A Aranha Infinita

Como funcionam as Pernas de Aranha

Façamos a cara, as aranhas são consideradas assustadoras por uma grande maioria de pessoas em todo o mundo. No entanto, quando se lhes pergunta, a maioria das pessoas não consegue realmente dizer o que é que as aranhas têm de tão assustador. Normalmente, as explicações começam com olhos de besta, presas, mordeduras, ou embrulhando as suas presas. O movimento das aranhas está também no topo da lista. Elas afundam-se e apressam-se à noite (especialmente quando se acende as luzes e elas se apagam), saltam, e geralmente correm de uma forma “assustadora”. Mas o que é que torna o seu movimento realmente estranho e assustador para nós? A resposta reside em dois elementos chave da sua anatomia, o seu esqueleto e músculos.

P>Primeiro, veja este pequeno vídeo de uma aranha a andar, para lhe dar algum contexto:

As aranhas são artrópodes, o que significa literalmente “pés articulares”. Como todos os artrópodes, faltam-lhes ossos e um esqueleto interno. Em vez disso, têm um esqueleto externo duro chamado exoesqueleto. Este exosqueleto é feito de quitina, algo semelhante às nossas unhas e cabelo. É super forte e leve. Mas como é que isto se relaciona com o seu movimento arrepiante e fresco? As aranhas não têm ossos internos, o que significa que não têm os mesmos músculos e ligações que os vertebrados têm.

No corpo de vertebrados, como os humanos, existem três tipos de músculos. Estes são cardíacos (coração), viscerais (órgãos internos), ou esqueléticos. Os ossos do nosso esqueleto são movidos por músculos que se ligam directamente a cada osso em pares antagónicos. Estes são flexores e extensores. A contracção dos músculos flexores faz com que uma articulação se dobre (pense em “flexionar o músculo”), enquanto os extensores provocam a abertura de uma articulação. Os flexores e os extensores dão-nos um movimento de smoth no movimento dos nossos músculos. As aranhas não têm este mesmo movimento.

Humans só tem uma articulação principal por membro (joelho, cotovelo, etc), mas as aranhas têm sete articulações para cada perna. O resultado de ter um exoesqueleto multi articulado é que as aranhas não têm o apoio de ossos para uma flotilha de flexores e extensores. Não há espaço suficiente dentro dos seus corpos para a fixação, e mesmo que houvesse, todos esses músculos os tornariam super pesados e madeireiros. Para além disso, as aranhas não teriam energia suficiente para manter esses músculos quentes (é duro ser uma criatura “de sangue frio”) nem oxigénio suficiente para suportar um grande número de músculos.

Então, se as aranhas podem naturalmente flexionar os seus membros para dentro, como é que empurram as pernas para fora para correr, saltar, e mover-se sem extensores? A resposta é a pressão hidráulica. O corpo de um esqueleto é preenchido com um fluido que é como o sangue (embora alguns sejam diferentes) chamado hemolinfa. Se se lembrar, as aranhas têm apenas duas partes do corpo, a primeira é a cabeça e o meio fundidos, chamada cefalotórax (#2 abaixo). A outra é o seu abdómen (#3).

Todas as oito pernas de aranha estão ligadas ao cefalotórax por uma boa razão. O movimento externo de cada perna é controlado através do cefalotórax, que regula o movimento hidráulico e a hemolinfa de pressão. As aranhas não precisam de músculos extensores porque podem usar o movimento fluido/hidráulico para “empurrar” as pernas para fora. O cefalotórax actua como um fole muito fino e cheio de fluido que empurra a hemolinfa em torno do corpo da aranha numa fracção de segundo. Os músculos flexores das pernas da aranha querem naturalmente contrair-se, mas a pressão hidráulica permite que as pernas se movam para fora e resistam a esta contracção. Já alguma vez viu uma aranha morta com as oito pernas enroladas? (sim, eu sei, a maioria de vós aplaudiu) Isto porque quando a aranha morre as pernas contraem-se naturalmente devido à falta de resistência hidrostática dos músculos flexores.

