No dia 11 de abril, pesquisadores do Institute of Science and Technology Austria, em colaboração com a Universidade da Califórnia em San Diego, demonstraram que a bactéria Escherichia coli consegue rotacionar discos microscópicos perfeitamente simétricos sem tocá-los.
O movimento ocorre exclusivamente por interações hidrodinâmicas geradas pela rotação do flagelo das bactérias. Conforme detalhou o portal Phys.org, a descoberta, publicada na revista Nature Physics, desafia o entendimento anterior de que apenas objetos assimétricos poderiam ser girados em meio bacteriano.
Até então acreditava-se que formatos irregulares seriam essenciais para que as bactérias exercessem pressão desigual e provocassem rotação. Experimentos prévios já haviam registrado que agregados de coloides adesivos misturados a bactérias ativas giravam no sentido horário em razão da rotação dos flagelos no mesmo sentido.
No novo estudo, no entanto, discos impressos em três dimensões e introduzidos em um banho ativo de água com Escherichia coli surpreenderam a equipe ao começarem a girar mesmo possuindo simetria perfeita e sem qualquer assimetria física.
Modelos dotados de pequenos compartimentos internos projetados em direção ao centro do disco exibiram rotação ainda mais intensa. Essas cavidades funcionaram como pás que amplificaram o efeito hidrodinâmico.
Um disco equipado com apenas um compartimento aberto iniciou sua rotação imediatamente após uma Escherichia coli nadar por baixo dele. Os resultados confirmaram que não há necessidade de contato direto com as paredes do disco para que o movimento se estabeleça.
A explicação reside na própria mecânica do nado das bactérias. Enquanto nadam, as Escherichia coli giram seu corpo em um sentido e o flagelo no sentido oposto. Essa rotação dupla distorce o fluido ao redor, gerando um dipolo de torque que exerce força de tração sobre a face inferior do disco.
Embora as rotações individuais se cancelem no centro do objeto, a distribuição espacial dessa distorção fluida produz torque líquido suficiente para induzir a rotação completa do disco.
O fenômeno depende de forma crítica do confinamento. As bactérias precisam nadar sob o disco dentro de um canal microscópico para que o campo hidrodinâmico persista e não se dissipe rapidamente no ambiente.
Sob essas condições, o mecanismo torna-se cumulativo, de modo que quanto maior o número de bactérias envolvidas, mais intensa e duradoura se torna a rotação observada. O estudo, formalizado no artigo Hydrodynamics converts chiral flagellar rotation into contactless actuation of microdiscs, assinado por Daniel Grober, Tanumoy Dhar, David Saintillan e Jérémie Palacci, oferece modelos quantitativos que conectam a escala microscópica da rotação dos flagelos ao movimento de estruturas milhares de vezes maiores.
As implicações se estendem tanto ao mundo natural quanto ao tecnológico. Em biofilmes e solos que frequentemente apresentam espaços confinados semelhantes, esse tipo de torque hidrodinâmico pode influenciar a resistência bacteriana e a movimentação de partículas microscópicas.
Do ponto de vista da engenharia, a descoberta pavimenta o caminho para o desenvolvimento de micromáquinas impulsionadas por bactérias, materiais auto-organizáveis e estratégias médicas inovadoras que utilizem movimento em escala reduzida para entrega direcionada de fármacos ou remoção de biofilmes indesejados.
A pesquisa representa uma virada na física fundamental ao provar que a simetria geométrica de um objeto não constitui barreira intransponível quando o ambiente confinado e as interações fluidas assimétricas induzidas pelos microrganismos geram fluxo efetivo. Com isso, amplia-se o entendimento sobre micromovimentos em tecidos biológicos, solos e sistemas vivos, abrindo perspectivas para tecnologias sustentáveis que exploram o potencial dos motores vivos em escala invisível.
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