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Se você encontrar uma planta de hamamélis na floresta, poderá descrevê-la como um arbusto de cheiro doce com pétalas enrugadas em forma de fita. Mas para Justin Jorge, estudante de pós-graduação da Duke University, é um obus.
Isso se deve ao impressionante poder de fogo de seus frutos.
Quando as hamamélis estão prontas para dispersar suas sementes, suas cápsulas lenhosas de sementes se abrem. A pressão aumenta e, eventualmente, as sementes disparam como balas disparadas de um rifle, atingindo 9 metros por segundo em cerca de meio milissegundo.
“Se você piscar, vai perder”, disse Jorge, que trabalhou neste projeto como parte de seu doutorado. tese em biomecânica com a autora sênior Sheila Patek.
A filmagem das sementes acontece rápido demais para ser vista com uma câmera normal, então a equipe de Patek usou uma câmera de vídeo de alta velocidade capaz de gravar a 100.000 quadros por segundo.
Os pesquisadores coletaram frutas de três membros da família hamamélis encontrados em Duke Gardens ou Duke Forest. Algumas das menores sementes pesavam 15 miligramas – mais leves que um grão de arroz – enquanto outras eram 10 vezes mais massivas. E ainda assim as hamamélis foram capazes de lançar sementes pesadas tão rápido quanto as mais leves.
“Descobrimos que as velocidades de lançamento eram praticamente as mesmas”, disse Jorge. “Dada a diferença de ordem de magnitude nas massas de sementes, eu não esperava isso.”
Em um estudo publicado em 23 de agosto no Diário da Interface da Royal Societyos pesquisadores analisaram como eles fazem isso.
Acontece que o segredo das plantas está no lançamento com mola.
As três espécies do estudo utilizam o mesmo mecanismo para lançar suas sementes:
Antes que as sementes saltem, a cápsula da fruta ao redor delas seca e se deforma, como um pedaço de madeira quando se deforma. São as paredes da cápsula lenhosa da fruta que eventualmente fazem a semente voar.
“É semelhante a como você pode atirar uma semente de melancia apertando-a entre os dedos”, disse Jorge.
Para lançar uma bala de canhão na mesma velocidade de uma bala, você precisaria colocar mais força nela. As hamamélis fazem a mesma coisa, mas com molas.
Para cada espécie, os investigadores estimaram a energia potencial elástica armazenada na cápsula da semente em forma de mola, medindo quanta força foi necessária para colocar a semente de volta no lugar.
Eles descobriram que as espécies de hamamélis com sementes mais pesadas também têm cápsulas maiores que são capazes de armazenar mais energia elástica.
Como próximo passo, Jorge está analisando as forças que atuam nas sementes de hamamélis enquanto elas voam pelo ar e a distância que podem viajar.
Os pesquisadores dizem que algumas das lições aprendidas com a natureza poderiam levar a melhores designs para robôs.
“As pessoas me perguntam o tempo todo: ‘por que você está olhando para plantas que produzem sementes?’”, Disse Jorge. “É a estranheza de suas fontes”, acrescentou.
“Quando pensamos em coisas elásticas, normalmente pensamos em elásticos, bobinas ou arcos de arco e flecha”, disse Jorge. “Mas em biologia temos todas essas formas estranhas e complexas. Talvez haja alguns benefícios nessas formas que podem ser usadas para melhorar o projeto de molas sintéticas, como as usadas em pequenos robôs saltadores, mas primeiro precisamos entender como essas fontes biológicas funcionam.”
Esta pesquisa foi apoiada pela Divisão de Biologia Organística Integrativa da National Science Foundation (2019323) e pelo Laboratório de Pesquisa do Exército dos EUA e pelo Escritório de Pesquisa do Exército dos EUA (W911NF-15-1-0358).
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