Esponja de aguas profundas una maravilla mecánica de la naturaleza

esponja cesta de flores de Venus

La cesta de flores de Venus es mucho más resistente de lo que parece

La esponja cesta de flores de Venus (Euplectella aspergillum) podría inspirar edificios, puentes e incluso los aviones del mañana, gracias a su desempeño bajo presión y su capacidad para ir con la corriente, literalmente.

Imagina que estás buceando en las heladas profundidades de la Antártida. A 1.000 metros bajo el nivel del mar, estás envuelto en una vasta oscuridad como la tinta. Tu traje de buceo polar presurizado cruje bajo el esfuerzo de miles de litros de agua.

Criaturas extrañas entran y salen del haz de tu linterna. Mientras exploras el fondo marino, ves una forma intrigante. Es la esponja marina Euplectella aspergillum o cesta de flores de Venus.

Su esqueleto está hecho de sílice, el componente principal del vidrio. La enrejada malla de su filtro corporal alimenta pequeñas partículas de comida del agua de mar.

Una "casa de cristal" tan frágil parece imposible en estas abrumadoras profundidades. Sin embargo, esta esponja de aspecto delicado, de solo milímetros de grosor, es mucho más resistente de lo que parece.

Un trabajo de alta presión

El Dr. Giovanni Polverino del Centro de Biología Evolutiva de la Universidad de Australia Occidental es parte de un equipo internacional que estudia las notables propiedades de la cesta de flores de Venus.

Los investigadores están modelando la estructura de la esponja para comprender cómo puede soportar tales aplastantes profundidades.

estructura esquelética de la cesta de VenusImagen derecha: La hermosa estructura esquelética de E. aspergillum. Crédito: Bowerbank | Wikimedia Commons

"Ya es bien sabido que la estructura es muy fuerte", dice Giovanni. "Podría inspirar nuevos materiales con el vidrio como elemento principal. Es una construcción humana basada en lo que la selección natural ha logrado durante cientos de miles de años".

Giovanni estudia cómo la forma cilíndrica de la esponja permite que el agua entre y salga de su cuerpo. Además de soportar un entorno de alta presión, la esponja necesita adaptarse a estas corrientes para la alimentación y la fertilización.

'Supercomputadora: sé una esponja'

Los investigadores utilizaron el centro de supercomputación más poderoso para la investigación científica en Italia: Cineca. La supercomputadora Marconi se encuentra entre las 10 supercomputadoras más rápidas del mundo. Durante su pico de ejecución, procesa a una velocidad de aproximadamente 1.000 computadoras personales.

El equipo construyó un modelo digital que simulaba la estructura y el flujo de agua de la esponja marina. La cuadrícula gigante tenía 50 mil millones de puntos que reproducían cómo fluiría el agua en ese lugar. El modelo digital se creó a partir de fotografías. Es tan inaccesible y rara que sería casi imposible hacerlo con muestras reales.

simulaciones de ordenador de la cesta de Venus

Imagen: El primer boceto de la esponja, del HMS Challenger en 1876, y las modernas simulaciones de flujo de Giovanni. Crédito: NATURALEZA | Falucci y col.

Simulación de esponja de aguas profundas

Una vez que simularon la estructura única de la esponja, el equipo la simplificó para ver cómo una especie menos evolucionada podría sobrevivir a la corriente.

"Tiene increíbles adaptaciones que le permiten vivir donde no vive ningún otro animal", dice Giovanni. "Intentamos eliminar los niveles de complejidad. Vimos por qué este animal necesitaba una estructura tan hermosa".

Parte de la estabilidad de la esponja es su capacidad para ir con la corriente, literalmente. Mientras está firmemente anclada al lecho marino, el flujo de fluido dentro y fuera de su cuerpo reduce la resistencia y minimiza los daños.

"Las aguas profundas son muy rápidas, por lo que esto sirve para disminuir el impacto", dice Giovanni.

Las espirales de la esponja tienen hermosas brechas, espacios que reducen el arrastre y recolectan agua para la alimentación de la esponja. "Parecen decoraciones alrededor de la superficie. Nuestra simplificación eliminó estas brechas y descubrió que se perdieron las ventajas de la estructura".

¿Inspiración para la innovación futura?

Entonces, ¿comprender la maravilla mecánica de esta elegante pero robusta esponja de aguas profundas podría inspirar futuras hazañas de ingeniería?

Los investigadores dicen que sus hallazgos podrían tener implicaciones para diseños más avanzados de edificios, puentes y aviones, particularmente aquellos que necesitan soportar la presión del aire y el agua. Están poniendo las esponjas de aguas profundas en la intersección de la mecánica de fluidos, la biología de los organismos y la ecología funcional.

Los hallazgos se publicaron en la revista Nature: Extreme flow simulations reveal skeletal adaptations of deep-sea sponges

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