Dilema da mesoescala: Por que o meso pode ser melhor que o macro e o micro
[Imagem: Sharadhi Nagaraja/Aalto University.]
Macro, meso e micro
O filósofo grego Protágoras (490-420 a.C.) disse que o homem é a medida de todas as coisas, mas hoje as coisas se complicaram bastante. A escala humana é conhecida como “macroescala”, ou escala macroscópica, e é intuitiva. A “microescala”, ou escala microscópica, também é fácil de delimitar, incluindo os organismos e partículas que não conseguimos ver diretamente, mas que sabemos que estão lá porque os detectamos por meio de nossos instrumentos, que essencialmente estendem nossa visão.
Mas a complicação continua porque não há uma fronteira definida entre ambas, o que leva à existência da “mesoescala”, de seres e objetos entre o microscópico e o macroscópico, o domínio de criaturas vivas minúsculas, como pequenas larvas, camarões, águas-vivas, etc.
E essas indefinições de escala afetam as equações da física que usamos para descrever a realidade. Por exemplo, enquanto o movimento de objetos e criaturas do reino macroscópico é governado pela inércia, aqueles do reino microscópico são governados pela viscosidade. Mas a mesoescala é ambas e nenhuma ao mesmo tempo, exigindo um novo conjunto de leis da física para descrevê-la.
Rafael Lara e colegas da Universidade Aalto, na Finlândia, estavam estudando justamente esse dilema entre inércia e viscosidade, quando conseguiram lançar uma primeira luz sobre como seres do reino mesoscópico conseguem se mover com uma velocidade que desafia as equações da física tanto da inércia quanto da viscosidade.
Lara descobriu que a chave para uma natação extremamente eficiente nesse ambiente não envolve apenas mover-se mais rápido ou aumentar de tamanho, mas sim um fenômeno de movimento não-recíproco conhecido como quebra da simetria de reversão temporal.
Esta descoberta ajuda não apenas a preencher uma lacuna no conhecimento da física fundamental, como também promete abrir caminho para aplicações como a mesorrobótica: Minúsculos robôs que poderão ser injetados no corpo de um paciente para administrar medicamentos ou realizar procedimentos médicos.
[Imagem: R. A. Lara et al. – 10.1038/s42005-025-02486-3]
Nade com inteligência, não com mais esforço
O estudo envolveu observar artêmias, pequenos crustáceos da ordem Anostraca que medem algo entre 400 e 1.500 micrômetros de comprimento, medindo as forças físicas em ação quando esses meso-organismos tentavam nadar na água presos a uma estrutura em balanço.
“Durante a natação, a artêmia flexiona uma parte articular da sua antena, descrevendo um formato de oito. Decidimos então quantificar e medir essa amplitude de movimento,” contou Nagaraja Sharadhi, membro da equipe.
O detalhe é que o movimento em forma de oito adiciona um grau de liberdade ao movimento da artêmia. E é isso que permite que o animal quebre a simetria de reversão temporal, um conceito da física que rege o movimento no reino microscópico.
“A simetria de reversão temporal significa que, se você filmar bactérias nadando, o movimento delas deve parecer diferente se o vídeo for reproduzido para frente ou para trás. Caso contrário, a bactéria não consegue se mover para frente. Esse é um requisito fundamental nesse regime de alta viscosidade na mecânica dos fluidos, mas não é mais um requisito na mesoescala,” explicou a professora Matilda Backholm.
Na mesoescala, as artêmias não precisam quebrar a simetria de reversão temporal para nadar, mas parecem fazê-lo mesmo assim com suas antenas. “Descobrimos que, quanto mais as artêmias quebram a simetria de reversão temporal, melhor elas nadam e maior é sua força propulsora. Isso é algo que ninguém havia conseguido medir diretamente em um organismo vivo antes,” disse Nagaraja.
[Imagem: R. A. Lara et al. – 10.1038/s42005-025-02486-3]
Mesorrobôs
O conhecimento da física da natação em mesoescala pode ajudar a construir e programar robôs em escala intermediária, ou mesorrobôs, para uso em áreas como a medicina.
“A ideia é ter robôs muito pequenos que administrem medicamentos em locais específicos do corpo. Por exemplo, entrando diretamente em um tumor com o medicamento, em vez de envenenar o corpo inteiro. Esses mesorrobôs seriam capazes de administrar quantidades maiores de medicamentos do que seus equivalentes microscópicos,” propõe Backholm.
Esta é uma área de pesquisa em que a ciência está correndo atrás da natureza, em busca das chamadas soluções biomiméticas. “A natureza já descobriu isso: Por meio da evolução ao longo de milhões de anos, os organismos se desenvolveram nos nadadores mais eficientes. No entanto, é somente agora que os engenheiros estão começando a obter uma compreensão mais profunda disso,” concluiu a pesquisadora.