Las mazas dáctilas del camarón mantis utilizan un escudo que filtra las ondas de choque dañinas
Los camarones mantis tienen un potente golpe, y los científicos finalmente han descubierto cómo este golpe superfuerte no los destruye al atacar. Resulta que estos camarones tienen un escudo especial que absorbe y les ayuda a sobrevivir mientras asestan golpes que rompen el caparazón.
El golpe de un camarón mantis pavo real (Odontodactylus scyllarus) es el golpe autoimpulsado más potente de un animal. Utilizan puños similares a martillos, o mazas dáctilas, para destrozar los caparazones de sus presas. El golpe es tan fuerte que puede incluso romper el vidrio de un acuario, con una fuerza comparable a la de una bala de calibre 22.
Pero debido a que estos golpes de alto impacto generan mucha fuerza, los científicos se han preguntado cómo pueden soportar las criaturas las intensas ondas de choque generadas por su propio ataque.
En un nuevo estudio publicado el 6 de febrero, investigadores examinaron la estructura de las mazas de los camarones. Sus hallazgos revelaron que la microestructura de estas mazas actúa como amortiguadores naturales para limitar los daños.
"Descubrimos que utiliza mecanismos fonónicos: estructuras que filtran selectivamente las ondas de estrés", dijo en un comunicado el coautor del estudio Horacio Dante Espinosa, profesor de ingeniería mecánica e ingeniería biomédica en la Universidad Northwestern. "Esto permite que el camarón conserve su capacidad de golpeo tras múltiples impactos y evita daños en los tejidos blandos".
Imagen: Un nuevo estudio de Northwestern descubrió que las ranuras estampadas en las mazas del camarón mantis (los apéndices planos de color púrpura rojizo que se muestran aquí) permiten que el animal resista el daño de sus propios golpes devastadores.
Potente golpe
Los camarones mantis pavo real utilizan un complejo sistema de pestillos y resortes biológicos en sus mazas dáctilas para lanzar un puñetazo a una velocidad de 75 pies por segundo (23 metros por segundo), según un estudio de 2004, 50 veces más rápido que un abrir y cerrar de ojos.
Si bien esta inmensa velocidad ayuda a asestar un poderoso golpe, también crea peligrosas ondas de choque.
"El impacto es tan rápido que crea burbujas de cavitación que, al colapsar, generan ondas de choque adicionales, produciendo efectivamente un doble impacto", dijo Espinosa.
Investigaciones anteriores plantearon la teoría de que la microestructura de las mazas dáctilas ayuda a proteger a los camarones de estas ondas de choque.
En el nuevo estudio, los científicos probaron esta teoría usando técnicas avanzadas basadas en láser para analizar cómo se mueven las diferentes longitudes de onda a través de las mazas dáctilas del camarón mantis pavo real.
Imagen derecha: Regiones de las mazas del camarón mantis
Los hallazgos revelaron dos importantes regiones en estos apéndices que les ayudan a sobrevivir a sus propios golpes: la región de impacto y la región periódica. La región de impacto está compuesta por una capa de fibras de quitina dispuestas en forma de espiga que refuerza la maza contra las fracturas.
Debajo de esta capa se encuentra la región periódica, formada por disposiciones retorcidas de fibras de quitina en capas. Este tipo de estructura helicoidal se conoce como estructura de Bouligand y se encuentra en escamas de peces y exoesqueletos de langosta, donde proporciona resistencia y tenacidad a la fractura.
Las pruebas láser midieron la velocidad de las ondas de estrés acústico a través de ambas regiones. Estas ondas atravesaron la región de impacto sin cambios, pero se desplazaron a velocidades variables a través de la región periódica, lo que sugiere que esta última región provoca la dispersión de las ondas de alta frecuencia, reduciendo así su intensidad.
Imagen derecha: Región periódica en la maza del camarón mantis
Los investigadores también descubrieron que la región periódica filtraba las ondas de choque de alta frecuencia, que pueden causar significativos daños a los tejidos, según el comunicado.
Las ondas de alta frecuencia probablemente se generaron cuando colapsaron las burbujas de cavitación.
"Asociamos esta alta frecuencia a la frecuencia generada por el colapso de las burbujas durante el impacto", explicó Epinosa.
Los haces de fibras en la región periódica actúan como un "escudo fonónico", bloqueando, redirigiendo y dispersando activamente las ondas y, en última instancia, impidiendo que las ondas de choque dañinas viajen eficientemente a través de la capa. Esto protege los delicados tejidos del camarón mantis de las ondas de choque resultantes de la burbuja de cavitación.
"La investigación proporcionó evidencia experimental de que la estructura Bouligand de la maza dáctila del camarón mantis funciona como un escudo fonónico, filtrando selectivamente las ondas transversales de alta frecuencia generadas durante el impacto", dijo Espinosa.
Imagen derecha: Estructura Bouligand en la maza del camarón mantis
"Estas características ayudan a proteger la maza del camarón mantis contra daños al mitigar las ondas de estrés de alta frecuencia, lo que la convierte en una estructura resistente a los impactos naturalmente optimizada", dijo Epinosa.
Según el comunicado de prensa, este estudio podría aplicarse al desarrollo de materiales de filtrado de sonido para equipos de protección e inspirar nuevos enfoques para reducir las lesiones relacionadas con explosiones en el ejército y en los deportes de alto impacto.
La investigación se ha publicado en la revista Science: Does the mantis shrimp pack a phononic shield?
