Como é que as cobras escalam sem membros?

Animais fazem as coisas mais incríveis. Leia sobre eles nesta série de Janaki Lenin.

Uma cobra de árvore marrom sobe a um poste com pinos. Crédito: Bruce Jayne

Snakes escalam árvores sem o auxílio de mãos, pés, garras, ou apoios de pés pegajosos. Elas também rastejam, esburacam, nadam, e até deslizam pelo ar. O que quer que façam, o seu plano corporal não se altera. As cobras aquáticas não têm barbatanas, as cobras voadoras não têm asas, nem as cobras escavadoras têm garras. Mas elas afinaram os seus corpos de forma subtil. Trepadeiras especializadas são esbeltas com longas caudas que são frequentemente preênsil, capazes de se enrolar em torno de galhos. Rastejadores terrestres como jiboas estão no lado pesado, com caudas curtas. Todas as serpentes marinhas se impulsionam com caudas planas, tipo remo.

As serpentes trepam dobrando e flexionando todo o comprimento de seus corpos tubulares. As suas barrigas brilhantes podem parecer inadequadas para a escalada, mas deslizam sobre a casca das árvores ásperas. Se fossem ásperas, causariam fricção e atrasariam o progresso dos répteis.

Troncos de árvores variam de suaves a ásperos. Troncos e paredes de árvores lisas, que não oferecem nenhuma base de apoio, derrotam algumas cobras. Trepadores de árvores como as serpentes de rato ocidentais evitam subir árvores de casca lisa através dos EUA.

As serpentes de árvores castanhas do Pacífico Sul estão entre as trepadeiras de elite. Durante a Segunda Guerra Mundial, elas invadiram a ilha do Pacífico de Guam como praticantes clandestinos em navios de carga. Sem predadores para mantê-las sob controle, seus números ficaram fora de controle. Nenhuma parte da ilha está a salvo deles. As serpentes já dizimaram espécies nativas de aves e mamíferos. E causam quedas de energia ao subir em postes eléctricos e causar curto-circuitos.

Qual é o segredo da sua excepcional habilidade de escalada?

Uma serpente de árvore castanha sobe a um poste escorregadio. Crédito: Bruce Jayne

Um professor de biomecânica, Bruce Jayne, e seus alunos da Universidade de Cincinnati, Estados Unidos, conduziram uma experiência. Eles colocaram jibóias robustas, cobras de milho de peso médio, e as cobras marrons finas e ágeis através de seus passos. As serpentes de milho são versáteis, caçando na terra e nas árvores. As 37 candidatas tinham o mesmo tamanho, entre um metro e meio de comprimento.

Os pesquisadores simularam diferentes texturas de tronco de árvores, conduzindo as cavilhas para cilindros lisos. As cavilhas estavam quase niveladas com os postes ou enfiadas até 4 cm. Os pesquisadores também mudaram o grau de inclinação dos cilindros de horizontal para vertical. Eles observaram como as serpentes se movimentavam à medida que o declive aumentava e as cavilhas diminuíam em comprimento. Em todos os pesquisadores foram realizadas cerca de 10.000 tentativas.

Quando as cavilhas eram altas e inclinadas rasas, as serpentes subiam normalmente, empurrando-se contra as cavilhas e zigue-zagueando para cima.

A parte mais difícil da experiência para todas as serpentes era subir num cilindro quase vertical, sem nenhuma cavilha. Depois recorreram a um tipo único de locomoção chamada concertina. Elas se acotovelavam firmemente ao redor do cilindro duas ou três vezes, esticadas para frente e se acotovelavam novamente, enquanto arrastavam a parte inferior do corpo para cima. Como esta marcha requer mais esforço para não escorregar, as serpentes progrediram lentamente.

Como os pesquisadores forneceram as cavilhas mais curtas, 1 mm. de comprimento, as serpentes de árvores marrons deslizaram na sua marcha sinuosa normal. Mas as jibóias contrárias e as serpentes de milho, no entanto, plodiram em estilo concertina até as cavilhas serem suficientemente longas para alavancar o seu corpo para cima.

Embora as jibóias fossem as mais lentas, elas usaram a sua força muscular para agarrar e escalar o poste. Os pesquisadores dizem que as serpentes lidam com diferentes estruturas modificando seu comportamento.

A locomoção da jibóia é sete vezes mais consumidora de energia do que a ondulação sinuosa normal. É provavelmente por isso que as serpentes de árvores marrons em Guam evitam brilhar nos postes elétricos, diz Jayne. Em vez disso, elas escalam os fios finos que suportam os postes.

Serpentes tricelulares prefeririam poupar energia e recorrer ao estilo concertina o mínimo possível. O que dá às serpentes de árvore castanhas a capacidade de escalar declives íngremes com pouco apoio?

As escamas de barriga das serpentes de árvore estendem-se ao longo da largura do corpo. Em outras cobras, como as jibóias, estas escalas são mais curtas e não cobrem toda a barriga. Estas escamas sobrepõem-se umas às outras como telhas dispostas num telhado.

