Por Evolution News | @DiscoveryCSC
Outro dia, um amigo nos apresentou um novo conceito – tapetes de cozinha e banheiro feitos de terra de diatomáceas, rica em fósseis de diatomáceas. Derrame água no tapete enquanto lava a louça e seca quase imediatamente. Não se preocupe mais com mofo, entre outras coisas, caso isso seja uma preocupação para você.
O mundo, de fato, deveria saber mais sobre os micróbios chamados diatomáceas. Quando você ouve a palavra “micróbio”, o que vem à mente? Para a maioria, é provavelmente uma ameba disforme ou um germe de doença. Na verdade, “micróbio” é um termo genérico que incorpora arquéias, bactérias e eucariotos – qualquer microrganismo unicelular. Agregar diatomáceas com bactérias causadoras de doenças deveria ser uma afronta, como chamar a rainha de partidária.
Esqueça os tapetes de banho. Se as diatomáceas pudessem ser ampliadas para caber na palma da mão, seriam joias preciosas, cintilando em um arco-íris de cores e vendidas nas melhores joalherias. E se pudessem ser aumentados ainda mais, de modo a se sobressair sobre as pessoas, as multidões tirariam férias em suas sombras, admirando a magnífica arquitetura. E ouvir que nossas vidas dependem dessas pequenas catedrais modernistas – bem, isso seria quase demais para os visitantes contemplarem.
Respire fundo
Os cientistas estimam que um quarto do oxigênio que respiramos vem das diatomáceas. Existem cerca de 100.000 espécies delas, habitando o oceano, água doce e solo. Elas vivem em quase todos os lugares.
As diatomáceas são eucariotos, uma forma de algas fotossintéticas. Ao contrário de outros micróbios, elas constroem casas de casca dura para viver, compostas de vidro de sílica que elas coletam do ambiente e cimentam com proteínas.
Por causa de sua onipresença, eles desempenham um papel importante no ciclo do silício da Terra.
As conchas, chamadas frústulas, se encaixam como duas partes de uma caixa de comprimidos presas por um cinto. A variedade de formas de diatomáceas é impressionante. Algumas frústulas são redondas, outras em forma de bastão, outras triangulares e outras até mesmo em forma de estrela de cinco pontas. Suas superfícies são decoradas com padrões complexos.
Os microscópios de luz desde o século 19 revelaram algo sobre sua variedade e beleza. Os observadores fizeram desenhos da melhor maneira que puderam. À medida que os microscópios melhoravam e as câmeras se juntavam a eles, a maravilha da variedade e composição das diatomáceas ficava mais clara.
Pode-se imaginar admirar uma mão ampliada. No final da década de 1930, os microscópios eletrônicos inauguraram uma nova era de imagens detalhadas. Agora no século 21, a era da microscopia de super-resolução e outras técnicas permitem que toda a glória das diatomáceas entre em foco (veja, “Resolution Revolution’: Intelligent Design, Now at the Atomic Level”.
É como se pudéssemos andar dentro deles, olhando para os pilares e suportes e padrões artísticos bem acima.
A alegria da descoberta para nove microscopistas da Polônia e Alemanha, que escreveram sobre isso na Nature Scientific Reports, é palpável, não diminuída em nada por seu encantador inglês quebrado.
A concha de diatomáceas é um exemplo de estrutura siliciosa complexa que é um modelo adequado para demonstrar o processo de escavação na terceira dimensão usando técnicas de visualização modernas….
A natureza é uma fonte de materiais complexos que possuem uma ampla gama de propriedades complementares ou sinérgicas.
Estruturas multi-escala em organismos biológicos determinam seu comportamento, ao mesmo tempo, essa perfeição elegante deixa os cientistas maravilhados. Além do prazer, os engenheiros fazem tentativas de emular soluções, bem como designs inventados pela Natureza em inovações feitas pelo homem. Uma gama de avanços tecnológicos inspirados em organismos vivos também conhecidos como biomimética é ampla e se generalizou. Não há dúvida de que as soluções apresentadas pela Natureza estão bem à frente de todo material de engenharia . [Enfase adicionada.]
Izabela Zgłobicka et al. lembra os leitores de que as conchas de diatomáceas são extremamente difíceis para seu tamanho. Elas também são notavelmente resistentes a fraturas, capazes de suportar centenas de bilhões de pascal de pressão (um pascal é um quilograma por metro quadrado ao quadrado). Este fato, sem dúvida, surpreenderia o polímata Blaise Pascal (1623-1662), que investigou pressão, matemática, teologia, probabilidade e vários outros assuntos.
A morfologia de suas conchas siliciosas (= frústulas) é altamente elaborada. Substancialmente, muitos detalhes responsáveis pelas propriedades dessas estruturas, por exemplo, as mecânicas, podem ser observados por imagens de alta resolução. De acordo com a literatura, as propriedades mecânicas da frústula da diatomácea dependem da localização. Experimentos conduzidos em Navicula pelliculosa mostraram que os maiores valores do módulo de elasticidade e dureza, respectivamente até centenas de GPa e até 12 GPa, foram obtidos na parte central da frústula. Esses resultados foram confirmados por Subhash et al. conduzindo investigações de dureza e modos de fratura da frustula de Coscinodiscus concinnus, valores mais elevados foram obtidos no nódulo central que é sólido. Além disso, a resistência à fratura também depende do tamanho das diatomáceas. Esses valores são considerados notavelmente altos para conchas feitas de bio-sílica relativamente macia e discutidos em termos de células guardiãs dentro das frústulas contra predadores.
