Com acelerador de partículas e IA, cientistas criam galeria 3D de formigas que revela detalhes microscópicos

Um acelerador de partículas, robôs e inteligência artificial ajudaram cientistas a fazer algo inédito: transformar milhares de formigas reais em modelos digitais tridimensionais extremamente detalhados. O resultado é uma biblioteca virtual com centenas de espécies, que pode ser explorada por pesquisadores, estudantes e até pela indústria do entretenimento. O projeto, descrito em março na revista Nature Methods, reuniu pesquisadores de universidades dos Estados Unidos, Japão e Alemanha. Usando uma infraestrutura de física de partículas, a equipe conseguiu digitalizar rapidamente 2 mil exemplares de formigas, pertencentes a 800 espécies diferentes. Até então, a técnica mais comum para estudar a anatomia de insetos era a microtomografia computadorizada, uma espécie de tomografia em miniatura que produz imagens tridimensionais extremamente detalhadas. O problema é o tempo, pois cada amostra pode levar até dez horas para ser escaneada. “Você obtém um conjunto de dados 3D muito rico, mas o processo é lento”, disse o entomologista Evan Economo, da Universidade de Maryland. Para acelerar o trabalho, os pesquisadores levaram os espécimes ao Instituto de Tecnologia de Karlsruhe, na Alemanha, onde um acelerador de partículas gera feixes intensos de raios X. Ali, um sistema robótico trocava automaticamente as amostras, escaneando uma formiga a cada 30 segundos. Segundo Julian Katzke, principal autor do estudo, fazer esse mesmo trabalho com equipamentos de laboratório levaria anos. “Estimamos que seriam necessários seis anos de operação contínua. Com o sistema usado em Karlsruhe, escaneamos 2 mil espécimes em uma semana.” Saiba mais Formigas digitais Os insetos vieram de museus e coleções científicas do mundo todo, preservados em etanol. Após o escaneamento, os pesquisadores obtiveram milhares de imagens bidimensionais que foram combinadas para formar modelos tridimensionais completos. Mas havia um problema: as formigas apareciam tortas ou em posições estranhas dentro das imagens. Para resolver isso, estudantes de ciência da computação desenvolveram ferramentas de inteligência artificial capazes de corrigir automaticamente a postura dos animais, fazendo com que pareçam estar em posições naturais. O resultado são modelos 3D interativos com resolução microscópica. É possível visualizar músculos, sistema nervoso, órgãos digestivos e ferrões com grande precisão. Essas formigas digitais também podem ser animadas ou inseridas em ambientes de realidade virtual. Um banco de dados da biodiversidade O projeto, chamado Antscan, criou um banco de dados aberto ao público. Qualquer pessoa pode baixar os arquivos ou explorar os modelos em um visualizador online. Para os cientistas, isso pode mudar a forma de estudar a biodiversidade. “Quando os espécimes são digitalizados, podemos construir bibliotecas de organismos que vão do laboratório à sala de aula ou até a estúdios de cinema”, disse Economo. Os dados já começaram a gerar novas descobertas. Em um estudo publicado em Science Advances, pesquisadores usaram os modelos para investigar se colônias de formigas se beneficiam mais de muitos trabalhadores pequenos ou de poucos indivíduos com corpos mais robustos. A análise mostrou que espécies com exoesqueletos mais finos — e portanto menos “caros” de produzir — tendem a formar colônias maiores. Como os modelos 3D permitem medir com precisão o volume da cutícula (a camada protetora do exoesqueleto), algo difícil de calcular antes, esse tipo de comparação se tornou possível em larga escala. Agora, a equipe pretende ampliar o banco de dados e aplicar a mesma abordagem a outros grupos de animais. A ideia mais ambiciosa é criar uma espécie de biblioteca digital da vida na Terra. “Estamos entrando na era do big data da biodiversidade”, disse Economo. “A possibilidade de integrar essas informações com genética e outras tecnologias é enorme.” Mais Lidas