Los tiburones pierden dientes durante toda su vida, reemplazándolos en una especie de Rolodex que gira sin fin, mientras que los humanos, por supuesto, solo obtienen nuestros dos juegos. Es notorio que los dientes de los castores crecen durante toda su vida y deben desgastarse para evitar lesiones.
Nueva investigación que aparece en Interface Focus Ahora ha incluido otro animal en el set de autoafilado:Schistocerca gregaria, la langosta del desierto.
Ulrike G. K. Wegst, profesora asociada de investigación de física en la Universidad Northeastern, ha descubierto que los exoesqueletos de langosta acumulan concentraciones de zinc en sus mandíbulas, lo que endurece sus "piezas bucales en forma de pala", según la investigación, en relación con la cutícula circundante. /P>
El exoesqueleto de una langosta está compuesto de quitina, un material fibroso similar a la celulosa que se encuentra en las plantas y común tanto a los insectos como a la vida marina como los crustáceos.
La quitina de un animal varía según el uso. En algunas partes del cuerpo necesita flexibilidad (por ejemplo, alrededor de las mandíbulas que necesitan abrirse y cerrarse) y en otras necesita una dureza significativa.
Realizada en colaboración con el biólogo Oliver Betz, de la Universidad de Tubinga, y Peter Cloetens, del Sincrotrón Europeo, la investigación examinó cómo las partes endurecidas con zinc de las mandíbulas de las langostas se afilan a medida que se usan.
Las mandíbulas de las langostas no se diferencian de las mandíbulas humanas, en el sentido de que una se superpone ligeramente a la otra, aunque las langostas se abren y cierran horizontalmente.
A medida que las dos mitades se cruzan, los bordes endurecidos se afilan entre sí.
Wegst, que se especializa en ciencia de materiales, identificó un pronunciado "borde de zinc" que recubre las mandíbulas mediante el uso de un sincrotrón, una especie de acelerador de partículas, que empleaba "rayos X de energía monocromática".
El beneficio de la luz de sincrotrón reside en su intensidad:"Podemos reducir el espectro a una energía muy estrecha. De hecho, podemos hacerlo monocromático", dice Wegst, "de modo que todavía puedo tener suficiente energía para obtener imágenes, pero también puedo posiciona exactamente esta energía."
Los materiales absorben los rayos X de manera diferencial y, gracias a la estrechez del haz del sincrotrón, los investigadores pudieron emplear un proceso de obtención de imágenes sustractivas para "medir la cantidad de zinc por un lado", dice Wegs, y "ver más fácilmente cómo se distribuye". en tres dimensiones."
Al construir un modelo tridimensional de las mandíbulas de las langostas, Wegst pudo identificar cómo los bordes más duros de las mandíbulas de las langostas cortaban la quitina más suave que las rodeaba cuando se usaban, manteniendo así un borde más afilado.
"Lo que intento conseguir con mi filo es una alta dureza" que pueda resistir materiales leñosos muy abrasivos, afirma Wegst. Para "asegurarse de que los bordes cortantes permanezcan afilados el mayor tiempo posible", continúa, "se puede lograr haciendo que uno de estos bordes roce contra el otro. Así, cada vez que corta algo, también se afila a sí mismo".
Pero el desgaste es inevitable, a pesar de este "mecanismo muy inteligente", como lo llama Wegst. Con el tiempo, el borde se desgastará, pero, señala Wegst, la langosta muda regularmente su exoesqueleto, haciendo que vuelva a crecer su capa exterior quitinosa y sus piezas bucales duras y enriquecidas con zinc.
Imagínese usar un cuchillo sin filo en lugar de uno afilado, plantea Wegst. "Cortar cuesta más energía, por lo que para un animal que necesita comer y conservar energía, un mecanismo de corte eficiente es en realidad una estrategia para sobrevivir. Si tengo herramientas de corte desafiladas (y recibiré mi nuevo cuchillo en seis semanas) Puede que me esté muriendo de hambre en el medio."
"El animal que tiene el mecanismo de autoafilado tiene ventaja", continúa, "pero también es costoso" para la langosta consumir todo el zinc que necesita y distribuirlo a través de las regiones adecuadas del exoesqueleto. "Es un equilibrio que el organismo parece lograr", manteniendo una distribución eficiente "sólo en las zonas donde [el zinc] es más necesario".
Cómo llega el zinc a las mandíbulas y cómo las langostas lo consumen en cantidad suficiente siguen siendo interrogantes abiertos para futuras investigaciones.
Si bien es posible que existan, Wegst dice que "aún no hemos visto otra especie... en la que tengamos una disposición similar de los bordes cortantes entre sí".
Pero Wegst también prevé que de esta investigación surjan ideas de diseño biomimético. Pero eso no significa diseñar copias uno a uno. Más bien, la "biomimética", dice, implica "comprender los principios de función".
El simple principio de colocar "recursos en áreas específicas para hacer que algo sea tolerante a los daños, resiliente y de larga duración", dice Wegst, "mientras mi estructura necesite sobrevivir", proporciona mucho de qué aprender.
Más información: Ulrike G. K. Wegst et al, Las langostas del desierto (Schistocerca gregaria) se alimentan con mandíbulas autoafilables en forma de tijeras, Interface Focus (2024). DOI:10.1098/rsfs.2023.0069
Proporcionado por la Universidad Northeastern
Esta historia se republica por cortesía de Northeastern Global News news.northeastern.edu.
