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A Universidade de São Paulo (USP) integra um consórcio internacional de pesquisa que investiga o sistema musculoesquelético de animais escavadores e suas possíveis aplicações tecnológicas.
O estudo reúne cientistas de Brasil, Reino Unido, Bélgica e Dinamarca e busca compreender como vertebrados que utilizam a cabeça como principal ferramenta de locomoção se adaptaram ao ambiente subterrâneo — um dos comportamentos ainda menos compreendidos entre esses animais.
Intitulada “Sistema musculoesquelético de animais escavadores que começam pela cabeça: uma abordagem interdisciplinar”, a pesquisa tem como foco as anfisbenas, conhecidas popularmente como cobras-de-duas-cabeças. Esses vertebrados fossoriais utilizam a cabeça para escavar e construir galerias subterrâneas, característica central para a investigação.
O objetivo é analisar como esses animais evoluíram ao se especializar no hábito fossorial, permitindo explorar o desenvolvimento de tecnologias bioinspiradas — sistemas baseados em soluções observadas na natureza —, como robôs escavadores. O estudo também pretende identificar padrões genéticos associados ao desenvolvimento de estruturas corporais com relevância médica, incluindo aplicações em engenharia de tecidos.
- Para isso, os quatro laboratórios envolvidos investigam oito hipóteses por meio de diferentes abordagens, como caracterização morfológica e biomecânica do crânio, análises funcionais in vivo e genômicas, imagens em nanoescala, análises estruturais e químicas, além de estudos histológicos de tecidos moles e do movimento;
- No Brasil, a pesquisa é coordenada pela professora Tiana Kohlsdorf, do Laboratório de Evolução e Biologia Integrativa (Lebi) da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto (FFCLRP) da USP. “Nossa equipe é responsável pela obtenção de dados utilizando animais vivos e pelo sequenciamento de genomas para avaliar padrões em genes expressos durante o desenvolvimento embrionário”, afirma ao Jornal da USP;
- Além do sequenciamento genômico de todas as espécies analisadas, o grupo liderado pela pesquisadora realiza testes de enterramento e mordida com indivíduos vivos encontrados no Brasil, além de produzir imagens de tomografia computadorizada a partir de materiais disponíveis em coleções herpetológicas do país;
- A Coleção Herpetológica de Ribeirão Preto (CHRP) abriga parte das espécies utilizadas nas análises, enquanto o Centro para Documentação da Biodiversidade (CDB), sediado na FFCLRP, fornece a infraestrutura necessária para obtenção e compartilhamento de imagens;
- “Grande parte das imagens compartilhadas dentro do consórcio internacional será obtida com material da CHRP utilizando os equipamentos do CDB”, destaca Kohlsdorf.
A equipe do Lebi inclui o pós-doutorando Vinicius Anelli, responsável pelo estudo morfofuncional e pela análise de dados biomecânicos e morfológicos, a doutoranda Laura Oliveira, dedicada à biologia do desenvolvimento do crânio, além de estudantes de iniciação científica. Há ainda a previsão de contratação de um novo pós-doutorando voltado ao sequenciamento e à anotação genômica.
Segundo Anelli, as anfisbenas apresentam adaptações específicas à vida subterrânea. “As anfisbenas são um grupo bastante diverso de répteis com escamas, que inclui mais de 200 espécies distribuídas por diversas regiões do mundo e bastante abundantes no Brasil. O interessante é que esses animais são muito especializados em viver abaixo da superfície”, afirma.
Ele explica que o corpo alongado e a ausência de membros favorecem a locomoção sob o solo. “Os corpos extremamente alongados, sem braços e pernas, facilitam a locomoção debaixo do solo e a construção de galerias, nas quais desenvolvem a maior parte de suas atividades diárias”, diz.