Herpetologistas sabem há muito tempo que as serpentes trepadeiras como as serpentes de bronze, cobras voadoras e algumas serpentes lobo da Ásia têm um entalhe em ambos os lados das suas escamas de barriga. As serpentes de árvores marrons também as têm. Isto ajuda-as a criar uma dobra onde as escamas do ventre se encontram com as pequenas escamas que cobrem as suas costas. Esta prega, chamada quilha ventrolateral, agarra a menor irregularidade nas árvores e paredes. As escamas sobrepostas actuam como dentes numa engrenagem, excepto que estão apontadas para trás.

Vistas ventrolaterais das três espécies em estudo mostrando a variação de forma e a morfologia das escamas ventrais. (A) Boa constrictor. (B) Serpente de milho. (C) Serpente de árvore marrom. Crédito: Bruce Jayne

“Nosso achado mais notável é como a quilha ajuda a evitar o escorregamento e permite que as cobras usem um tipo de rastejamento que não só é rápido como provavelmente economiza energia”, diz Jayne. “Isto torna-se mais importante à medida que a inclinação da superfície aumenta. Por exemplo, as serpentes de árvores marrons foram capazes de subir a direito por um cilindro vertical apenas empurrando contra cavilhas que tinham apenas 1 mm de altura”

Serpentes de montanha usam dispositivos de correias para quebrar uma queda. Os dispositivos de barriga das cobras são estas dobras de barriga afiadas. As serpentes de milho também têm um pouco de borda, mas não é tão pronunciada como a das serpentes de árvores marrons”. Sem esta característica elegante, as jibóias investem a sua força e energia para escalar em postes escorregadios ao estilo de concertinas.

Esta dobra muda a forma transversal das serpentes. A maioria das cobras, como as jiboas, são quase redondas em secção transversal. As cobras de milho assemelham-se a um pão de forma – redondo na parte superior, enquanto a parte inferior tem cantos. Nas serpentes de árvores marrons, a dobra projeta-se acentuadamente para fora do corpo.

Os corpos não são feitos para escalar, uma vez que rolariam para fora das ligeiras protuberâncias. Mesmo as cobras das árvores castanhas perdem a sua capacidade de escalada quando têm a barriga pesada com comida ou ovos.

Os resultados desta experiência levantam mais questões. “Algumas cobras, como as cobras planadoras do gênero Chrysopelea, podem formar um cume ainda mais aguçado ao longo da barriga do que as cobras marrons”, disse Jayne ao The Wire. “Mas ainda nos faltam dados experimentais testando sua capacidade de escalar diferentes superfícies com uma grande variedade de texturas”

Jayne espera colocar os resultados deste experimento em uso no mundo real. Ele propõe projetar um material à prova de cobras de árvores que impediria as cobras marrons de escalar árvores ou postes específicos em Guam. Por exemplo, proteger os fios dos postes elétricos evitaria quedas de energia, e envolver o material ao redor das árvores protegeria os ninhos de pássaros vulneráveis da predação.

“As cobras castanhas das árvores acham tremendamente difícil subir em tubos de PVC com diâmetro superior a cerca de 10 cm se for mais íngreme que uma inclinação de 45 graus”, diz Jayne. “Alguns estudos mais antigos de outros descobriram que raspar a casca dos troncos das árvores para torná-la mais suave pode ser muito eficaz para evitar que certas espécies de cobras de rato norte-americanas subam e tenham acesso aos troncos das árvores. No entanto, ainda não sabemos se tal abordagem poderia tornar o tronco de uma árvore suficientemente liso para evitar que as cobras marrons subam a uma superfície natural tão modificada. No entanto, acredito que ambas as abordagens são muito promissoras e definitivamente valem a pena fazer uma pesquisa de acompanhamento para testar diretamente a eficácia sob condições de campo”.

Além disso, Jayne desenvolve robôs usando desenhos de inspiração biológica em colaboração com engenheiros. Robôs imitadores de cobras podem subir dentro de tubos e espaços apertados que de outra forma seriam difíceis para os humanos e robôs com rodas para manobrar.

Desde que a locomoção de concertina é energia cara, ele a usaria em projetos de robôs?

“Muitas vezes os parâmetros de projeto, além da economia energética, são de importância primordial”, responde Jayne. “Se um tipo de movimento é econômico, pode ser inútil se não permitir que um animal ou uma máquina se mova em uma determinada superfície”. Por exemplo, todas as serpentes do nosso estudo usaram a locomoção de concertina nos cilindros lisos e íngremes que não tinham nenhuma cavilha, e o agarramento por fricção é uma estratégia muito eficaz para evitar o deslizamento em tais circunstâncias”

O estudo foi publicado no Journal of Experimental Biology em 17 de dezembro de 2015.

Janaki Lenin é o autor de My Husband and Other Animals. Ela vive numa floresta com o serpenteiro Rom Whitaker e tweets em @janakilenin.