Na natureza, uma gota de verme se parece com qualquer outra bola de lama pendurada no fundo de um lago. Mas se você cutucar uma gota de verme despretensiosa, ela responderá de uma maneira que uma bola de lama nunca faria, se contorcendo em uma forma de macarrão que um Pastafarian pode confundir com algo divino.
Foi assim que Saad Bhamla descobriu sua primeira gota de verme, em um lago na Califórnia. “Quando você o cutuca com um pedaço de pau, ele ganha vida”, disse Bhamla, bioengenheiro da escola de engenharia química e biomolecular do Instituto de Tecnologia da Geórgia. O encontro do Dr. Bhamla com a bolha do verme o perseguiu por anos (no bom sentido, ele diz) até que ele iniciou seu próprio laboratório e precisava de um primeiro projeto.
Blackworms da Califórnia, cordas macias e delgadas tão surrealmente vermelhas como carne de supermercado, muitas vezes vivem em piscinas sazonais. Quando os tempos estão bons, um verme é simplesmente um verme, movendo-se sozinho. Quando os tempos estão difíceis, um verme deve se tornar uma bolha, emaranhado com centenas ou milhares de outros vermes em uma bola viscosa e retorcida. E, como uma bola de lã animada, a bolha do verme pode se mover como uma unidade, serpenteando para longe de predadores ou do estresse.
“Eles permanecem trançados e retorcidos nesta unidade coesa que está rastejando”, disse Chantal Nguyen, pós-doutorado associada e física do Instituto BioFrontiers da Universidade de Colorado Boulder.
Mas como um verme atinge e mantém o blobdom? Em um estudo recente na revista Fronteiras na Física, um grupo de pesquisadores incluindo o Dr. Nguyen e o Dr. Bhamla desvendou os segredos da capacidade de movimentação da bolha. Eles fizeram isso criando um modelo de computador de vermes negros da Califórnia emaranhados.
“Foi horrível e chocante, mas também bonito”, disse Albert Kao, um pós-doutorando que estuda o comportamento coletivo no Instituto Santa Fé, no Novo México, sobre as bolhas de vermes. A simulação, ele acrescentou, “abre um caminho para novos tipos de modelos para sistemas emaranhados de forma semelhante”.
Desde tempos imemoriais, as pessoas testemunharam grupos de animais movendo-se coletivamente e em uníssono: bando de estorninhos, cardume de peixes, enxame de mosquitos e cabeças de metal pesado mosh. Mas poucas pessoas tiveram o privilégio ou o interesse de observar bolhas de vermes.
Uma bolha de verme se comporta como um sólido e um fluido, como uma bola de massa ou uma bola de xampu. Leva apenas cerca de 10 worms para formar uma bolha coerente. Uma gota de cerca de 100.000 minhocas se assemelha a um pedaço de massa de pizza (vermelha). Não há limite conhecido de quantos vermes podem formar uma bolha, exceto, talvez, sua imaginação.
Quando Serena Ding, uma pesquisadora do Instituto Max Planck de Comportamento Animal, viu pela primeira vez uma foto de bolhas de blackworm, sua mente disparou. “No início, fiquei apenas chocado”, disse o Dr. Ding, que não estava envolvido com o jornal. “E então eu fiquei com nojo e fiquei fascinado.”
A Dra. Ding, que estuda bolhas no muito estudado nematóide Caenorhabditis elegans, descreveu suas bolhas de C. elegans como “fortemente sobrepostas, como uma tigela de macarrão espaguete”. As bolhas de Blackworm “são mais como macarrão espaguete jogado no chão”, disse ela, franzindo a testa, em uma chamada de Zoom. “C. elegans é nomeado por ser elegante. Esses são apenas … não. ”
Mas foi precisamente esse borrão confuso de bolhas de verme negro que capturou o coração do Dr. Bhamla. Para ele, as bolhas parecem massa de pizza fluindo por entre os dedos. “Mas é composto de vermes”, disse ele. “Como um pesadelo ganhando vida.”
Em fevereiro, o Dr. Bhamla e um grupo de pesquisadores descreveram a dinâmica das bolhas de vermes no jornal Proceedings of the National Academy of Sciences.
