O que as criaturas marinhas nos podem ensinar sobre o fabrico de colas | Jonathan Wilker | TEDxPurdueU

E se dominássemos os poderes adesivos das criaturas marinhas como os mexilhões, as ostras e as cracas, que se recusam a mover-se, mesmo em zonas costeiras, tempestuosas? Mergulhem no mundo maravilhoso dos animais costeiros que fabricam a sua cola com o cientista Jonathan Wilker e obervem algumas das coisas maravilhosas que podemos aprender sobre a forma como o fazem.

Esta palestra foi feita num evento TEDx usando o formato de palestras TED, mas organizado independentemente por uma comunidade local. Saiba mais em http://ted.com/tedx

Gostava que me acompanhassem
numa visita de estudo.

Gostava de ir à praia
e levar-vos todos à praia,

para apreciarem o ar do mar
e a maresia.

Vamos descer até à borda da água.

Hão de reparar que somos sacudidos
pelas ondas do mar

e temos dificuldade
em nos mantermos no mesmo sítio.

Mas olhemos para baixo.

Veremos que as rochas estão cobertas

por todo o tipo de criaturas marinhas

que se mantêm,
no mesmo lugar, sem problemas.

Acontece que, para sobreviver
neste ambiente deveras exigente,

a nossa existência depende
da capacidade de fabricar cola.

E assim, apresento-vos alguns
dos heróis da nossa história,

apenas alguns deles.

Estes são os mexilhões,
reparem que cobrem as rochas.

Fabricam cola, para se agarrarem às rochas

e se agarrarem também uns aos outros.

Estão agarrados uns aos outros
como um grupo.

Esta é uma fotografia em grande plano
de um recife de ostras.

As ostras são espantosas.

Colam-se umas às outras

e constroem estes enormes
sistemas de recifes.

Podem ter quilómetros de comprimento,
podem ter metros de profundidade.

Podemos dizer que são
a influência mais dominante

para um saudável ecossistema marinho,

porque estão constantemente
a filtrar a água,

estão a manter no seu lugar
a areia e a sujidade.

Há outras espécies
que vivem nestes recifes.

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

se a tempestade atingir primeiro
estes quilómetros de recifes,

eles mantêm a costa protegida.

São, de facto, muito influentes.

Se já estiveram numa praia rochosa
em qualquer parte do mundo,

provavelmente conhecem
o aspeto das cracas.

Estes animais

— e há muitos outros,
estes são apenas três deles —

fabricam colas,

colam-se uns aos outros
colam-se às rochas e criam comunidades.

Ao fazerem isso, obtêm
muitas vantagens de sobrevivência.

Uma delas é que qualquer indivíduo
está menos sujeito à turbulência

e a todos os aspetos prejudiciais
que podem ocorrer nesse ambiente.

Portanto, estão ali todos agrupados.

Também há uma certa segurança no número

porque ajuda-os
a afastar os predadores.

Se uma gaivota
quiser apanhar um e comê-lo,

tem mais dificuldade,
se eles estiverem agrupados.

Também há outra coisa que ajuda
na eficácia da reprodução.

Podemos imaginar que, quando
o sr. e a sra. craca decidem:

"Ok, chegou a altura de termos
cracas bebés"

— não vos vou dizer o que é
que eles fazem —

mas, quando decidem que é altura
de o fazerem,

é muito mais fácil

e a eficácia reprodutiva é mais alta
se viverem todos juntinhos.

Queremos perceber
como é que eles fazem isso:

Como é que se colam?

Não posso falar de todos os pormenores

porque ainda estamos
a tentar descobri-los,

mas vou dar-vos um cheirinho

de algumas das coisas
que estamos a tentar fazer.

Isto é uma foto de um dos sistemas
de aquários que temos em laboratório.

Tudo o que se vê na imagem
faz parte do sistema.

Nós mantemos — vemos
no fundo daquele aquário de vidro

um grupo de mexilhões.

Temos água refrigerada,
temos ciclos de iluminação,

temos turbulência no sistema,

porque os animais fabricam mais cola

quando a água está turbulenta.

