Planadores ao Luar
O inverno em uma floresta remota de Montana anuncia a chegada da época de acasalamento do esquilo-voador — e um dos espetáculos aéreos mais impressionantes da natureza.
Depois de passar o dia inteiro ouvindo avisos incessantes sobre “condições climáticas severas de inverno” e debruçando-me sobre manuais de equipamentos para determinar a temperatura mínima de operação de vários itens fotográficos, decidi manter o plano. Algumas horas e vários quilômetros de caminhada com raquetes de neve depois, eu estava trabalhando arduamente no crepúsculo de fevereiro, instalando linhas de flashes e câmeras de alta velocidade ao longo das clareiras na copa das árvores que emolduravam um lago na divisa da Reserva Selvagem Bob Marshall, em Montana. Eu sabia que essa margem do lago era um importante corredor de deslocamento para uma fêmea residente de esquilo-voador-do-norte ( Glaucomys sabrinus ) e, com base em observações de noites anteriores, esperava que meu sujeito noturno atravessasse o lago entre 2h20 e 2h50 da manhã.
Naquela altura, a temperatura prevista era de cerca de -30 graus Fahrenheit, aumentando consideravelmente as chances de falha da câmera. Mas era um risco que eu estava disposto a correr, pois sabia o quão espetaculares seriam as acrobacias daquela noite. Fevereiro marca o início da temporada de acasalamento do esquilo-voador-do-norte em Montana. Numa noite típica desse período, cada fêmea é escoltada pela floresta por um esquadrão de machos fervorosos, em constante disputa. Eram esses machos enérgicos e suas vertiginosas perseguições aéreas para o acasalamento que eu queria filmar.
Até recentemente, acreditava-se que os esquilos-voadores eram planadores passivos, usando seu extenso patágio — a membrana peluda que se estende do pescoço do esquilo até os membros anteriores e de volta aos membros posteriores — simplesmente para prolongar os saltos sobre as copas das árvores e para diminuir o impacto na aterrissagem. Durante o voo planado passivo, o deslocamento ocorre ao longo de uma trajetória linear descendente. É isso que os aviões de papel fazem, trocando altitude por distância horizontal. Embora planar dessa forma seja a forma mais barata de locomoção, também é a menos estável, porque qualquer mudança na postura, simetria das asas ou distribuição de peso tem o potencial de interromper o voo planado e resultar em uma queda incontrolável. Imagine um avião de papel com a adição repentina de um peso considerável em um dos lados, ou com uma asa que muda repentinamente de tamanho ou forma.
Assim que os cientistas começaram a estudar esquilos-voadores em laboratório, não demorou muito para descobrirem que não há nada de passivo ou constante no voo dessa espécie. Os pesquisadores acabariam por documentar nos esquilos-voadores uma variedade maior de modificações aerodinâmicas e tipos de voo do que havia sido descrito em qualquer outra espécie de animal planador. Em um único voo, um esquilo-voador poderia usar uma dúzia de técnicas diferentes de controle de voo e — para frustração dos estudantes de pós-graduação e assistentes de pesquisa encarregados de documentar os padrões — diferentes esquilos usariam diferentes combinações dessas técnicas. Ironicamente, o único tipo de voo que nunca foi observado nessa espécie é o planeio passivo.
À medida que mais e mais esquilos voavam por túneis de vento e ao longo de corredores isolados do departamento de biologia, ficou claro que os esquilos-voadores demonstram um notável desrespeito pelas restrições aerodinâmicas básicas. Por exemplo, os esquilos eram frequentemente registrados se movendo pelo ar com “ângulos de ataque” extraordinariamente altos, que é o ângulo entre a asa — neste caso, o patágio — e a direção do fluxo de ar. Aeronaves normalmente estolam quando seu ângulo de ataque atinge de 15 a 20 graus. Os esquilos-voadores rotineiramente atingem 60 graus, valores que excedem em muito os que resultariam no estol e na queda até mesmo dos jatos militares mais avançados. O estol é causado pela perda de sustentação. Isso ocorre quando a principal fonte de sustentação, os vórtices de ar — os redemoinhos de ar que se formam na borda de ataque de uma asa como resultado das diferenças de pressão abaixo e acima da asa — essencialmente deslizam pela superfície da asa em ângulos elevados. Exceto, evidentemente, quando a asa pertence a um esquilo-voador.
