Como a pele do tubarão-frade usa escamas em forma de presa para abrir a boca

A pele do tubarão-frade está coberta por escamas em forma de presa, tão grandes e dispostas de forma tão invulgar que os investigadores suspeitam que possam ser a chave para perceber como este animal consegue abrir a sua boca enorme para se alimentar.

Um novo estudo concluiu que essas escamas se juntam em manchas muito compactas, separadas por pregas de pele nua que se esticam quando as mandíbulas se escancaram.

Na maioria dos tubarões, a pele é revestida por escamas minúsculas, todas orientadas para a cauda, formando uma camada lisa que, em teoria, ajuda a reduzir o arrasto na água.

O tubarão-frade, porém, trocou esse “casaco” rígido e alinhado por uma solução capaz de dobrar e alongar. Para os autores, isto sugere que a evolução da pele desta espécie foi moldada mais pela alimentação do que pela velocidade. É também um modelo que engenheiros podem adaptar a materiais que tenham de ser, ao mesmo tempo, resistentes e flexíveis.

Uma descoberta acidental

A descoberta surgiu enquanto se procurava responder a outra pergunta. A equipa pretendia analisar as estruturas de filtração no interior da boca de tubarões-frade encalhados.

O trabalho foi liderado por Mike Schindler, estudante de doutoramento no laboratório de Mason Dean, na Universidade da Cidade de Hong Kong.

Tudo mudou quando a equipa tocou na pele. Ao contrário de outros tubarões, cuja superfície costuma ser firme mas relativamente suave, a pele do tubarão-frade prendeu-se e acabou por rasgar as luvas dos investigadores.

“Quando tocámos na pele do tubarão-frade com luvas, elas rasgaram-se rapidamente”, afirmou Schindler. Esse rasgão indicava que as escamas não estavam deitadas e orientadas para a cauda, como é habitual nos tubarões.

Os tubarões-frade estão entre os maiores peixes do oceano, apenas atrás do tubarão-baleia, podendo ultrapassar 9 metros (30 pés). Além disso, estão ameaçados e raramente ficam disponíveis para investigação. Por isso, a equipa recorreu a uma combinação de exemplares reais e a espécimes digitais de museus, para extrair o máximo de informação possível de cada caso.

Escamas em forma de presa, como blocos de pavimento

A “armadura” dos tubarões é composta por dentículos dérmicos - escamas semelhantes a pequenos dentes, com esmalte e polpa tal como nos dentes.

Na maioria das espécies, estes dentículos são microscópicos e inclinam-se para a cauda, num padrão liso que durante muito tempo foi interpretado como uma adaptação para deslizar com menos resistência. No entanto, um estudo que testou pele real de tubarão sugeriu que a história do arrasto é mais complexa.

No tubarão-frade, quase tudo foge ao padrão. Os dentículos são enormes para os padrões dos tubarões: chegam a cerca de 0,5 mm (0,02 polegadas) de largura, o suficiente para serem vistos sem microscópio. Além disso, em vez do gancho achatado mais comum, assumem uma forma mais próxima de uma presa. E essas “presas” parecem apontar em direcções quase aleatórias, em vez de se alinharem para trás.

Agrupadas em blocos compactos

Ainda mais estranho foi o modo como as escamas se organizam. Em vez de se distribuírem de forma uniforme pelo corpo, estas estruturas em forma de presa concentram-se em grupos apertados, aos quais a equipa chamou “blocos de pavimento”.

Estes blocos surgem com maior densidade nas zonas em que o corpo flecte e se deforma durante o movimento. Entre eles, existem faixas de pele nua, completamente sem escamas.

Houve outro detalhe que reforçou a singularidade do padrão. Normalmente, os dentículos de um tubarão mudam de forma da cabeça para a cauda; no tubarão-frade, pelo contrário, mantêm-se muito semelhantes ao longo do corpo, o que deixa a pele mais enrugada e pregueada, em vez de lisa.

Esticar para se alimentar

A forma como o tubarão-frade se alimenta ajuda a compreender por que razão uma pele extensível pode ser mais vantajosa do que uma pele lisa. Este animal nada lentamente com a boca aberta, com cerca de 0,9 metros (3 pés) de largura.