Levamo-los a fabricar a cola,

recolhemo-la e estudamo-la.

Estão aqui em Indiana.

Tanto quanto sabemos,
estão no Maine, em fevereiro

e parecem estar muito felizes,
tanto quanto podemos avaliar.

Também trabalhamos com ostras.

Em cima, é uma foto
de um pequeno recife na Carolina do Sul,

Estamos muito interessados em ver
como se agarram umas às outras,

como se interligam.

O que vemos na imagem, em baixo,
são duas ostras a colar-se uma à outra.

Queremos saber o que está entre elas,

por isso, cortamo-las e observamos.

Na próxima série de imagens
que temos aqui

vemos, em baixo, que temos duas conchas,

a concha de um animal
e a concha de outro animal.

A cola está entre as duas.

Se olharem para a imagem da direita
talvez consigam ver

que há uma estrutura
na concha de cada animal

mas a cola tem um aspeto diferente.

Estamos a usar todo o tipo
de instrumentos da biologia e da química

para perceber o que se passa ali.

Descobrimos
que as estruturas são diferentes

e a química é diferente,
o que é muito interessante.

Nesta imagem

— vou voltar um pouco atrás,
antes de dizer o que é isto.

Conhecem os desenhos animados
"O autocarro mágico"?

Ou, se são um pouco mais velhos,
"Viagem fantástica"?

Lembram-se que havia umas personagens

que encolhiam até níveis microscópicos,

e depois andavam num turbilhão,

nadavam e voavam em volta
de todas aquelas estruturas biológicas?

Penso nisto da mesma maneira,
exceto que, neste caso, é real.

Temos duas ostras
coladas uma à outra,

e esta área estava
totalmente cheia de cola.

Descobrimos que a cola
tem imensos componentes diferentes,

mas, falando em termos gerais,
há partes duras, não são pegajosas

e há partes moles, pegajosas.

Retirámos as partes não pegajosas,
seletivamente,

para ver o que sobrava

— aquilo que ligava os animais —

e ficámos com isto.

Vemos que é uma cola pegajosa
que os mantém unidos.

Acho que é uma imagem muito gira

porque podemos imaginar-nos
a voar e a andar por ali.

Adiante, este é o tipo de coisas
que fazemos para compreender

como a biologia marinha
está a fazer estes materiais.

Duma perspetiva fundamental,
é muito excitante aprender.

Mas o que é que queremos fazer
com estas informações?

Há muitas aplicações tecnológicas,

se conseguirmos dominar
o que os animais estão a fazer.

Vou dar-vos um exemplo.

Imaginem que estão em casa

e partem a vossa estatueta preferida
ou uma caneca, ou outra coisa qualquer.

Querem colá-la.

Onde vão?

Vão ao meu local preferido na cidade

que é o corredor das colas
da loja de ferramentas.

Eu sei onde vocês passam as noites

porque são pessoas fixes,
porque estão aqui.

Vão a bares e a concertos

— é onde eu passo todas as noites.

Adiante,

gostava que tirassem da prateleira
uma embalagem de todas as colas

e as levassem para casa.

Mas, antes de tentarem colar as coisas,

tentem fazê-lo dentro
de um balde com água.

Não funciona, pois não?
Todos sabemos isso.

Obviamente, a biologia marinha
resolveu esse problema.

Por isso precisamos de perceber
a forma de copiar isso.

Um dos problemas

é que não podemos ir buscar
os materiais à praia,

porque se formos buscar
uns quantos mexilhões

e tentarmos retirar-lhes a cola,

ficamos com um pouco de material,

mas esse material não chega
para fazer o que quer que seja,

é só o suficiente para ver.

Precisamos de aumentar a quantidade,
idealmente do tamanho de um comboio.

Em cima, temos uma imagem
de um dos tipos de moléculas

que os animais usam para fazer a sua cola.

São moléculas muito longas,
chamadas proteínas.

Estas proteínas contêm
umas partes muito especiais

que contribuem
para as propriedades adesivas.