Assim que os cientistas começaram a estudar os esquilos-voadores, não demorou muito para descobrirem que eles demonstram um notável desrespeito pelas restrições aerodinâmicas básicas.
Graças à sua capacidade de gerar forças de sustentação impressionantes, os esquilos conseguem planar por grandes distâncias mesmo carregando cargas pesadas, como esta enorme pinha.
Outra descoberta de pesquisa em laboratório que desafiou a aerodinâmica básica do voo planado foi a capacidade do esquilo-voador de carregar objetos pesados em voo sem comprometer a altitude ou a trajetória. Em laboratório, observa-se rotineiramente que os esquilos geram forças de sustentação de até seis vezes o seu peso corporal, um feito que lhes permite alçar voo com coisas como sanduíches de pasta de amendoim roubados — ou, em condições mais naturais, pinhas enormes. De fato, mesmo estágios avançados de gravidez parecem ter pouco impacto na capacidade de voo dos esquilos.
Estudos de laboratório também descobriram que os esquilos voam a velocidades notavelmente altas e possuem uma capacidade intrigante de controlar sua aceleração durante todo o voo. Os benefícios disso são claros: o aumento da velocidade melhora a manobrabilidade, o que é crucial para um animal que voa por uma floresta repleta de obstáculos à noite. No entanto, as velocidades registradas excedem em muito aquelas que poderiam ser geradas por um voo planado. Em algum lugar no pequeno corpo do esquilo voador reside um mecanismo misterioso que, sem a força de batimento das asas ou combustão interna, gera uma sustentação excepcional, comparável à do voo motorizado.
A cada uma dessas descobertas, tornava-se cada vez mais óbvio que os esquilos-voadores são tão adaptados ao voo que simples desafios de laboratório, como planar de um poleiro para outro ou subir e descer escadas a pedido de assistentes de pesquisa, não eram suficientes para revelar todo o seu repertório de voo. Eu precisava levar meu estudo para a natureza, onde o desempenho de voo é uma questão de vida ou morte, ou pelo menos de sucesso reprodutivo. E foi isso que me trouxe a esta floresta no noroeste de Montana, no meio de uma noite gélida de fevereiro.
Naquela noite, pouco depois das 2h30 da manhã, sob uma lua quase cheia, na margem do lago, presenciei um espetáculo aéreo inesquecível. Tudo começou com uma nuvem de poeira de neve levantada por dois machos que se perseguiam nos galhos mais altos de um pinheiro. Um deles perdeu o equilíbrio e mergulhou em um voo planado sobre o lago, sendo imediatamente seguido pelo segundo macho, que também começou a planar rapidamente. Ambos pousaram e retomaram a disputa na copa das árvores do outro lado do lago, aparentemente sem muita perda de altitude, apesar de um voo planado de pelo menos 50 metros.
Logo depois, avistei a fêmea sentada tranquilamente acima de mim em um galho coberto de neve. Ela estava empoleirada contra o tronco da árvore, no meio da copa, inspecionando uma grande pinha, provavelmente deixada por um esquilo-vermelho mais cedo naquele dia. Alguns segundos depois, um terceiro macho saltou de paraquedas de uma árvore próxima, conseguindo, de alguma forma, direcionar o voo no final de sua descida quase vertical para pousar no tronco logo abaixo da fêmea. Um instante depois, a fêmea se agachou e, em um salto poderoso de 40 graus, com o corpo totalmente estendido e os membros abertos, lançou-se para o alto.
Mestres acrobatas aéreos, os esquilos-voadores utilizam uma variedade maior de modificações aerodinâmicas e tipos de voo do que qualquer outra espécie de animal planador já descrita.
Carregando um cogumelo na boca, este esquilo modifica ativamente o tamanho, a forma e a rigidez da membrana de sua asa para se locomover pela floresta.