Surge a pergunta
Então, a proteção contra predadores requer esse nível de engenharia e beleza?
Deixe o leitor visitar este artigo de acesso aberto e olhar as figuras. À medida que as fotografias passam de imagens de microscópio de luz para as mais recentes usando EM, feixe de íons focalizado e nano tomografia de raios-X, a comparação com catedrais se torna aparente. Há design artístico em todos os sentidos!
“Os materiais com arquitetura natural apresentam grande variedade em forma, morfologia e estrutura”, concluem. Construir diatomáceas em escala superior pode ser um projeto de arte que vale a pena. Alguém poderia fazer joias no formato de diatomáceas. Um arquiteto poderia construir um palácio de cristal com base nas estruturas de suporte e nos padrões artísticos mostrados nas Figuras 3 a 5. O artigo ainda faz essa sugestão na última frase: “O uso dessas técnicas sofisticadas de visualização, como XCT e TXM, têm um significado especial de possível upscaling tal qual solução de base biogênica por impressão 3D”. Boa ideia! E se os construtores pudessem imitar a resistência à fratura e a dureza do material de diatomácea, haveria pouco risco de quebra.
Um mistério evolucionário
Em 2012, Michael Gross escreveu sobre “Os Mistérios das Diatomáceas” na revista Current Biology. Os darwinistas pensam que as diatomáceas surgiram repentinamente no Jurássico e então se diversificaram rapidamente nas 100.000 formas que temos hoje em uma “pequena fração da escala de tempo geológica”.
Eles acreditam nisso não porque uma série progressiva foi encontrada, mas porque as diatomáceas são tão bem-sucedidas que devem ser, de alguma forma, as mais “aptas” para a sobrevivência.
Talvez a endossimbiose estivesse envolvida, diz uma teoria. Nenhuma dessas especulações explica o artesanato de alta qualidade nas frústulas. Gross escreve,
As frústulas de sílica, com seus intrincados padrões em nanoescala, podem deixar qualquer nanotecnologista com inveja. A natureza pode produzir tais estruturas à temperatura ambiente e sob condições benignas, uma conquista que nossa tecnologia ainda não pode igualar.
Experiência de Engenharia
Outros pesquisadores notaram projetos funcionais em conchas de diatomáceas que sugerem engenharia de alta qualidade. Uma teoria é que as conchas protegem as células internas da luz ultravioleta por meio de “estruturas bandgap fotônicas” devido aos “padrões periódicos de 10-100 nm de orifícios, fendas e costelas”. Outra sugestão é que os poros nas conchas direcionem o comprimento de onda correto da luz para os fotocentros.
Antes de sugerir sua teoria de proteção contra a luz ultravioleta, Luis Ever Aguirre et al., escreveu na Nature Scientific Reports, veja analogias com invenções humanas em diatomáceas:
As frústulas do gênero Coscinodiscus atuam como lentes que focalizam a luz em um pequeno volume a uma distância da frustula, e esse volume é constante com a mudança da direção da iluminação da luz.
Também foi notado que as frústulas podem atuar como pequenos espectrógrafos, focalizando fótons em volumes específicos dentro da diatomácea, possivelmente para absorção pela clorofila e outros cromóforos.
Além disso, essas impressionantes características de engenharia são independentes da incrível força da frústula de diatomácea. Cientistas da Caltech em 2016 descobriram que minúsculas diatomáceas “possuem uma força enorme”. Suas conchas de sílica têm a maior força específica (resistência à quebra por unidade de densidade) “de qualquer material biológico conhecido, incluindo osso, chifres e dentes”. Esta é uma propriedade notável para um objeto de vidro!
“A sílica é um material forte, mas frágil. Por exemplo, quando você deixa cair um pedaço de vidro, ele se estilhaça”, diz Greer. “Mas arquitetar esse material no design complexo dessas conchas de diatomáceas, na verdade, cria uma estrutura que é resiliente contra danos. A presença dos orifícios desloca as concentrações de estresse na estrutura. ”
O trabalho de Zachary Aitken et al. foi publicado no PNAS.
Respostas de design unificado vão além da função local
É preciso se perguntar, olhando para essas imagens, como e por que as diatomáceas microscópicas “sem cérebro” fazem isso. Os padrões, únicos para cada espécie, parecem ir muito além de qualquer necessidade de sobrevivência, proteção ou reconhecimento de espécies. As fotos mostram que os padrões intrincados são encontrados não apenas por fora, mas também por dentro.
O organismo está olhando para sua própria catedral? Ou essa beleza é destinada a nós, seres humanos, como mentes e almas excepcionais, para refletir sobre o nível de engenharia dos sistemas biológicos ao nosso redor? Em caso afirmativo, é possível que as evidências tenham sido planejadas propositadamente para se desenvolverem ao longo do tempo à medida que nossa tecnologia melhorava, de modo que nunca ficaríamos sem evidências quanto mais atentássemos?
Alguns dos padrões de diatomáceas parecem revelar espirais de Fibonacci semelhantes às encontradas em cabeças de girassol e conchas de náutilo. Assista novamente a Nature by Numbers de Cristobal Vila.
A descoberta de belos padrões matematicamente precisos em múltiplas escalas em fenômenos díspares irá sugerir a muitos uma assinatura unificadora e inegável de uma inteligência projetista. Uma perspectiva de design não requer nenhuma narrativa sobre um funileiro cego descobrindo que o silício é útil para a sobrevivência. Em vez disso, apóia a hipótese de Deus: a melhor explicação para a engenharia, beleza e propósito onipresentes que nos cercam.
Em Defesa do Design Inteligente 