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Crédito: Pixabay.

No es ningún secreto que las hormigas son excepcionalmente fuertes y rápidas en relación con el tamaño de su cuerpo. La hormiga promedio puede transportar hasta 50 veces su propio peso corporal y puede escabullirse a una velocidad de casi 800 veces la longitud de su cuerpo por minuto. Sin embargo, es un hecho menos conocido que las hormigas también poseen dientes súper fuertes, que usan para masticar su botín de picnic y excavar túneles en el suelo.

Ahora, los científicos se han acercado a las diminutas dentaduras postizas de los insectos utilizando imágenes a escala atómica para aprender más sobre lo que hace que los dientes sean tan fuertes y afilados. En el proceso, el secreto que revelaron podría usarse para desarrollar nuevas herramientas en miniatura.

Dientes como un bisturí

Investigadores de la Universidad de Oregón y el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) desarrollaron técnicas especiales para medir la dureza, la elasticidad y la resistencia mecánica de los objetos a escala en miniatura. El diente de hormiga, que está adherido a una mandíbula sobredimensionada y más delgada que un mechón de cabello, marcó la ocasión perfecta para probar estas técnicas.

El científico de materiales Arun Devaraj y el pasante de doctorado Xiaoyue Wang, ambos de PNNL, enfocaron un microscopio de haz de iones en la punta de un diminuto diente de hormiga. Utilizaron tomografía de sonda atómica para obtener imágenes de la muestra golpeada por los iones, lo que les permitió identificar cómo se organizan los átomos individuales en la estructura dental.

Esta investigación mostró que el diente de hormiga está compuesto de átomos individuales de zinc dispuestos en un patrón específico y uniforme que garantiza la máxima eficiencia de corte. Además, la estructura también evita que los dientes se desafilen, manteniendo su nitidez durante toda la vida de los insectos. Y dado que los átomos de zinc se distribuyen por igual en el diente, también lo hace la fuerza de mordida cada vez que la hormiga muerde algo relativamente grande, protegiendo su mandíbula.

Pudimos ver que el zinc se distribuye uniformemente en el diente, lo cual fue una sorpresa, dijo Devaraj en un comunicado. Esperábamos que el zinc se agrupara en nanonódulos.

Tiene sentido que las hormigas hayan desarrollado dientes súper eficientes, considerando que usan sus mandíbulas no solo para masticar hojas y presas, sino también para levantar, transportar y defenderse.

Según los cálculos realizados por Devaraj y sus colegas, esta estructura les permite a las hormigas usar su energía de manera mucho más efectiva. El equipo estima que, al morder, utiliza solo el 60% de la fuerza que habría necesitado si sus dientes estuvieran hechos de los mismos materiales que los dientes humanos. Esto permite que las hormigas hagan más con menos músculos. Es probable que lo mismo sea cierto para otros insectos y crustáceos que emplean herramientas dentales especializadas de manera similar.

Robert Schofield, profesor asociado de la Universidad de Oregón y autor principal del estudio, cree que hay mucho que aprender aquí. Tiene una amplia experiencia en el estudio de microestructuras de acero para encontrar la combinación correcta de materiales que mejore la resistencia al daño, con un enfoque en la resistencia a la corrosión. Scofield cree que la biomimética de los diseños que se inspiran en las dentaduras postizas de las hormigas al agregar un poco de zinc distribuido uniformemente en la composición de los materiales podría resultar útil en el futuro.

La dureza de los dientes de las hormigas, por ejemplo, aumenta desde aproximadamente la dureza del plástico hasta la dureza del aluminio cuando se agrega zinc. Si bien existen materiales de ingeniería mucho más duros, a menudo son más frágiles, dijo Schofield.

Mientras tanto, Devaraj y sus colegas del PNNL están examinando otras pequeñas herramientas biológicas empleadas en el reino animal, desde aguijones de escorpión hasta colmillos de araña.

Los hallazgos aparecieron en la revista Scientific Reports.

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