Há séculos que as criaturas bioluminescentes despertam a curiosidade humana - dos pirilampos que piscam nos campos às ondas azuladas que cintilam quando certas algas marinhas florescem. O problema é que, na natureza, essa luz tende a ser fugaz, imprevisível e difícil de comandar.
Agora, uma equipa de investigadores descobriu uma forma de “ligar” algas bioluminescentes e mantê-las a emitir luz de forma contínua durante até 25 minutos, recorrendo apenas a soluções químicas simples.
Mais do que isso: integraram as algas vivas em estruturas impressas em 3D, que permaneceram viáveis e luminosas durante várias semanas.
Luz sustentada a partir de algas
Há muitos organismos capazes de brilhar. Pirilampos, peixes-rasco (anglerfish) e alguns cogumelos - e, nas profundezas do oceano, até 90% das criaturas poderão conseguir produzir a sua própria luz através de reacções químicas no interior das células.
Um desses organismos é a Pyrocystis lunula, um tipo de alga que liberta um clarão azul-gelo quando é perturbada por ondas ou pela passagem de embarcações. Alimenta-se de água do mar, luz solar e CO2, e normalmente só emite luz por uma fracção de segundo quando é agitada.
A questão que os investigadores da University of Colorado Boulder (UC Boulder) quiseram responder foi simples: seria possível mantê-la acesa? Não por milissegundos, mas por minutos - e não com agitação física, mas recorrendo à química.
Trabalhos anteriores já tinham sugerido que alguns compostos químicos poderiam activar a reacção bioluminescente da P. lunula.
A química mantém as algas a brilhar
Com isso em mente, a equipa testou duas soluções fáceis de preparar: uma ácida com pH 4, aproximadamente a acidez do sumo de tomate, e outra básica com pH 10, semelhante a um sabão suave. Ambas funcionaram.
A condição ácida foi a que mais surpreendeu: as algas emitiram uma luz intensa e mantiveram-se iluminadas durante até 25 minutos. Já a condição básica produziu um brilho mais difuso e menos duradouro.
Em qualquer dos casos, a emissão manteve-se de uma forma que não acontece em condições naturais.
“Foi um momento muito entusiasmante quando encontrámos o estimulante químico certo que permitiu que a luz se mantivesse acesa durante muito tempo”, afirmou a primeira autora do estudo, Giulia Brachi, investigadora associada na UC Boulder.
“Esta é a primeira vez que descobrimos como sustentar a luminescência.”
Luz viva impressa em 3D
Identificar o gatilho químico era apenas o primeiro passo. Transformar isso em algo utilizável era outra história.
A equipa incorporou as algas num hidrogel - um gel à base de água, obtido a partir de materiais naturais - e recorreu à impressão 3D para lhe dar forma, criando estruturas como um crescente ou o logótipo dos CU Buffalo. Formas que se mantinham coesas e retinham as algas no seu interior.
Quando estas estruturas impressas eram expostas à solução ácida, a P. lunula no interior acendia-se, iluminando toda a figura com um azul vivo.
E não se tratou de um brilho único seguido de morte do organismo. Dentro das estruturas impressas, as algas mantiveram-se vivas durante semanas - conservando 75 percent da luminosidade original após quatro semanas sob a condição ácida.
Isto não é apenas uma curiosidade de laboratório. É um material que vive, emite luz e persiste.
Para que isto poderá servir
As utilizações que os investigadores imaginam vão muito além de iluminação “gira” ou decorativa.
Uma das hipóteses mais apelativas envolve robots autónomos a operar em ambientes sem luz (exploração das grandes profundezas ou do espaço), que poderiam ser iluminados por material bioluminescente vivo em vez de baterias. Sem fonte de energia, sem recargas e sem cabos.
Há também um potencial de monitorização. A equipa está agora a investigar se a P. lunula reage a outros químicos para além de simples ácidos e bases.
Se reagir, estas algas poderão servir como um sensor vivo de qualidade da água - brilhando quando detectam a presença de toxinas.
“Este projecto foi uma ideia de alto risco”, disse o autor do estudo Wil Srubar, professor de Engenharia Civil, Ambiental e Arquitectónica na CU Boulder. “Tinha curiosidade em saber se conseguiríamos criar um mundo em que não usamos electricidade e, em vez disso, usamos biologia para produzir luz.”
“Esta descoberta abre realmente caminho para a engenharia de outros materiais e dispositivos de luz viva.”
Algas luminosas podem absorver carbono
Há ainda outro aspecto relevante da P. lunula que a distingue das fontes de iluminação convencionais.
Por ser fotossintética, retira carbono da água e transforma-o em energia à medida que cresce. Enquanto a iluminação tradicional emite carbono para produzir luz, aqui acontece o inverso.
“Estamos a armazenar carbono enquanto estamos a produzir luz, ao passo que, convencionalmente, emitimos carbono para iluminar espaços”, afirmou Srubar.
Resta saber se algas brilhantes chegarão algum dia, em escala, a salas de espectáculos, robots de exploração submarina ou sistemas de monitorização de água. Ainda assim, a capacidade subjacente - luz viva sustentada e controlável - está agora demonstrada.
Os próprios investigadores reconhecem o mais óbvio: sim, no futuro, festas poderão um dia ser iluminadas por algas vivas. Já se viu de tudo.
O estudo foi publicado na revista Science Advances.
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