O que criaturas marinhas pegajosas podem nos ensinar sobre como fazer cola

E se pudéssemos aproveitar os poderes adesivos das criaturas marinhas como os mexilhões, ostras e as cracas, que se recusam a se mover, mesmo morando nos litorais úmidos e tempestuosos? Mergulhe no maravilhoso mundo dos animais que fazem sua própria cola e cimento com o cientista Jonathan Wilker, e observe algumas das coisas incríveis que podemos aprender com a forma como fazem isso.

Gostaria que viessem comigo
numa excursão de estudos

quero ir à praia e levar todos vocês

curtir a brisa do mar e a neblina salina.

Vamos até a beira do mar,

e perceberão que as ondas do mar
batem na gente,

e é muito difícil ficar num lugar só.

Mas, olhemos para baixo,
e veremos que as rochas

são cobertas por todo tipo
de criaturas marinhas

que ficam ali no seu lugar, sem problemas.

E acontece que se você quiser sobreviver

nesse ambiente tão exigente,

a sua existência dependerá
da sua capacidade de fazer cola.

Permitam-me, portanto, apresentar
alguns dos heróis da nossa história.

Estes são os mexilhões,

e vocês perceberão
que eles cobrem as rochas.

Eles fabricam adesivos naturais
e ficam colados nas rochas,

e também estão colados uns aos outros.

Ficam aninhados juntos como um grupo.

Esta é uma foto de perto
de um recife de ostras,

e elas são maravilhosas.

Elas se cimentam umas às outras,

e constroem extensos sistemas de recifes

de quilômetros de comprimento
e metros de profundidade;

possivelmente são a maior influência

sobre a saúde de um ecossistema
marinho costeiro,

porque elas filtram a água constantemente,

e mantêm areia e sujeira num lugar só.

De fato, outras espécies
moram dentro desses recifes.

Depois, se pensarmos no que acontece
quando uma tempestade vem,

se a maré da tempestade atingir
primeiro esses recifes,

a costa atrás estará protegida.

Elas são mesmo muito influentes.

Se já estiveram em alguma praia rochosa
em algum lugar do mundo,

provavelmente já estão
familiarizados com as cracas.

Esses animais, e há muitos outros,
estes são apenas três deles, fazem cola.

Eles se colam um ao outro e nas rochas
e constroem comunidades,

e, com isso, obtêm vantagens
em termos de sobrevivência.

Uma delas é que qualquer indivíduo
está sujeito a menos turbulência

e qualquer incidência negativa
que pudesse acontecer nesse ambiente.

Eles ficam ali juntos,

e esse grande número cria segurança,

pois também ajuda a afastar os predadores:

se uma gaivota quiser pegá-los e comê-los,

será mais difícil para ela
se eles estiverem todos colados.

E outra coisa é que também ajuda
com a eficiência reprodutiva.

Podem imaginar que quando
o Sr. e a Sra. Craca decidem:

"Certo, é hora de fazer craquinhas"...

Não vou dizer a vocês
como fazem isso ainda,

mas quando eles decidem
que é hora de se reproduzir,

fica muito mais fácil e a eficiência
reprodutiva deles é maior

se estiverem vivendo todos juntos.

Então, nós queremos entender
como fazem isso, como se grudam.

Não tenho todos os detalhes, pois é algo
que ainda estamos tentando descobrir,

mas vou dar uma pista de algumas coisas
que estamos tentando fazer.

Este é um dos sistemas de aquários
que temos em nosso laboratório,

e tudo o que está na imagem
faz parte do sistema.

Podem ver no fundo do tanque de vidro
que há vários mexilhões,

a água é gelada e temos ciclos de luz,

de fato, aplicamos turbulência no sistema

pois os animais fazem mais cola para nós
quando a água é turbulenta.

Nós os induzimos a fazer cola,
nós a coletamos e estudamos.

Eles estão aqui em Indiana,

mas acham que estão
em Maine, em fevereiro.

E até onde sabemos, eles
parecem estar muito felizes.

Nós também trabalhamos com ostras.

Lá em cima temos uma foto
de um pequeno recife na Carolina do Sul,

e estamos mais interessados
em como eles se juntam e se conectam.

Na imagem inferior podem ver
duas ostras grudadas uma à outra.

Queremos saber o que está no meio,

e muitas vezes, as separamos e observamos,

e, na próxima série
de imagens que temos aqui,

podem ver que na parte inferior
temos duas conchas,

a concha de um animal e a de outro,
com a cola no meio.

E se observarem a imagem à direita,

talvez consigam ver que há uma estrutura
na concha de cada animal,

porém, a cola tem um aspeto diferente.

Estamos usando todas as ferramentas
biológicas e químicas possíveis

para entender o que está acontecendo ali,

e estamos descobrindo
que as estruturas são diferentes

e a química é diferente,
e é bem interessante.

E então, esta imagem...

vou voltar antes que diga o que é isso.

Vocês conhecem o desenho animado
"O Ônibus Mágico"?

Ou se forem um pouco mais velhos,
"Viagem Fantástica"?