Para esse artigo, Yasemin Ozkan-Aydin, que agora é engenheiro de robótica na Universidade de Notre Dame, conduziu os experimentos. Quando o Dr. Ozkan-Aydin tirou os vermes da água, eles deslizaram em missões individuais para voltar a ele. Se não conseguissem encontrar água, eles borbulhavam, um emaranhado que lhes permitiu sobreviver fora da água 10 vezes mais do que os vermes individuais.
“A razão pela qual eles estão reunidos não é pela bondade de seus corações, mas usando o resto dos indivíduos para se proteger contra a dessecação”, disse Simon Garnier, biólogo do Instituto de Tecnologia de Nova Jersey que não esteve envolvido na pesquisa .
O Dr. Ozkan-Aydin também descobriu que as bolhas de vermes se moviam coletivamente para longe de fatores de estresse como luz e calor. Uma bolha de verme em uma placa quente se moverá em direção a uma seção mais fria, e uma bolha de verme sob um holofote se moverá como uma bolha. Mas se a placa for aquecida a cerca de 100 graus Fahrenheit, quente demais para os vermes sobreviverem, a bolha se desfaz rapidamente. Em números menores, a bolha se propulsiona dividindo o trabalho, com vermes estendidos e puxando para frente e vermes enrolados e balançando nas costas, reduzindo o atrito. Bolhas de vermes maiores, que são mais difíceis de visualizar devido à densidade de seus constituintes, podem se mover de maneiras mais complexas.
Orit Peleg, físico da Universidade do Colorado e autor do novo artigo na Frontiers in Physics, viu as bolhas pela primeira vez em uma visita à Georgia Tech. As bolhas lembravam a Dra. Peleg de polímeros biológicos com os quais ela já trabalhou, como o DNA, exceto que as bolhas eram visíveis a olho nu e feitas de vermes. Quando o Dr. Peleg mostrou ao Dr. Nguyen um vídeo de uma bolha de verme resolvendo um labirinto, o Dr. Nguyen não precisou mais ser convencido a trabalhar nos vermes.
Dr. Nguyen projetou um modelo simulado de vermes negros individuais e blobbed, envolvendo pequenas bolhas de 20 vermes idênticos. Cada verme era representado por uma série de contas enfiadas, capazes de se dobrar e esticar como um verme real. O Dr. Nguyen introduziu uma força de fixação no modelo que estimulou os vermes modelo a se agarrarem em uma bolha em duas dimensões.
“Não é o que o verme real está fazendo, mas eles ainda reproduzem visualmente e também quantitativamente os comportamentos do blob”, disse Kao sobre Nguyen e seus colegas.
Nos primeiros protótipos do modelo, os vermes simulados não cooperavam, quer se desemaranhando da bolha ou se agachando em um só lugar. A Dra. Nguyen mexeu na viscosidade dos vermes e na força de sua propulsão individual até encontrar um ponto ideal onde a bolha do verme finalmente pudesse se mover como um só.
O modelo nos mostra que “não há uma divisão nítida” entre materiais vivos e não vivos, disse Peleg, acrescentando que os pesquisadores esperam que o modelo possa inspirar robôs emaranhados feitos de materiais flexíveis.
Os pesquisadores planejam expandir seu modelo para três dimensões para obter mais informações sobre como os vermes se enredam, se retorcem e se trançam. O Dr. Garnier sugeriu que essa expansão poderia responder a uma de suas questões candentes sobre a bolha: onde dentro da bolha um verme mais gostaria de estar.
O melhor local, ele meditou, pode ser perto o suficiente da superfície para agarrar recursos, mas profundo o suficiente para que o verme não seja a primeira linha de defesa. “Os sistemas coletivos têm que lidar com essas compensações”, disse ele. “Quando há muitos de nós, não há bolo suficiente para todos, as coisas começam a ficar feias.”
Felizmente, o laboratório do Dr. Bhamla tem dezenas de milhões de vermes pretos que estão prontos para blob. A pandemia de coronavírus e a seca transformaram os vermes em uma mercadoria quente, então o laboratório do Dr. Bhamla cultiva seu próprio. Alguns dias, ele descobre uma cadeia de vermes trançados subindo pela parede em uma tentativa de jailbreak.
De manhã, quando os pesquisadores acendem as luzes do teto, todos os vermes giratórios se aglomeram em bolhas até que se ajustem à luz e relaxem. “Eu fiquei tipo, ‘Que festa estava acontecendo lá quando estava escuro e frio?’”, Disse Bhamla. “Não é difícil se apaixonar por eles.”
Discussão sobre isso post