essa alta concentração provavelmente ajuda a tornar as pontas mais firmes e mais adequadas para morder e esmagar.
Os pesquisadores então testaram as mandíbulas usando vários recortes de profundidade. Eles descobriram um efeito inesperado que também é observado em metais como cobre e prata.
Este fenômeno, conhecido como efeito de tamanho de nanoindentação Nix-Gao, significa que áreas menores de material podem ser mais difíceis de recuar. Nas mandíbulas do verme, as mudanças de tensão mais dramáticas em regiões minúsculas parecem aumentar o acoplamento de defeitos na estrutura atômica, criando um efeito de tamanho característico.
As mandíbulas de um verme marinho não se comportam como metais comuns
Embora as mandíbulas compartilhem algumas características com metais familiares, elas também possuem propriedades mecânicas que as diferenciam.
“As mandíbulas eriçadas dos vermes também exibiam elasticidade dependente do tamanho. Esta é uma característica distintiva dos biometais em comparação com metais cristalinos padrão, como cobre ou prata”, disse o autor Christian Helmich.
A equipe usou modelos matemáticos para explicar como esses efeitos elásticos incomuns podem ocorrer no nível atômico. Porém, 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 ad hoc, e talvez o mais interessante, para explorar a relação entre intervenções genéticas e o espaço de design de material correspondente”, disse ele. “Tudo se resume a uma admiração genuína pela beleza, elegância e graça criadas pela natureza.”
