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El secreto detrás de los dientes superfuertes de las hormigas

Las hormigas muerden mucho más que su categoría de peso gracias a la infusión de metales duros como el zinc y el manganeso en sus mandíbulas.

Una nueva investigación que utiliza un microscopio avanzado muestra que varios artrópodos, como hormigas, arañas camello, escorpiones y gusanos de cerdas, han adaptado el uso de estos minerales duros para ayudar a dar a sus apéndices afilados una fuerza adicional al cortar hojas o picar a sus presas.

Pequeñas criaturas con grandes bocados

Por lo general, las criaturas pequeñas no tienen tanta fuerza como las criaturas más grandes cuando se trata de morder, picar o cortar. Una regla general aproximada es que una criatura que es 10 veces más larga que otra puede aplicar 100 veces la fuerza si los músculos de ambas criaturas están en igual proporción con el tamaño de su cuerpo”, dice Robert Schofield, físico de la Universidad de Oregón.

Sin embargo, las criaturas pequeñas como las hormigas, los escorpiones y las arañas aún logran maravillosas hazañas de fuerza, penetrando superficies duras con aguijones o cortando hojas relativamente duras. Lo hacen en parte gracias a apéndices increíblemente afilados capaces de penetrar superficies duras con una fuerza considerablemente menor.

“El truco es que usan herramientas afiladas que enfocan esa fuerza mucho más pequeña en un área mucho más pequeña y básicamente obtienen la misma presión”, dice Schofield.

Pero estas criaturas no siempre están bendecidas con un afilador de cuchillos. Schofield y sus colegas se preguntaron cómo podían mantener un alto nivel de nitidez mientras sus colmillos, aguijones o mandíbulas se desgastaban con el tiempo. En el caso de las hormigas cortadoras de hojas, por ejemplo, la agudeza promedio de sus mandíbulas disminuye con el tiempo, lo que hace que las hormigas más viejas trabajen el doble para cortar las mismas hojas que las hormigas más jóvenes.

“Puede ser fatal para un organismo pequeño que depende de ese [sharpness]”, dice Schofield. “El desgaste, para estos pequeños organismos, puede ser suficiente para establecer su vida útil”.

Nuevas herramientas para examinar las herramientas Ant

Schofield siempre ha estado interesado en usar la física para comprender mejor la biología; dice que nunca pudo decidir si convertirse en biólogo o físico en sus estudios. Optó por lo último, y durante su Ph.D. investigación, ayudó a inventar un microscopio que usaba tomografía de sonda atómica.

En un estudio publicado recientemente en Scientific Reports, Schofield y sus colegas describen cómo usaron este microscopio de fuerza atómica y construyeron máquinas de prueba en miniatura para comprender mejor la mecánica de las mordeduras y picaduras fuertes. Examinaron las mandíbulas, aguijones y otras herramientas de hormigas cortadoras de hojas (Atta cephalotes), gusanos nereidas (Neanthes brandti), escorpiones (Hadrurus arizonensis), arañas (Araneus diadematus) y otras especies.

Descubrieron que las herramientas de muchas de estas criaturas contenían mucho zinc y manganeso. “Fue muy extraño porque había mucho de eso”, dice Schofield.

Las mandíbulas de las hormigas, por ejemplo, contenían hasta un 16 por ciento de zinc. En los aguijones de los escorpiones había hasta un 20 por ciento de zinc.

Schofield dice que estos materiales duros ayudan a las criaturas a mantener herramientas lo suficientemente afiladas para cortar hojas o picar a través de las duras conchas de sus presas. “Estas son ventajas realmente fuertes desde el punto de vista evolutivo”, dice.

El zinc también hace que sus aguijones o mandíbulas sean más rígidos, un factor importante que ayuda a mantener la nitidez bajo la presión de cortes y pinchazos. Los investigadores calcularon la fuerza requerida para perforar materiales duros utilizando aguijones con zinc y manganeso y descubrieron que marcaba una gran diferencia en comparación con la fuerza que necesitaría una criatura si su aguijón estuviera hecho de otros materiales de los exoesqueletos de las criaturas. La dureza de los dientes de las hormigas también aumenta cuando se agrega zinc, según mostraron sus mediciones. Sin zinc, son tan duros como el plástico. Con zinc, sus dientes se vuelven tan duros como el aluminio.

Los investigadores también dicen que los colmillos y aguijones que examinaron representan una clase completamente nueva de biomateriales estructurales: los otros dos son los materiales mineralizados de huesos o dientes y los materiales orgánicos simples como los que se encuentran en las uñas.

Schofield dice que el equipo está realizando una investigación de seguimiento para ver si algunas de estas criaturas pueden reponer o autocurar los niveles de zinc y manganeso en sus mandíbulas o aguijones cuando se rompen.

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