Nova pesquisa sobre a biomecânica da dispersão explosiva de sementes em pepinos esguichadores (Ecballium elatério) revela como essas plantas adaptaram um conjunto de características únicas que ajudam a impulsionar suas sementes de alta velocidade para longe e em grandes distâncias. A pesquisa foi apresentada por Helen Gorges na Conferência Anual da Sociedade de Biologia Experimental, em Antuérpia.

A dispersão de sementes ocorre de diversas formas, e muito se sabe sobre a dispersão assistida por animais, vento e água, mas pouco se sabe sobre os mecanismos de dispersão autopropulsados das plantas. Um deles é a dispersão balística do pepino-esguichador, que utiliza explosões de alta pressão para ejetar suas sementes em alta velocidade por grandes distâncias.

O pesquisador principal, Helen Gorges, é um estudante de doutorado especializado em morfologia funcional e biomecânica na Universidade de Kiel. Lá, ela utiliza tecnologias de imagem de ponta, como videografia de alta velocidade e microtomografia computadorizada, para compreender os movimentos rápidos das plantas.

Essa dramática demonstração botânica é um dos exemplos mais espetaculares da natureza de dispersão balística de sementes, uma estratégia que evoluiu independentemente. em pelo menos 23 famílias de plantas apesar de sua raridade no reino vegetal.

"Muitos fatores precisam interagir perfeitamente para dispersar as sementes da maneira mais eficiente, sem destruir a planta inteira prematuramente", diz Gorges.

Para reduzir a competição direta por espaço e recursos entre plantas-mãe e descendentes, existe um impulso evolutivo que leva as plantas a dispersarem suas sementes o mais longe possível. A pesquisa conduzida pela Dra. Gorges teve como objetivo explorar os mecanismos que controlam o fruto do pepino durante o amadurecimento e maximizar suas chances de dispersão bem-sucedida.

A Dra. Gorges e sua equipe utilizaram microtomografia computadorizada para criar um modelo 3D da fruta inteira, além de imagens de micro-CT e videografia de alta velocidade para capturar a explosão da fruta em detalhes precisos. "Registramos a explosão da fruta com vídeos em alta velocidade a 1,000 fps e 10,000 fps para calcular a velocidade das sementes e as possíveis distâncias de lançamento", afirma a Dra. Gorges. "Também analisamos imagens durante o amadurecimento das frutas para medir a curvatura do pedúnculo e o ângulo entre a fruta e o pedúnculo."

Pesquisas recentes de outros botânicos descobriram que há muita interação entre o fruto e o caule, antes da explosão. Curiosamente, apesar da necessidade de pressão para empurrar as sementes para fora, Box e colegas descobriram que há um movimento de fluido do fruto para o caule. Isso tem o efeito de alterar a posição da fruta para melhorar o ângulo de disparo.

Gorges e colegas também descobriram que o caule da fruta se endireita durante o amadurecimento. Eles observaram que isso cria um ângulo médio de 53°, próximo ao ângulo teórico perfeito de 50°, que maximizaria a distância de tiro.

A equipe descobriu que as sementes podem atingir velocidades de até 29 quilômetros por hora e alcançar distâncias de até 12 metros. "É superinteressante observar as explosões por meio de gravações em alta velocidade, já que elas acontecem rápido demais para vermos algo em tempo real!", diz a Sra. Gorges.

Além disso, a equipe descobriu que as sementes sempre saem da fruta voltadas para o mesmo lado e produzem uma camada mucilaginosa quando molhadas, o que as torna um adesivo quando seca e melhora as condições para germinação.

Um dos enigmas para os botânicos é que, apesar de sua eficácia, a dispersão balística permanece incomum entre as plantas. O trabalho de Gorges e colegas pode ajudar a explicar isso, proporcionando aos cientistas uma melhor compreensão do esforço necessário para desenvolver órgãos especializados para dispersão, bem como das restrições ao tamanho e formato das sementes.

A pesquisa não vai ajudar a desenvolver um pepino mais poderoso e letal. Em vez disso, as descobertas têm aplicações potenciais para sistemas de lançamento bioinspirados, como atuadores à base de hidrogel para ferramentas médicas e microrrobôs. "Há também muitas aplicações em robótica flexível, sistemas de administração de medicamentos e dispositivos similares, onde sistemas de lançamento com eficiência energética são desejáveis", afirma a Sra. Gorges.

Imagem da capa: Close up de pepino esguichando, Ecballium elatério. Imagem: Mohamed Haddad / Canva.