Queremos retirar
essas partículas dessa química

e colocá-las noutras moléculas
longas que conseguirmos obter,

mas coisas que possamos fazer
em grande escala,

como os plásticos ou os polímeros.

Estamos assim a simplificar
o que eles fazem

pondo essa química adesiva
nestas grandes moléculas,

Desenvolvemos muitos sistemas
adesivos diferentes fazendo isto.

Quando fazemos uma nova cola
que parece boa, o que fazemos?

Começamos a correr
pelo laboratório, a colar coisas.

Neste caso, agarrámos num pouco de cola
e colámos duas peças de metal.

Pendurámos nelas uma coisa
para ver o que é que acontecia.

Usámos um balde de mexilhões vivos
e pensámos que éramos muito espertos.

(Risos)

Obviamente, somos
muito mais quantitativos

e comparamos com colas comerciais.

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

Para mim, é fantástico.

É um bom dia, no laboratório:
é mais forte que a supercola.

Há uma outra coisa que podemos fazer.

Isto é um tanque com água do mar.

Naquela seringa, está uma
das nossas fórmulas adesivas.

Estamos a aplicá-la
totalmente debaixo de água,

num bocado de metal.

Depois, queremos fazer uma colagem.

Por isso, agarramos noutro bocado de metal

e colocamo-lo aqui, nesta posição.

Esperamos um bocado,
para dar-lhe uma hipótese,

depois colocamos um peso nele,
nada de especial.

Isto é um tubo com chumbo lá dentro,
nada de especial.

Esperamos mais um bocado.

Isto nunca viu ar, está totalmente
debaixo de água.

Agora retiramo-lo de lá.

Nunca sei o que vai acontecer.
Nesta altura, estou sempre nervoso.

Retiramo-lo de lá...

e está colado.

Para mim, é mesmo fantástico.

Portanto, conseguimos obter
uma adesão muito forte, debaixo de água.

Possivelmente, é a cola
debaixo de água mais forte

ou uma das mais fortes que já vimos.

Ainda é mais forte do que os materiais
que os animais produzem.

Por isso, para nós,
é muito animador, é fantástico.

O que é que pretendemos
fazer com estas coisas?

Estes são alguns produtos que,
provavelmente, já conhecem bem.

Pensem no vosso telemóvel, no portátil,
no contraplacado de muitas estruturas,

no interior do vosso carro, nos sapatos,
listas telefónicas, coisas dessas.

Todas elas estão coladas com colas

e há dois problemas principais

com as colas usadas nestes materiais.

O primeiro é que são tóxicas.

O mais preocupante aqui
é o contraplacado.

O contraplacado, ou muitos dos móveis,
ou a madeira laminada no chão

— um componente principal da cola
aqui é o formaldeído.

Talvez já tenham ouvido
falar deste composto,

é um gás, e também é cancerígeno.

Assim, estamos a construir
muitas estruturas com estas colas

e também respiramos
muito deste cancerígeno.

Não é nada bom, pois não?

O outro problema é que estas colas
são todas permanentes.

O que é que fazemos com os sapatos
ou com o carro ou com o portátil

no fim da vida deles,
quando já não os usamos mais?

Na maior parte, acabam nos aterros.

Há ali muitos materiais preciosos

que gostaríamos
de recuperar e de reciclar,

mas não é fácil fazer isso

porque estão todos colados
permanentemente.

Portanto, esta é uma abordagem
para tentar resolver estes problemas.

O que fizemos aqui foi arranjar
outra molécula longa

que podemos obter a partir do milho.

Nessa molécula

pusemos parte da química
de adesão dos mexilhões.

Como obtivemos o milho
e obtivemos os mexilhões

chamamos a isto
um polímero "surf-and-turf".

E cola, cola mesmo muito bem,
é muito forte

Também tem uma base biológica. É ótimo.

Mas mais importante ainda,
também é degradável

e podemos degradá-lo
em condições muito simples,

só com água.

