Até onde sabemos, a engrenagem mecânica - dentes de tamanho uniforme cortados em duas superfícies rotativas diferentes para prendê-los juntos - foi inventada por volta de 300 aC pela mecânica grega que vivia em Alexandria. Nos séculos desde então, o conceito simples tornou-se uma pedra angular da tecnologia moderna, permitindo todos os tipos de máquinas e veículos, incluindo carros e bicicletas.
Como se vê, no entanto, um inseto de três milímetros de comprimento conhecido como Issus coleoptratus nos surpreendeu com essa invenção. Malcolm Burrows e Gregory Sutton, dois biólogos da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, descobriram que os juvenis da espécie possuem um intrincado sistema de engrenagem que trava as patas traseiras juntas, permitindo que ambos os apêndices girem no mesmo instante exato, causando criaturas minúsculas saltam para a frente.
Issus coleoptratus
As engrenagens estão localizadas no segmento superior de cada uma das patas traseiras do inseto
A descoberta, que foi publicada hoje na revista Science, é considerada o primeiro sistema de engrenagem funcional já descoberto na natureza. Insetos do gênero Issus, que são comumente chamados de "planthoppers", são encontrados em toda a Europa e no norte da África. Burrows e Sutton usaram microscópios eletrônicos e captura de vídeo em alta velocidade para descobrir a existência da engrenagem e descobrir sua função exata.
A razão para a engrenagem, dizem eles, é a coordenação: para pular, ambas as pernas traseiras do inseto devem avançar ao mesmo tempo. Como os dois balançam lateralmente, se um fosse estendido uma fração de segundo antes do outro, ele empurraria o inseto para a direita ou para a esquerda, em vez de saltar para frente.
A engrenagem é uma solução elegante. Os vídeos de alta velocidade dos pesquisadores mostraram que as criaturas, que saltam a velocidades de 8, 7 quilômetros por hora, inclinaram as pernas para trás em uma posição de salto e avançaram, com 30 microssegundos (30 milionésimos de segundo). ) do outro.
As engrenagens finamente dentadas nas pernas permitem que isso aconteça. "Em Issus, o esqueleto é usado para resolver um problema complexo que o cérebro e o sistema nervoso não conseguem", disse Burrows em um comunicado à imprensa.
As engrenagens estão localizadas no topo das patas traseiras dos insetos (em segmentos conhecidos como trocantera) e incluem 10 a 12 dentes cônicos, cada um com cerca de 80 micrômetros de largura (ou 80 milionésimos de metro). Em todos os funis Issus estudados, o mesmo número de dentes estava presente em cada pata traseira, e as engrenagens se encaixavam perfeitamente. Os dentes até têm curvas em filetes na base, um projeto incorporado em engrenagens mecânicas feitas pelo homem porque reduz o desgaste ao longo do tempo.
Para confirmar que as engrenagens realizaram essa função, os pesquisadores realizaram um truque limpo (embora mórbido) com alguns Issus mortos. Eles manualmente levantaram as pernas para trás em uma posição de salto, então estimularam eletricamente o músculo principal de salto em uma perna para que a perna se estendesse. Como estava trancado rotacionado pelas engrenagens, a outra perna não estimulada também se movia e o inseto morto saltava para a frente.
O principal mistério é o fato de que adultos da mesma espécie de inseto não têm nenhuma engrenagem - à medida que os juvenis crescem e sua pele desaparece, eles não conseguem regenerar esses dentes, e as pernas adultas são sincronizadas por um mecanismo alternativo ( uma série de saliências se estende de ambas as pernas traseiras e empurra a outra perna para a ação).
Burrows e Sutton especulam que isso poderia ser explicado pela fragilidade da engrenagem: se um dente quebra, isso limita a eficácia do desenho. Este não é um problema tão grande para os jovens, que repetidamente mudam e cultivam novas artes antes da idade adulta, mas para o maduro Issus, substituir os dentes seria impossível - daí o arranjo alternativo.
Existem estruturas parecidas com engrenagens encontradas anteriormente em outros animais (como a tartaruga espinhosa ou o bicho da roda), mas elas são puramente ornamentais. Este parece ser o primeiro design natural que funciona mecanicamente como nossos sistemas de engrenagens.
“Geralmente pensamos em engrenagens como algo que vemos em máquinas projetadas por humanos, mas descobrimos que isso é apenas porque não parecemos muito difíceis”, disse Sutton. “Essas engrenagens não são projetadas; eles evoluíram - representando máquinas de alta velocidade e precisão desenvolvidas para sincronização no mundo animal ”.