A água do mar entra e sai pelas guelras, onde estruturas eriçadas, semelhantes a pentes - os rastros branquiais - filtram os pequenos animais de que a espécie se alimenta.

É uma alimentação por filtração baseada na força do movimento: um tubarão de grande porte consegue empurrar mais de 378 500 litros (100 000 galões) de água através da boca a cada hora.

Para que isto funcione, a boca e a garganta insuflam e fecham repetidamente. Esse processo deforma a cabeça muito mais do que aquilo a que os tubarões nadadores rápidos normalmente submetem o seu corpo.

Como funcionam as pregas

É nesse “insuflar” constante que os blocos de pavimento parecem tornar-se essenciais. Os aglomerados de escamas são separados por pregas de pele nua e elástica, o que permite que a pele se abra ao longo desses intervalos quando a boca se alarga.

Quando as mandíbulas relaxam, as pregas voltam a aproximar-se. Ensaios de alongamento e digitalizações 3D apoiaram a hipótese de que estas pregas permitem que a pele se estenda muito mais do que conseguiria uma superfície totalmente blindada.

Os blocos também encaixam de forma engenhosa. Com a boca fechada, as escamas nas margens de cada bloco dobram-se sobre os intervalos nus e entrelaçam-se com as dos blocos vizinhos. Assim, a pele fica selada e nenhuma área macia permanece exposta.

Esta combinação de elasticidade e cobertura é coerente com outros trabalhos sobre o interior destes tubarões, que sugerem que a boca actua como um filtro afinado, e não como um simples coador.

Um compromisso evolutivo

Para perceber de onde veio esta pele, a equipa analisou o registo fóssil, comparando os dentículos gigantes com os de parentes extintos do tubarão-frade. O padrão parece ter raízes antigas.

Estas escamas peculiares surgem ao mesmo tempo que os primeiros indícios de anatomia adaptada à filtração. Isso aponta para uma evolução conjunta da pele e do estilo de alimentação, à medida que estes tubarões adoptaram uma dieta baseada em plâncton à deriva.

A natação lenta pode ter facilitado a transição. Um tubarão rápido precisa de escamas “presas” num desenho liso que ajude a reduzir o arrasto; já o ritmo calmo do tubarão-frade terá diminuído essa exigência.

Única entre os seus parentes

Outros estudos sobre espécies lentas também encontraram dentículos a afastarem-se do padrão organizado e de baixo arrasto.

“Suspeitamos que, devido à baixa velocidade de natação desta espécie, os dentículos deixaram de estar sujeitos a uma restrição”, disse Schindler - e isso terá permitido à pele assumir novas funções: esticar para facilitar a abertura da boca e impedir que parasitas se instalem nas pregas.

O que surpreendeu a equipa foi o grau de diferença do tubarão-frade, mesmo em comparação com espécies próximas. O seu parente vivo mais próximo, o tubarão-mangona, tem escamas comuns.

O mesmo acontece com outros grandes filtradores, como o tubarão-de-boca-grande, que retém plâncton de forma semelhante. Até agora, a pele em blocos de pavimento parece ser exclusiva do tubarão-frade.

Lições para engenheiros

Um material que se mantenha rígido numa direcção e, ao mesmo tempo, se estique livremente noutra é exactamente o tipo de desafio que engenheiros procuram resolver. O tubarão-frade combina essas propriedades há milhões de anos.

Os investigadores encaram a sua pele como um modelo para materiais com essas características, incluindo roupa desportiva extensível e ligaduras ou pensos médicos que acompanhem os movimentos do corpo sem rasgar.

O estudo deixa claro que a pele de tubarão pode ser muito mais do que uma camada feita para cortar o arrasto. Antes deste trabalho, nunca tinha sido feito um mapeamento tão detalhado das escamas sobredimensionadas em forma de presa do tubarão-frade e da forma anómala como se agrupam. E ninguém tinha associado as pregas nuas entre os blocos à capacidade do animal abrir tanto a boca.

O entendimento de base já mudou. Durante muito tempo, a armadura de um tubarão foi lida como uma simples ferramenta para avançar na água. Afinal, também pode funcionar como uma pele extensível, optimizada em torno do acto de comer.

O mesmo desenho pode vir a ser tão útil numa bancada de engenharia como tem sido no oceano aberto.