Lembram-se de que eles tinham personagens
que encolhiam a níveis microscópicos,

e eles meio que se viravam

e nadavam e voavam por todas
essas estruturas biológicas?

Eu penso nesses termos,
exceto que é real, neste caso.

Nós colocamos duas ostras grudadas juntas,

e esta área costumava estar cheia de cola,

e descobrimos que a cola
tem muitos compostos diferentes,

em termos gerais,
há partes duras e antiaderentes

e há partes moles e pegajosas.

Então, removemos seletivamente
as partes antiaderentes

para ver o que de fato estava
grudando os animais,

e conseguimos isso, e podemos ver que há
um adesivo pegajoso que os mantém juntos.

É uma imagem muito legal, pois podemos
nos imaginar voando ali e voltando.

Essas são algumas das coisas
que estamos fazendo para entender

como a biologia marinha
está fazendo esses materiais.

E de uma perspectiva fundamental,
é muito emocionante de aprender.

Mas o que nós queremos
fazer com essa informação?

Bem, há muitas aplicações tecnológicas

se podemos aproveitar
o que os animais estão fazendo.

Vou lhes dar um exemplo.

Imaginem que estão em casa

e quebram seu estatueta
ou caneca favorita ou algo assim.

Vocês vão querer consertá-la.

Para onde vão?

Vocês vão ao meu lugar favorito na cidade,

que é o corredor na loja de ferragens
onde ficam as colas.

Eu sei o que vocês fazem à noite,

porque são pessoas bacanas,
por isso estão aqui,

e vão aos bares e concertos.

É ali onde passo todas minhas noites.

Então, continuando,

quero que peguem um tubo
de cada adesivo da prateleira,

tragam-nos para casa,

mas antes de tentar
consertar alguma coisa,

quero que tentem fazer isso
em um balde com água.

Não vai funcionar, certo?
Todos sabemos disso.

Obviamente, a biologia marinha
resolveu isso.

Então, precisamos descobrir
a maneira de copiar isso nós mesmos.

E uma das questões aqui é

que não podemos apenas
pegar os materiais da praia;

se pegarmos um monte de mexilhões
e tentarmos retirar o adesivo deles,

vamos ter muito pouco do material;
insuficiente para fazer algo com isso,

é só para observar.

Precisamos aumentar a escala,
o bom seria na escala de um vagão.

Então, a imagem acima mostra
um dos tipos de moléculas

que os animais usam para fazer sua cola,

e são moléculas muito longas,
chamadas de proteínas,

e elas têm partes bem singulares nelas

que trazem as propriedades adesivas.

Nós pegamos aquelas partes dessa química,
e as juntamos com outras moléculas longas

que possamos fazer em grande escala,
como os plásticos ou os polímeros.

Assim, simplificamos o que elas fazem,

pondo essa química de adesão
nestas grandes moléculas.

Fazendo isto, nós desenvolvemos
diferentes sistemas adesivos,

e quando criamos uma nova cola
que parece muito boa, o que fazemos?

Começamos a correr pelo laboratório,
colando coisas.

Pegamos um pouquinho de cola
e colamos dois pedaços de metal

e penduramos algo neles,

usamos uma panela com mexilhões vivos
e achamos que éramos muito espertos.

(Risos)

Obviamente somos mais quantitativos,

então comparamos nossa cola
com adesivos comerciais.

Na verdade, agora temos alguns materiais
que são mais fortes do que a supercola.

Para mim, isso é muito legal.

Esse é um dia bom no laboratório:
"Mais forte do que a supercola".

E aqui temos outra coisa
que podemos fazer.

Isto é um tanque de água do mar,

e naquela seringa temos uma
das nossas formulações adesivas,

que estamos submergindo
completamente na água,

em um pedaço de metal.

Depois, queremos colar
ou fazer uma junção de algo,

então, pegamos outro pedaço de metal

e o posicionamos lá.

Esperamos até que a cola atue,
damos-lhe um tempo,

então colocamos um peso nele,
nada de especial.

esse é um tubo com chumbo dentro.

Esperamos mais um pouco.

Isto nunca viu ar,
está completamente submerso.

E agora vou pegá-lo,
e nunca sei o que vai acontecer.

Fico muito nervoso neste momento.

Eu o retiro daqui.

Eles estão colados.

Isto é muito legal para mim.

Conseguimos obter uma adesão
muito forte, debaixo da água.

Possivelmente, o adesivo
a prova d'água mais forte,

ou um dos mais fortes já visto.

É ainda mais forte que os materiais
que os animais produzem.

Para nós, é muito empolgante, muito legal.

Então, o que queremos
fazer com essas coisas?

Aqui temos alguns produtos
que provavelmente já conhecem.

Então pensem no seu celular, seu laptop,
no compensado na maioria das estruturas,

o interior do seu carro, seus sapatos,
listas telefônicas, coisas assim.

Todas elas estão coladas com adesivos,

e há dois problemas principais
com os adesivos usados nesses materiais.

Primeiro: eles são tóxicos,

sendo a madeira compensada
a pior infratora.