Por um segundo ou dois, seu patágio permaneceu completamente dobrado, com a cauda achatada erguida verticalmente, proporcionando sustentação adicional. Quando atingiu o ápice do salto, com os flashes de alta velocidade iluminando cada movimento seu, ela abriu o patágio, achatando completamente a pelagem prateada do corpo e da cauda, e pareceu congelar no ar por alguns instantes antes de deslizar graciosamente para fora de vista sobre o lago coberto de neve. Por vários minutos, pude ver ocasionalmente nuvens de neve e ouvir os murmúrios abafados ecoando sobre a extensão congelada. Então, assim, de repente, o grupo desapareceu na escuridão e o silêncio da noite foi restaurado.
Passei as semanas seguintes analisando quadro a quadro as imagens que capturei dessa performance impressionante, decifrando a gama de soluções elegantes que os esquilos empregavam para resolver grandes problemas aerodinâmicos — algumas até então desconhecidas, outras sugeridas por pesquisas de laboratório. A principal delas era o extenso uso da “ponta da asa” pelos esquilos — uma haste cartilaginosa saliente na parte externa do pulso — uma espécie de sexto dedo alongado. Essa característica foi descrita pela primeira vez há 20 anos pelo mastozoólogo Richard Thorington, da Smithsonian Institution, que especulou que as pontas das asas eram usadas da mesma forma que as winglets dos jatos modernos. Essas placas metálicas verticais adicionadas às extremidades das asas revolucionaram o transporte aéreo depois que a NASA começou a instalá-las na década de 1970. Os esquilos-voadores desenvolveram pontas de asa cerca de 20 milhões de anos antes e vêm aperfeiçoando seu uso desde então.
Tanto nos esquilos quanto nas aeronaves, as pontas das asas defletem e retêm grandes vórtices de ar que se formam ao longo da borda de ataque das asas, gerando assim uma sustentação considerável. Mas, em uma diferença crucial em relação às aeronaves, os esquilos-voadores podem controlar de forma independente e dinâmica as pontas de suas asas, tanto à esquerda quanto à direita, dobrando-as e estendendo-as conforme necessário para modificar a velocidade e a trajetória dos voos planados. Isso lhes permite, por exemplo, fazer curvas acentuadas no ar para evitar obstáculos ou escapar de ataques de corujas.
Geração após geração, a seleção natural continuou a refinar a aerodinâmica dos esquilos-voadores. Enquanto os vórtices de ar tendem a se formar naturalmente durante o voo planado, os esquilos-voadores vão além. Eles geram ativamente vórtices adicionais e aumentam a sustentação, utilizando uma adaptação engenhosa que engenheiros humanos copiaram no projeto do primeiro jato supersônico do mundo, em 1969. Diferentemente da maioria dos mamíferos planadores, os esquilos-voadores possuem uma membrana adicional coberta de pelos entre o pescoço e os pulsos, que direciona o fluxo de ar para a porção principal do patágio, logo atrás. Essa membrana pode ser curvada para baixo, guiando o fluxo de ar e gerando aceleração e sustentação significativas durante a decolagem, e retraída durante perseguições em alta velocidade, ou achatada e fundida ao patágio principal em voos planados de longa distância. No decorrer de um único voo, o esquilo-voador integra precursores de algumas das melhores invenções da engenharia aeronáutica humana do último século, transformando-se impecavelmente de um projeto de avião supersônico com asas canard em um jato ágil e, finalmente, em uma aeronave de fuselagem integrada.
E então há a arma secreta definitiva do esquilo: o próprio patágio. Ele surge no início do desenvolvimento de cada esquilo como uma enorme protuberância de pele entre as patas traseiras e dianteiras — fazendo com que uma ninhada de esquilos-voadores bebês em um ninho pareça notavelmente com uma pilha de panquecas. À medida que os jovens esquilos crescem e se adaptam à sua pele desproporcional, diversos grupos musculares e nervosos preenchem o patágio. O resultado é um controle distribuído da membrana, com alguns músculos sendo controlados localmente e outros por centros nervosos distantes.