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O nome popular desses animais também está ligado à sua morfologia e comportamento. “São chamadas de cobras-de-duas-cabeças porque a ponta da cauda se assemelha à forma da cabeça e porque conseguem se deslocar tanto para frente quanto para trás”, acrescenta.
A observação desses animais, no entanto, apresenta desafios. “O que acontece debaixo do solo é de difícil acesso para ser estudado por biólogos, e um dos grandes desafios com animais fossoriais é a observação de comportamento, estratégias locomotoras e fisiológicas”, explica o pesquisador.
Outro ponto destacado é a multifuncionalidade da cabeça. “Mudanças drásticas na estrutura do crânio associadas à perfuração de solos rígidos podem impactar elementos envolvidos em outras atividades, como captura de presas e processamento de alimentos”, observa.
O projeto adota uma abordagem inédita ao integrar diferentes níveis de organização biológica, do sequenciamento genômico à medição de forças durante enterramento e mordida. “É uma abordagem completamente inédita para estudos com animais fossoriais e integra perguntas das ciências biológicas com técnicas típicas da engenharia, incluindo robótica e engenharia de materiais”, afirma Anelli.
A investigação também analisa a interação entre tecidos duros e moles. “O movimento resulta da combinação entre ossos e outras estruturas, incluindo músculos, nervos e tegumento”, explica.
Nas anfisbenas, a musculatura e a epiderme apresentam certo grau de independência, mediada por tecido conjuntivo. “Ao observar uma anfisbena se locomovendo, podemos notar que ela primeiro projeta sua musculatura e as escamas se movimentam logo em seguida, gerando um efeito de serpentina”, relata.
A integração entre ossos, músculos, tecido conjuntivo e escamas — organizadas em anéis ao redor do corpo — contribui para a capacidade escavadora do grupo. O estudo investiga a evolução dessas estratégias por meio de análises comparativas entre diferentes espécies e suas relações filogenéticas.
Entre os principais desafios estão a coleta de espécimes e a reprodução de condições subterrâneas ao longo dos três anos de duração do projeto. “As anfisbenas dificilmente são capturadas de forma abundante em um único evento de coleta. Então, precisamos estabelecer estrutura para coletar dados ao longo dos três anos do projeto sempre que tivermos acesso aos animais vivos. O acesso às diferentes escalas biológicas envolvendo equipes sediadas em quatro países diferentes também é um desafio”, afirma Anelli.
Ele também menciona o empréstimo de uma plataforma de força por um colaborador do Museu de História Natural de Paris e destaca a importância da conscientização pública. “São animais inofensivos, mas muitas vezes chegam à coleção atropelados ou mortos”, diz, referindo-se à confusão frequente com serpentes.
Além do avanço científico, o projeto busca aplicações práticas. “Ao combinar informações dos ossos, musculatura e tegumento, da macro até a nanoescala, conseguimos avaliar como a forma e a função evoluíram durante processos de especialização no hábito fossorial”, afirma Anelli.
De acordo com Mehran Moazen, da University College London (Reino Unido), pesquisador principal responsável pelas análises biomecânicas e de imagem, o uso de modelos computacionais e técnicas avançadas permite investigar a relação entre forma craniana e escavação.
“Em macroescala, nossos modelos computacionais permitem simular diferentes cenários e avaliar se os formatos de cabeça estão otimizados em resposta a propriedades do solo e da areia. Em micro e nanoescala, técnicas avançadas de imagem investigam a correlação entre fibras de colágeno, arquitetura óssea e as cargas experimentadas durante a escavação.”
Segundo Moazen, os resultados podem impactar outras áreas. “Compreender a interação entre forças, tecidos moles e estruturas ósseas em diferentes escalas pode interessar à engenharia de tecidos e ao estudo de condições que afetam articulações cranianas. Além disso, o campo da robótica macia pode se beneficiar desse conhecimento, permitindo o desenvolvimento de pequenos robôs escavadores para aplicações biomédicas, de engenharia civil e combate a incêndios”, conclui.
