Como é possível que insetos e aranhas caminhem sobre a água ou paredes?

Os seres humanos não podem, em circunstâncias normais, andar sobre a água ou escalar superfícies verticais lisas. Mas muitos animais, como pequenos lagartos, caracóis, lesmas e artrópodes, facilmente escalam paredes ou se penduram na parte inferior de folhas lisas. Alguns, incluindo aranhas pesqueiras e aranhas-d'água, costumam andar na superfície da água. O tamanho pequeno une essas duas capacidades. Organismos pequenos têm proporções relativamente grandes de área de superfície para volume. Quando uma aranha põe uma perna na água, uma depressão semelhante a uma covinha se forma ao redor dela, e a água volta a subir para recuperar uma superfície lisa.

A força que se opõe a ambas as capacidades (gravidade) atua sobre a massa do animal, enquanto as forças que sustentam a escalada (adesão) e a caminhada sobre a água (tensão superficial e arrasto do fluido) estão relacionadas à superfície em contato com o substrato. Uma consequência geral da maneira como a relação Superfície/Volume muda com o tamanho é que animais maiores são mais influenciados pela gravidade e inércia, e animais menores são mais influenciados por forças de superfície, como adesão e arrasto de fluido.

Além do tamanho muito pequeno ser uma vantagem tanto para subir paredes quanto para caminhar sobre a água, os dois fenômenos são bem diferentes. Quando uma mosca sobe em um pedaço de vidro vertical, as forças adesivas entre suas almofadas tarsais e o vidro são suficientes para resistir tanto à tendência de deslizar para baixo quanto à tendência de cair da superfície do vidro.

Se você pudesse aumentar isometricamente o tamanho da mosca por um fator de 10, seu volume e seu peso aumentariam um fator de cerca de 10³, enquanto sua superfície em contato com o vidro aumentaria por um fator de cerca de 10². Essa criatura cairia no chão porque as forças adesivas um tanto aumentadas não podiam mais resistir ao grande aumento da força da gravidade; além disso, suas asas agora muito pequenas não permitiriam que ela voasse!

Para a aranha-dágua, também conhecido no Brasil como inseto-Jesus, ou a aranha-pescadora, a adesão é irrelevante; na verdade, as patas de ambos os animais têm uma superfície cerosa e hidrofóbica que repele a água, de modo que nenhum deles é molhado pela água em que está. Como as pernas não são molhadas pela água, o animal não fica submerso até que a força da gravidade -o peso do animal- exceda o componente vertical oposto da tensão superficial da água. O componente oposto da tensão superficial é proporcional ao perímetro da perna onde está em contato com a água.

Novamente, imaginar um aumento isométrico no tamanho do animal é instrutivo; se você aumentasse as dimensões lineares de uma aranha-pescadora por um fator de 10, seu peso aumentaria por um fator de cerca de 10³, enquanto seu perímetro em contato com a água aumentaria por um fator de apenas 10¹. A aranha pode não afundar porque pode não ser mais densa que a água, mas provavelmente ficará submersa.

De fato, a tensão superficial permite que os insetos-Jesus permaneçam altos e secos. "Ondulações" na água criadas pela pressão das pernas do inseto permitem que ele se mova em um ambiente quase sem atrito. Ironicamente, tanto para a mosca quanto para a aranha-pescadora, os atributos que possibilitam o suporte também inibem a locomoção. Para a mosca, quanto mais firmemente ela adere à parede, mais energia ela deve gastar na locomoção porque a cada passo as forças de adesão devem ser superadas; mais um lugar onde a seleção natural promoveu um compromisso.

Ou seja, a mesma hidrofobicidade da superfície do animal que permite que a tensão superficial da água sustente o animal também dificulta a locomoção no estilo terrestre na superfície da água. A quantidade muito pequena de interação entre as moléculas de água e as moléculas de cera da superfície do animal reduz o atrito a uma pequena fração da quantidade que ancoraria o pé do animal a um substrato sólido.

Felizmente, o peso do animal, quando suportado pela tensão superficial da água, empurra os pontos de contato para baixo, criando ondulações na superfície da água. Quando as pernas são movidas para trás para impulsionar o corpo para a frente, são as pernas com suas covinhas que se movem para trás, e é o arrasto da água passando por essa perna/covinha que dá à aranha algo para empurrar/remar.