O que podemos fazer é arranjar as coisas

podemos ligá-las fortemente
quando quisermos,

mas depois também as podemos desligar.

É uma coisa em que estamos a pensar.

Este é um local onde muitos de nós vamos.

Na verdade, neste caso específico,
é um local onde não queremos ir,

mas gostávamos
de substituir estas coisas.

As suturas, os agrafos, os parafusos:

é assim que consertamos as coisas
se fazemos uma cirurgia ou um ferimento.

É terrível, dói.

No caso das suturas,

reparem como se fazem,
uma tensão concentrada, mecânica,

quando juntamos as coisas.

Estamos a criar sítios para infeções,

a fazer furos em tecido saudável,
não é nada bom.

Se necessitarmos de uma placa
para unir os ossos,

é preciso perfurar osso saudável
só para manter a placa no seu lugar.

É terrível.

Para mim, estas coisas parecem concebidas
numa câmara de tortura medieval

mas é a nossa forma cirúrgica moderna.

Eu gostaria de poder ir a um sítio

onde pudéssemos substituir sistemas
como estes por colas.

Não é fácil.

Estamos a trabalhar nisso,
mas não é fácil.

Pensem no que seria preciso
para estas colas, nestes casos.

Primeiro, precisaríamos de uma cola
que se aguente num ambiente húmido.

Esta imagem tosca,

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

portanto, é um ambiente húmido.

Também ilustra que é por isso que eu sou
um cientista e não um artista.

Eu não me enganei na minha vocação.

As outras exigências
para uma boa cola biomédica:

precisa de colar fortemente, claro,

e não pode ser tóxica.

Não queremos prejudicar os doentes.

Obter estas duas exigências
num material é bastante fácil,

já tem sido feito muitas vezes.

Mas obter as três,
ainda não foi feito, é muito difícil.

Se falarem com cirurgiões,
eles são intransigentes:

"Eu quero aplicar a cola
na mesma altura que a cirurgia".

Oh, ok.

ou "Eu quero que a cola se degrade

"para os tecidos do doente
se poderem refazer no local".

Portanto, é muito difícil.
Mas estamos a trabalhar nisso.

Isto é uma imagem do que temos.

Estamos a experimentar todo o tipo
de ossos, de pele, de tecido macio e duro

e, por vezes, até lhe batemos
com um martelo.

Habitualmente, cortamo-los
em formas precisas.

Depois, voltamos a colá-las.

Temos obtido resultados animadores,
materiais bastante fortes,

coisas que não têm aspeto de tóxicas,

aguentam a humidade, têm bom aspeto,

mas não digo que resolvemos
o problema da adesão em humidade,

porque não resolvemos.

Mas claro que está
à nossa vista para o futuro.

Esta é uma área em que gostaríamos
de ver as coisas evoluírem mais.

Há muitas outras áreas,
como podem imaginar,

em que podemos melhorar
se conseguirmos obter mais colas.

Até na cosmética.

Se pensarem nas pessoas que usam
unhas falsas ou pestanas postiças,

— como isto —

o que é que elas usam?

Usam colas muito tóxicas, neste momento.

Está na altura de serem substituídas.

É uma coisa que gostaríamos de fazer.

Também há outras áreas.

Pensem nos carros e nos aviões.

Quanto mais leves eles forem,

mais eficientes em energia serão.

Por isso, se pudermos abandonar
os rebites e as soldaduras

e usar mais as colas,

eles podem melhorar

a futura geração dos transportes.

Tudo isto nos leva de novo à praia.

Olhamos à nossa volta e pensamos:
"Como é que estas criaturas se colam?

"O que é que podemos fazer
com esta tecnologia?"

Eu argumentaria que temos muitas coisas
que ainda podemos aprender

com a biologia e com a Natureza.

O que eu gostaria de vos encorajar
a fazerem no futuro é:

Ponham de lado os vossos portáteis
e telemóveis não recicláveis,

saiam a explorar o mundo natural

e depois comecem a fazer
algumas perguntas.

Muito obrigado.

(Aplausos)