Não pensem que só porque as aranhas não têm conjuntos de flexores e extensores, não se podem mover eficientemente. Como a maioria de vós sabe, elas podem mover-se bastante depressa. Pensa-se que as aranhas saltadoras (~1-20 mm de comprimento) são capazes de saltar entre 30 a 40 vezes o seu próprio comprimento!

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Uma das razões pelas quais as aranhas são naturalmente skittish e têm medo dos humanos (ler predadores) é porque dependem da pressão hidrostática no seu esqueleto. Se forem perfuradas ou perderem uma perna, arriscam-se a perder a sua pressão e literalmente a deflagrar. Em algumas espécies há controlos ou válvulas nas pernas para evitar a deflação, mas se perderem hemolinfa suficiente, não poderão mover-se. O seu corpo principal é também muito vulnerável à perfuração e mesmo à morte.

O outro resultado de ter um exoesqueleto (que todos vocês aracnófobos vão adorar) é que as aranhas não podem crescer para serem muito grandes. Em parte é porque a hidráulica desta natureza e os seus exoesqueletos afiliados não conseguem suportar animais terrestres que são muito grandes. Veja o meu post em “Killer 50 Foot Cockroaches” para mais.

SPIDERS AND BIOMIMICRY

As leitores regulares do meu blog sabem que adoro a biomimica, um campo da ciência e da engenharia dedicado a soluções de modelagem da natureza. A hidráulica de aranhas está actualmente a ser estudada por investigadores para ver se conseguem criar robôs que se movimentam como as aranhas fazem. Se ainda não leu o meu post sobre biomimética e impressoras 3D, veja aqui.

c>Currentemente, os investigadores criaram um pequeno robô, feito a partir de uma impressora 3D, que utiliza hidráulica e pneumática para saltar e rastejar. Tal como uma aranha real, as pernas dos robôs são controladas através de bombas hidráulicas no abdómen da máquina. Agora, antes de se arrepiar, pense nas aplicações de uma tal máquina. Os seres humanos podem procurar rapidamente nos escombros e escombros dos edifícios, enviar aranhas robotizadas para situações de reféns, procurar esgotos e esgotos entupidos, ir para minas perigosas, ou sondar cavernas. O movimento das aranhas pode parecer assustador para si, mas existe alguma grande tecnologia que pode ser desenvolvida imitando aranhas.

LIENSAS HIDRÁULICAS DE HIDRÁULICOS DE Aranhas

O incrível sobre as aranhas, e o seu movimento, é que pode combinar lições de biologia, anatomia, fisiologia, hidráulica, e pneumática numa actividade de engenharia para o 5-8º ano. Modifiquei uma lição sobre braços hidráulicos para ensinar sobre aranhas. Pode ser tão simples como usar seringas, água, pauzinhos de picolé, cola quente, contas, mangueira de aquário, e fechos de correr. O meu site favorito foi “Máquinas Hidráulicas Fáceis” do site Instructables. Têm instruções passo a passo e um PDF para descarregar.

Para as minhas aulas comecei com uma rápida aula sobre anatomia de aranha, depois hidráulica e pneumática (usando seringas e mangueiras). De seguida, tive alunos a trabalhar em grupos, e dei-lhes suprimentos, sem instruções de construção. Pedi-lhes que apresentassem sugestões para um braço hidráulico, incluindo os critérios e constrangimentos do projecto (e sim, isto alinha-se com as Normas Científicas da Próxima Geração). Tiveram de desenhar um desenho, descobrir materiais, desenvolver um conceito de como o braço deveria funcionar e depois, após aprovação, construir o braço. Pode demorar dois ou três períodos de aulas, dependendo se se quiser ter desafios de “levantamento”.

Existe um pequeno vídeo do website Instructables, que lhe dá algumas ideias:

A beleza deste projecto é que também pode ser feito em casa, para a escola em casa, ou apenas para se divertir durante as férias. Até se pode comprar kits hidráulicos online. A criatividade não tem fim!

P>Passempre que as aranhas possam ser consideradas arrepiantes, vejo-as como arrepiantes-arrepiantes. Elas oferecem-nos uma riqueza de informação e aprendizagem, desde como giram um material que é mais forte que o cabo de aço, até como se movem. Esperemos que agora também vocês tenham um maior respeito pela humilde aranha, e deixem-no rastejar no seu caminho.