A importância desse controle distribuído reside no fato de que o esquilo consegue ajustar a ondulação e a rigidez da membrana de forma independente ao longo do patágio e entre os lados esquerdo e direito. Parte da asa pode ser rígida enquanto a outra parte é flexível, tudo em resposta a sinais nervosos de receptores de estiramento locais que detectam mínimas alterações no fluxo de ar. Combinado com uma ampla gama de movimentos dos membros durante o voo, esse controle local permite que os esquilos modifiquem ativamente o tamanho, a forma e a rigidez da asa durante uma perseguição aérea — desde uma membrana fina e totalmente estendida no meio de longos voos planados até paraquedas peludos totalmente inflados para desacelerar no final de descidas íngremes. Projetar uma asa que possa mudar instantaneamente em rigidez e configuração em resposta a mínimas alterações na pressão e no fluxo de ar locais continua sendo um sonho para os engenheiros aeronáuticos humanos.
Durante a decolagem e o pouso, os esquilos criam sustentação adicional controlando a orientação de pelos especializados ao longo das bordas das membranas de suas asas.
Durante um único voo planado, o esquilo-voador integra precursores de algumas das melhores invenções da engenharia aeronáutica humana.
Os músculos do patágio também controlam a orientação de cílios especializados nas bordas da membrana. Por exemplo, cílios excepcionalmente longos e rígidos na borda de ataque do patágio são frequentemente mantidos em ângulos variáveis durante a decolagem e o pouso, gerando múltiplos minivórtices que ficam presos na superfície da asa, proporcionando sustentação. Uma faixa desses cílios ao longo das laterais do patágio também gera turbulência local substancial durante o voo e — juntamente com uma superfície da asa flexível — parece criar um corredor de deslocamento para os vórtices de ar ao longo da borda da membrana planadora.
Agora está claro, a partir de nossas observações de campo, que as mudanças na sustentação e na aceleração durante o voo estão intimamente associadas a uma mudança na ondulação da membrana planadora e, em particular, à formação de ondas na superfície do patágio. Surpreendentemente, os esquilos parecem direcionar ativamente os vórtices de ar aprisionados sobre a superfície da membrana. A analogia mais próxima na engenharia humana seriam os tiltrotores — aeronaves, como o V-22 Osprey, com rotores de inclinação variável acoplados a asas fixas que combinam a alta velocidade e o alcance de um avião convencional com a capacidade de sustentação e a versatilidade de decolagem de um helicóptero. A diferença crucial é que os esquilos-voadores podem modificar instantaneamente o tamanho, o número e a localização de seus “rotores” em resposta a mínimas mudanças no fluxo de ar e na pressão — uma conquista que está muito além da engenharia aeronáutica moderna.
Ao final de uma longa temporada de campo, enquanto aguardava meu voo de volta para a Universidade do Arizona no Aeroporto Internacional de Great Falls, passei por uma das maiores coleções particulares de modelos de aeronaves ali expostas. A maioria das invenções em design aerodinâmico está representada — desde os aviões de asa delta e fuselagem asa-asa, como o conhecido Concorde e o bombardeiro furtivo B-2, até o menos conhecido projeto de asa de geometria variável que transforma um caça em um cruzador de longo alcance em pleno voo, passando pelos bizarros aviões canard com dois pares de asas.
Enquanto navego, tento imaginar como seria uma coleção das inovações da natureza para o voo animal. A natureza teve cerca de um bilhão de anos a mais para experimentar várias maneiras de levar animais tão diversos quanto insetos, anfíbios, répteis e mamíferos ao ar, então seria de se esperar que tal coleção fosse enorme. Surpreendentemente, não é o caso. Isso porque, ao longo da evolução, um animal voador típico pode acumular dezenas de soluções aerodinâmicas redundantes — algumas quase perfeitas, outras parcialmente funcionais, mas todas contribuindo para levar o animal ao ar, ao mesmo tempo que preservam caminhos ininterruptos para adaptações futuras. O resultado final é uma combinação valiosa de versatilidade funcional e robustez excepcional das soluções de voo da natureza — algo que ainda não conseguimos alcançar na engenharia humana. O esquilo-voador é um excelente exemplo disso, englobando facilmente, em um pequeno pacote peludo, o conteúdo de várias vitrines à minha frente: as características aerodinâmicas de aviões de transporte pesado, jatos militares ágeis, helicópteros com rotores móveis, planadores de asa flexível e muitas inovações que ainda não conseguimos alcançar.
