Alison Sweeney hámuito suspeita que os melhores projetos de inovação já existem na natureza.

Eles são criptografados na iridescaªncia de mariscos gigantes. Eles estãoescondidos nos olhos das lulas do meio do oceano. Eles estãoinscritos nos padraµes dasuperfÍcie do pa³len.

Vocaª apenas tem que olhar de perto para eles e determinar como eles funcionam, diz Sweeney, um professor associado de física e ecologia e biologia evolutiva (EEB) na Faculdade de Artes e Ciências.

Sweeney ingressou no corpo docente de Yale em 2019. Seu laboratório se concentra na evolução da matéria mole biológica e nos mecanismos pelos quais elas se agrupam ao longo do tempo. Compreender esses mecanismos, diz ela, pode oferecer os meios para a criação de novos biocombusta­veis, produtos químicos e materiais que ajudam a sustentar o planeta Terra.

Sweeney conversou recentemente sobre sua pesquisa.

Alison Sweeney:  Em primeiro lugar, fui desenhada para ser uma cientista quando percebi que a evolução émuito mais inteligente e sutil do que nós. A inteligaªncia evoluciona¡ria - as coisas inteligentes que resultam do processo iterativo de evolução - écapaz de chegar a soluções incra­veis para questões que continuamos a colocar hoje.

Uma lente realmente bonita para ver e compreender essa inteligaªncia estãono reino da a³tica. a‰ uma pergunta muito simples de se fazer: "Como a luz se propaga atravanãs de um material e quais implicações isso tem para a função a³ptica?" Eu percebi bem cedo na pós-graduação que fazer essas perguntas a³pticas sobre materiais evolua­dos era uma boa maneira de chegar a respostas satisfata³rias, a s vezes literalmente claras, sobre o que a evolução estava fazendo. Desde então, passei para outras questões de engenharia, mas essa noção de que questões a³pticas levariam a boas respostas foi um insight inicial para mim.

Sweeney:  Para mim, são dois tipos diferentes de rigor que considero satisfata³rios.

EEB traz consigo uma riqueza muito especa­fica de conhecimento sobre a diversidade animal. Em meu laboratório, estudamos moluscos gigantes e, embora tenhamos a tendaªncia de falar sobre eles como animais compostos, existem de sete a dez espanãcies de moluscos gigantes. Cada um deles tem suas próprias sutilezas e nuances de onde gostam de viver e como são. Vocaª não pode fazer um brainstorming ou resolver problemas sobre seus mecanismos evolutivos, a menos que tenha feito o trabalho a¡rduo de biologia organizacional para descobrir todas as diferenças.

Por outro lado, os fa­sicos são famosos por serem rigorosos quanto aos mecanismos. Os fa­sicos não estãointeressados ​​em problemas ou ideias que não podem ser expressos ou descritos como linhas matemáticas. Essa éuma forma esclarecedora de ver o mundo que eu realmente gosto. Essa combinação de saber exatamente do que estamos falando em termos de diversidade de organismos, e então essa ideia de que, se eu não consigo escrever em matemática, talvez deva passar para outra coisa - adoro isso. Procuro lugares onde possa tricotar essas duas coisas, e mariscos gigantes são um desses lugares.

Sweeney:  Estamos trabalhando em um artigo agora que afirma veementemente que os moluscos gigantes são o sistema de energia solar mais eficiente da Terra. Com isso, quero dizer que os moluscos gigantes absorvem a maior fração da luz solar e a convertem em energia química. Podemos compara¡-lo a qualquer outro sistema, desde florestas tropicais atécampos de milho em Iowa. O que mais se aproxima são as florestas boreais de abetos. Na verdade, achamos que o molusco gigante fez uma recapitulação das estratanãgias de colheita solar que existem nas florestas de abetos - eles apenas espremeram tudo.

a‰ aqui que entra a física. Podemos escrever uma descrição matemática de como isso funciona. Tem a ver com a maneira como a luz se espalha daspartículas esfanãricas para assuperfÍcies verticais. O que os moluscos gigantes e as florestas de abetos descobriram éque vocêpode absorver fisicamente muito mais luz solar se suassuperfÍcies de absorção forem paralelas a  luz incidente, em vez de perpendiculares a elas. E então vocêtem que espalhar essa luz sobre assuperfÍcies verticais.