Na madeira compensada, ou muitos móveis
ou nos laminados de madeira nos pisos,

um dos principais componentes
dos adesivos aqui é o formaldeído,

talvez tenham ouvido falar deste composto.

É um gás e também é cancerígeno.

Estamos construindo muitas estruturas
com esses adesivos,

e respirando muito desse carcinógeno.

Isso não é bom, obviamente, não é?

A outra questão é que esses adesivos
são todos permanentes.

E o que fazemos com nossos sapatos,
com os carros ou com os laptops,

no final da vida útil deles?

Na maioria das vezes, acabam nos aterros.

E há muitos materiais preciosos ali
que gostaríamos de poder reciclar.

Porém, não é tão fácil,
porque estão colados permanentemente.

Por isso, criamos uma abordagem
para resolver alguns desses problemas:

nós pegamos outra molécula comprida

que podemos obter a partir do milho,

e nessa molécula colocamos um pouco
da química de adesão dos mexilhões.

Como temos o milho e os mexilhões,
chamamos nosso polímero de "terra e mar".

E ele cola mesmo.

É muito forte.

Também é de base biológica, o que é bom.

Mas o mais importante é
que também é degradável,

e podemos degradá-lo sob condições
muito simples, com água.

Então, podemos montar as coisas
e colá-las fortemente quando quisermos,

mas também podemos separá-las.

É algo que estamos pensando.

Este é um lugar onde
muitos de nós queremos estar.

Na verdade, neste caso específico,
este é um lugar onde não queremos estar,

mas gostaríamos de substituir isso.

Com suturas, grampos e parafusos;

é assim que consertamos alguém
que sofreu uma cirurgia ou lesão.

É horrível. Dói.

No caso das suturas,
vejam o quanto está envolvido,

as tensões mecânicas
à medida que se junta tudo,

a propensão à infeções é maior,

fazer punções em tecidos saudáveis,
não é nada bom.

Ou se precisar de uma placa
para unir seus ossos,

veja quanto osso saudável precisa
ser perfurado pra manter a placa no lugar.

Que horror.

Para mim, essas coisas parecem concebidas
em uma câmara de tortura medieval,

mas é nossa cirurgia moderna atual.

Gostaria que pudéssemos substituir
sistemas como esses por colas.

Estamos trabalhando nisso,
mas não é fácil.

Pensem em qual tipo de cola
você precisaria nesses casos.

Primeiro de tudo,
precisaríamos de uma cola

que atue em um ambiente úmido.

A imagem engraçada

é só para ilustrar que o nosso corpo
é formado por 60% de água,

é um ambiente úmido.

É também para ilustrar que é
por isso que sou cientista e não artista.

Eu não escolhi a profissão errada.

Os outros requisitos que precisamos
para uma boa cola biomédica:

precisa colar firmemente e ser atóxica.

Não queremos prejudicar os pacientes.

E cumprir dois desses requisitos
em um material é bem fácil.

Já foi feito muitas vezes,
mas cumprir os três, ainda não.

É muito difícil.

E se conversarem com cirurgiões,
eles são exigentes:

"Na verdade eu quero que a cola
solidifique na hora da cirurgia".

"Quero que o adesivo se degrade para que
os tecidos do paciente remodelem o local."

É realmente difícil,
mas estamos trabalhando nisso.

Esta é uma imagem do que temos.

Pegamos todo tipo de ossos,
pele e de tecido macio e duro,

e, às vezes, batemos neles com um martelo.

Geralmente, os cortamos
em formas precisas.

E depois os colamos de volta.

Temos obtido resultados interessantes,
materiais bem fortes,

que parecem ser atóxicas,
resistem à umidade,

mas não vou dizer que já resolvemos
o problema da adesão em umidade,

pois ainda não resolvemos, mas certamente
está na nossa mira para o futuro.

Essa é uma área na que gostaríamos
de ver as coisas avançarem mais.

E também há muitas outras áreas
que podemos aprimorar se usarmos colas.

Até nos cosméticos.

Se pensarmos em unhas ou cílios postiços,
o que esses produtos usam?

Usam colas muito tóxicas atualmente.

Está na hora de serem mudados,
e é algo que gostaríamos de fazer.

Também há outras áreas.

Pensem nos carros e nos aviões.

Quanto mais leves eles forem,
mais eficientes em energia serão.

Se pudermos fugir dos rebites
e da soldagem e usar mais colas,

poderíamos melhorar a nossa
futura geração de transportes.

Tudo isto nos leva para a praia de novo.

Olhamos ao redor e pensamos:
"Como essas criaturas marinhas se grudam,

e o que podemos fazer
com esta tecnologia?"

Eu diria que temos muitas coisas
que ainda podemos aprender

da biologia e da natureza.

O que eu gostaria de encorajar
todos vocês a fazer no futuro é:

guardem seus laptops
e telefones celulares não-recicláveis,

saiam para explorar o mundo natural,

e depois comecem a fazer perguntas.

Muito obrigado.

(Aplausos)