Cientos de metros de profundidad en la oscuridad del océano un tiburón se desliza hacia lo que parece ser una comida. Es algo feo similar a una anguila y no particularmente carnoso, pero probablemente comida. Entonces el tiburón ataca.

Aquí es donde la interacción de la biología y la física se vuelve misteriosa, justo cuando el tiburón encuentra su cena interrumpida por una nube de limo protector que apareció de la nada alrededor de un pez bruja por lo demás plácido.

Jean-Luc Thiffeault, un profesor de matemáticas de la Universidad de Wisconsin-Madison, y los colaboradores Randy Ewoldt y Gaurav Chaudhary de la Universidad de Illinois han modelado matemáticamente el mecanismo de defensa inductor de mordaza del pez bruja, publicando su trabajo hoy en el Revista de la interfaz de la Royal Society .

El pez bruja que habita en el océano es único por todas las razones más extrañas. Tiene una calavera, pero sin columna ni mandíbula. Su piel cuelga suelta sobre su

cuerpo, adjunta solo a lo largo de la espalda. Sus dientes y aletas son primitivos, Las estructuras subdesarrolladas se describen mejor con calificativos:"con forma de diente" y "con forma de aleta".

Pero tiene un truco asombroso hasta ese espeluznante, manga de piel suelta:en un abrir y cerrar de ojos (o el destello de la cola y los dientes atacantes), el pez bruja puede producir muchas veces el volumen de su propio cuerpo en baba. La sustancia pegajosa es tan espesa y fibrosa, los depredadores no tienen más remedio que escupir al pez bruja y tratar de aclararse la boca ". La boca del tiburón se llena inmediatamente de este gel, "Thiffeault dice". De hecho, a menudo los mata, porque obstruye sus branquias ".

El gel es una red enmarañada de microscópicos, hilos que atrapan el agua de mar se desprenden de las bolas de la sustancia expulsada de las glándulas a lo largo de la piel del pez bruja. Estas "madejas" tienen solo 100 millonésimas de metro de diámetro (el doble del ancho de un cabello humano), pero tan densamente enrollados que pueden contener hasta 15 centímetros de hilo. Científicos curiosos han observado el desenredo antes, poner las madejas en agua salada para ver cuánto tiempo tardaban en deshacerse.

"El pez bruja lo hace en menos de medio segundo, pero se necesitaron horas de remojo para que los hilos se aflojaran en los experimentos, "dice Thiffeault, cuya investigación se centra en la dinámica de fluidos y la mezcla. "Hasta que removieron el agua, y sucedió más rápido. La agitación fue la clave ".

Los modeladores de limo se propusieron ver si las matemáticas podían decirles si las fuerzas del agua turbulenta de un ataque de morder y sacudir eran suficientes para desenrollar las madejas y hacer el limo, o si se requería otro mecanismo, como una reacción química que proporcionara algo de pop a la madeja.

Ewoldt, un profesor de ingeniería mecánica, y su estudiante graduado Chaudhary comenzó a desenredar madejas bajo microscopios, observando el proceso mientras los cabos sueltos del hilo se pegan a la punta de una jeringa en movimiento y los trozos de hilo salen de la bola.

"Nuestro modelo depende de la idea de una pequeña pieza que inicialmente cuelga, y luego una pieza que se está quitando, "dice Thiffeault." Piense en ello como un rollo de cinta. Para empezar a sacar la cinta de un nuevo rollo, puede que tenga que buscar el final y soltarlo con la uña. Pero si ya hay un final libre es fácil atraparlo con algo y ponerse en marcha ".

El desenrollado requiere una diferencia lo suficientemente grande entre el arrastre en el extremo libre y un empujón opuesto en la madeja (una proporción mayor que un punto de inflexión que los investigadores llaman informalmente el "número de pelado") para liberar más hilo.

"Es poco probable que eso suceda si todo se mueve libremente en el agua, ", dice Thiffeault." La principal conclusión de nuestro modelo es que creemos que el mecanismo se basa en que los hilos queden atrapados en otra cosa:otros hilos, todas las superficies en el interior de la boca de un depredador, prácticamente cualquier cosa, y a partir de ahí puede ser realmente explosivo ".

Ni siquiera tiene que ser un solo inconveniente.

"Siendo la biología como es, no tiene que ser exacto. Las cosas se ponen complicadas ", dice Thiffeault." Ese hilo principal puede quedar atrapado un poco, luego resbalar, luego ser atrapado de nuevo. Siempre que le esté pasando a suficientes madejas, es bastante rápido que estás en el limo ".

Las madejas pueden recibir un impulso de las mucinas, proteínas que se encuentran en el moco que podrían acelerar la ruptura del hilo empacado, "pero ese tipo de cosas ayudarían a la hidrodinámica, "dice Thiffeault, que una vez calculó hasta qué punto la vida marina nadando mezcla océanos enteros con sus aletas y aletas.

"Es difícil imaginar que haya otro proceso que no sea el flujo hidrodinámico que pueda conducir a estas escalas de tiempo, ese estallido de baba, ", dice." Cuando el tiburón muerde, eso crea turbulencia. Que crea flujos más rápidos, el tipo de cosas que proporcionan la semilla para que sucedan. Nada va a suceder tan bien como en nuestro modelo, que es un buen comienzo para cualquiera que quiera tomar más medidas, pero nuestro modelo muestra que las fuerzas físicas juegan el papel más importante ".

La hidrodinámica del limo de mixino no es solo una curiosidad. Comprender la formación y el comportamiento de los geles es un tema permanente en muchos procesos biológicos y aplicaciones industriales y médicas similares ".

Una de las cosas en las que nos encantaría trabajar en el futuro es la red de hilos. Me encanta pensar en los materiales de modelado como grandes colecciones aleatorias de hilos, ", Dice Thiffeault." Un modelo simple de hilos entrelazados puede ayudarnos a ver cómo esa red determina las propiedades macroscópicas de muchos materiales interesantes ".