As florestas de amaªijoas e abetos tem esses pilares verticais e um mecanismo para redistribuir e envolver a luz em torno deles. As florestas de abetos são cercadas por uma nanãvoa nebulosa que atua como uma camada de redistribuição de luz e as próprias a¡rvores são captadores verticais de luz; nos moluscos, seus irida³citos [células cheias de cristais iridescentes] são muito parecidos com nuvens e hápilares dentro dos moluscos que captam a luz.

Sweeney:  Saber como controlar padraµes desuperfÍcie na escala de alguns nana´metros émuito útil para a química, ciência dos materiais, ciência qua¢ntica e vários outros campos. E acontece que o pa³len faz isso primorosamente.

Por meio de nosso trabalho, agora conhecemos a física subjacente de onde vão as formas do pa³len. Embora estejamos convencidos de que no pa³len esses padraµes são aleata³rios, podemos mostrar aos engenheiros como o pa³len controla as formas dasuperfÍcie em nanoescala.

Sweeney:  Os olhos humanos são capazes de desviar a luz por causa da ca³rnea, que coloca ar e águana frente do olho. Mas quando vocêéuma lula vivendo no oceano, vocênão tem uma ca³rnea. Vocaª tem que fazer essa grande lente esfanãrica que faz o trabalho tanto da lente quanto da ca³rnea.

Lulas e peixes precisam dessa esfera grande e densa para ter poder de curvatura de luz suficiente para fazer boas fotos no oceano, mas as esferas sozinhas sofrem de aberração esfanãrica - elas perdem o foco. Para corrigir isso, eles precisam construir um gradiente de densidade de protea­nas em suas lentes que compensa a aberração esfanãrica. Essa parte éconhecida hámuito tempo, mas descobrimos como, especificamente, a lula constra³i esse gradiente de densidade, por meio da automontagem.

Na física, existe uma teoria de como aspartículas com pontos “pegajosos” são capazes de se automontar de maneiras aºteis. a‰ chamado departículas fragmentadas e funciona assim: temos uma coleção departículas - quase como tijolos de Lego - com um certo número de pontos pegajosos. Se vocêsouber exatamente a aparaªncia de seus tijolos /partículas, podera¡ prever o que obtera¡ quando eles se montarem. Essa teoria vive principalmente no reino das equações, mas descobrimos que o que as lentes de lula fazem éconstruir esses pequenos blocos de Lego com protea­nas que, então, fazem as coisas que deveriam fazer. a‰ o primeiro exemplo natural da teoria daspartículas fragmentadas.

De forma realista, os engenheiros gostariam de aproveitar esse princa­pio para construir materiais enderea§a¡veis ​​que saibam para onde estãoindo em uma montagem. O squid nos mostra este exemplo totalmente trabalhado de como fazer um material sofisticado e enderea§a¡vel dessa maneira.

Sweeney:  O que realmente torna nosso trabalho possí­vel são os computadores e a capacidade de fazer simulações numanãricas desses sistemas biola³gicos. Por exemplo, digamos que eu quisesse jogar um monte departículas pegajosas em uma caixa e ver como elas interagiriam por um longo período de tempo - esse tipo de simulação depende da computação moderna. Isso nos permite criar essa ligação entre teoria e biologia que não teria sido possí­vel antes.

Sweeney:  Meus colegas de Yale, Casey Dunn, Jing Yan e eu temos uma nova colaboração em torno das redes de pola­mero extracelular que as células biológicas criam. Ha¡ uma indicação de que o ponto de inflexa£o entre a química das coisas pequenas e as propriedades dos materiais das coisas grandes ocorre quando células individuais comea§am a se tornar conjuntos de células. Então, como as células individuais aprenderam a fazer materiais, se a produção desses materiais dependia da cooperação com outras células? Esperamos conseguir isso observando as redes de pola­mero, em vez de observar o comportamento das células.