Los peces rémora son famosos autostopistas del mundo marino, que poseen discos de succión de alta potencia en la parte posterior de la cabeza para unirse en forma de torpedo a huéspedes más grandes que pueden proporcionar alimentos y seguridad, desde ballenas y tiburones hasta botes y buzos.

La clave para la adhesión de la rémora son las conocidas capacidades del disco para generar succión, así como la fricción creada por huesos puntiagudos dentro del disco llamados laminillas para mantener el control sobre su anfitrión. Sin embargo, los factores que impulsan la evolución de la morfología única del disco de la rémora han eludido durante mucho tiempo a los investigadores que buscan comprender, e incluso diseñar nuevos dispositivos y adhesivos que imiten, la asombrosa capacidad del pez para fijarse en varios tipos de superficies sin dañar a su anfitrión o gastar mucha energía, a menudo durante horas a la vez bajo fuerzas oceánicas extremas.

En un estudio dirigido por el Instituto de Tecnología de Nueva Jersey (NJIT), Los investigadores han presentado un nuevo disco de rémora de inspiración biológica capaz de replicar las fuerzas pasivas de succión y fricción que impulsan la capacidad del pez. demostrando hasta un 60% más de agarre de lo que se ha medido para las rémoras vivas adheridas a la piel de tiburón.

Usando el modelo de disco para explorar los impulsores evolutivos del disco de la rémora, Los investigadores dicen que los hallazgos del estudio proporcionan evidencia de que las especies vivas de rémora de hoy en día han desarrollado un mayor número de laminillas a lo largo del tiempo para mejorar su poder de retención y su capacidad para adherirse a una gama más amplia de huéspedes con superficies más suaves. aumentando así sus posibilidades de supervivencia.

El estudio, presentado en Bioinspiración y biomimética , indica que el modelo de disco se puede utilizar para informar el diseño de más eficaz, tecnologías adhesivas de menor costo en el futuro.

"La belleza detrás del mecanismo adhesivo de la rémora es que los tejidos biológicos hacen inherentemente la mayor parte del trabajo, "dijo Brooke Flammang, profesor de ciencias biológicas en NJIT que dirigió el estudio. "El aspecto más significativo de esta investigación es que nuestro disco robótico se basa completamente en la física fundamental que impulsa el mecanismo adhesivo en las rémoras, lo que nos permite determinar el rendimiento biológicamente relevante y obtener información sobre la evolución del disco de la rémora. Anteriormente, esto no era posible con diseños anteriores que requerían un operador humano para controlar el sistema ".

Divergiendo de muchos de sus antepasados ​​más cercanos, que parecían carroñeros, como la cobia (Rachycentron canadum), Se cree que el pez rémora (de la familia Echeneidae) comenzó a adherirse a huéspedes con superficies rugosas. similar a los tiburones, después de haber desarrollado su disco de succión a partir de las espinas de la aleta dorsal hace casi 32 millones de años. El disco de las remoras vivas de hoy presenta un labio exterior carnoso y suave para la succión, mientras que el interior del disco alberga muchas más filas lineales de tejido (laminillas) con proyecciones de tejido similares a dientes (espínulas). que el pez eleva para generar fricción contra varios cuerpos del huésped para evitar resbalones durante el autostop.

Según Flammang, mientras que los científicos han arrojado algo de luz sobre los orígenes de la estructura de la aleta modificada de la rémora, Los aspectos fundamentales de la evolución del disco no han quedado claros en gran medida.

"La evolución del disco de la rémora es en gran parte desconocida, "dijo Flammang." Hay una rémora fósil, Opisthomyzon, en el registro fósil que tiene un disco con menos laminillas [que las rémoras de hoy] sin espínulas hacia la parte posterior de la cabeza ".

Flammang dice que esto plantea dos preguntas:"cómo" y "por qué".

"El 'cómo' es de la aleta dorsal, aunque no se conocen las etapas evolutivas intermedias, ", explicó Flammang." Si miras una filogenia de rémoras, muestra que aquellas especies que se cree que son más derivadas tienen más laminillas ... se supone que el 'por qué' es para el rendimiento adhesivo, pero eso nunca se probó antes de este artículo ".

Aprender más, Kaelyn Gamel, el primer autor del estudio y ex investigador graduado en el laboratorio Flammang, diseñó un disco inspirado en la rémora a partir de materiales impresos en 3-D disponibles comercialmente que podría mantener de forma autónoma la sujeción a varias superficies y modificarse agregando y quitando laminillas, permitiendo al equipo investigar el desempeño de un mayor número laminar en la adhesión al cizallamiento.

"La capacidad de nuestro disco para agregar y eliminar laminillas mientras actúa como un sistema pasivo nos permitió cambiar la cantidad de fricción junto con la presión ambiental dentro del disco, "dijo Gamel, ahora un Ph.D. investigador de la Universidad de Akron. "Pudimos comparar la diferencia entre ausencia de fricción, algo de fricción y mucha fricción en función de la variación en el número de laminillas ".

En colaboración con Austin Garner, investigador de la Universidad de Akron, el equipo realizó pruebas de extracción con su modelo de disco bajo el agua, experimentando con el número laminar del modelo (hasta 12 laminillas) para medir la fuerza de corte y el tiempo que tomó sacar el disco de los moldes de silicona con superficies que van desde completamente lisas hasta las que exceden la rugosidad de la piel de tiburón (350 granos, Grano 180 y grano 100).

En general, el equipo descubrió que el rendimiento adhesivo de su disco estaba fuertemente correlacionado con un aumento en las laminillas del disco, observando un "punto óptimo" en la potencia de succión entre nueve y 12 laminillas. Cuando se modifica a 12 laminillas y 294 espínulas, El disco del equipo pesaba solo 45 gramos y resistió fuerzas de 27 N (newton) durante 50 segundos, casi tres veces la fuerza que normalmente sacaría una rémora de un tiburón. Las pruebas también revelaron que se necesitaban un mínimo de seis laminillas —el número que se encontró casualmente en el fósil Opisthomyzon de 32 millones de años— para mantener la adhesión.

"Lo más sorprendente de estos resultados es que para una forma de disco determinada, hay un rango óptimo en el que se equilibran los fenómenos de fricción y succión, y [a medida que el tamaño de su disco se ha vuelto más largo] las rémoras han evolucionado para mantener este punto óptimo de adhesión de alto rendimiento, "explicó Flammang.

El equipo ahora dice que su modelo de disco de rémora se utilizará para futuros estudios evolutivos para saber si la succión o la fricción predominaban en la adherencia en los primeros antepasados ​​de rémora y cómo la evolución de la forma del disco afecta la adherencia. El disco también puede tener aplicaciones de ingeniería en todo, desde biosensores médicos y dispositivos de administración de fármacos hasta etiquetas de geodetección para estudios ecológicos y seguimiento de la vida marina ". Una de las mayores ventajas de nuestro diseño es que funciona de forma autónoma porque se basa solo en la física del sistema para su funcionamiento, ", dijo Flammang." Esto lo hace fácilmente escalable para una multitud de nuevas tecnologías, tanto con fines médicos como científicos ".