Son sorprendentemente flexibles en comparación con sus parientes terrestres
Cuando imaginamos a las tortugas marinas en estado salvaje, es fácil imaginarlas como guerreros blindados: sus duros y resistentes caparazones sirven como escudos casi impenetrables contra amenazas oceánicas como los tiburones.
Estos elegantes y aerodinámicos caparazones no solo son defensivos, sino que están diseñados para la velocidad, la eficiencia y la supervivencia. Diseñados para minimizar la resistencia, permiten a las tortugas marinas deslizarse sin esfuerzo por el agua, sumergirse a asombrosas profundidades y soportar los enormes cambios de presión al emerger
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El caparazón de una tortuga marina es una compleja obra maestra, formada por dos partes: el caparazón (arriba) y el plastrón (abajo), ambos cubiertos de escudos, resistentes placas de queratina firmemente adheridas al hueso. El hueso forma un "sándwich" único de denso hueso exterior y un núcleo liviano y esponjoso, que combina fuerza, flotabilidad y protección para los músculos, nervios y órganos vitales de la tortuga.
Pero ¿Qué tienen estas propiedades materiales que confieren a los caparazones de las tortugas marinas una protección y agilidad tan excepcionales? Si bien se ha estudiado mucho sobre los caparazones de las tortugas de agua dulce y terrestres, las tortugas marinas han recibido relativamente poca atención.
Para llenar este vacío, investigadores de la Universidad Atlántica de Florida profundizaron en las propiedades biomecánicas de los caparazones de tres especies comunes de tortugas marinas del Atlántico Norte: las tortugas verdes (Chelonia mydas), las tortugas bobas (Caretta caretta) y las tortugas lora (Lepidochelys kempii). Sus hallazgos han revelado nuevos y sorprendentes conocimientos sobre el desarrollo de estos titanes que habitan en los océanos.
Utilizando pruebas de compresión avanzadas y modelos estadísticos, el equipo examinó la dureza, rigidez y resistencia de los caparazones de estas tortugas a lo largo de muchas etapas de la vida, desde juveniles hasta adultos.
Sus resultados muestran que el complejo óseo del caparazón de las tortugas marinas desempeña un papel crucial en el equilibrio de compensaciones biomecánicas como una menor rigidez y un alto grado de flexibilidad para protegerlas contra depredadores y factores estresantes ambientales, al tiempo que optimiza su capacidad de moverse eficientemente a través del agua.
Esta adaptación única resalta la compleja y dinámica naturaleza de la morfología de las tortugas marinas, donde el diseño del caparazón debe adaptarse a las demandas de supervivencia y eficiente locomoción en sus hábitats acuáticos.
Imagen: Corte transversal por TC de un fragmento de caparazón que muestra el denso hueso externo y el interno poroso. Crédito: Universidad Atlántica de Florida
Aunque las tres especies comparten un diseño estructural similar, cada una de ellas muestra sorprendentes diferencias en cómo responden al estrés sus caparazones. Las tortugas verdes, por ejemplo, poseen los caparazones más duros y rígidos, con huesos más densos y fuertes. Por su parte, las tortugas bobas poseen caparazones más flexibles y porosos, un diseño que les permite adaptarse mejor a la presión. Estas variaciones probablemente reflejan la respuesta evolutiva de cada especie a sus entornos únicos y las amenazas que enfrentan.
Curiosamente, dentro de cada especie la dureza del caparazón de una tortuga permanece constante a medida que crece.
"Creemos que esta variación es probablemente resultado de su evolución y de los entornos en los que habitan", afirmó Ivana J. Lezcano, primera autora y estudiante de doctorado del Departamento de Ciencias Biológicas de la FAU, dentro de la Facultad de Ciencias Charles E. Schmidt. Las diferencias en la rigidez del caparazón entre estas especies podrían estar relacionadas con sus distintas historias de vida, ya que cada especie se adapta a desafíos ambientales y riesgos de depredación únicos.
Tanto en las tortugas verdes como en las tortugas lora, sus caparazones se vuelven aún más rígidos y fuertes a medida que crecen, lo que ofrece una mayor defensa, especialmente cuando son subadultos y adultos. Las tortugas lora, en particular, experimentan un aumento más rápido de la rigidez de su caparazón a medida que crecen, posiblemente porque maduran antes y pasan a buscar alimento en aguas costeras más riesgosas.
"Lo fascinante es que sus caparazones evolucionan para proporcionar más protección con el tiempo", dijo Lezcano. "La rigidez de los caparazones de las tortugas verdes juveniles puede ser especialmente importante, ya que carecen de las espinas y quillas protectoras que poseen las tortugas bobas y loras jóvenes para protegerse de los depredadores. Es una interacción dinámica entre forma y función la que garantiza que estas tortugas estén preparadas para la supervivencia".
Sin embargo, las tortugas bobas no mostraron un cambio significativo en la rigidez de su caparazón a lo largo de sus etapas vitales. Este desarrollo más lento de la rigidez de su caparazón podría explicar por qué permanecen en mar abierto durante más tiempo, evitando los hábitats costeros más peligrosos hasta que alcanzan un mayor tamaño y están mejor protegidas.
Imagen derecha: El caparazón de una tortuga lora juvenil. Crédito: Universidad Atlántica de Florida
Los investigadores también descubrieron que los caparazones de las tortugas marinas responden a la compresión de forma similar a los de las tortugas terrestres, que tienen una estructura básica de caparazón similar. La capa porosa interna del caparazón es clave para su resistencia, ya que le permite ser rígido y resistente, lo que ayuda a proteger a las tortugas de ataques como mordeduras o garras.
"Los caparazones de las tortugas marinas adultas son sorprendentemente flexibles en comparación con sus parientes terrestres", dijo Jeanette Wyneken, Ph.D., coautora y profesora de ciencias biológicas de la Facultad de Ciencias Charles E. Schmidt de la FAU.
"Pero lo mejor es que, si bien sus caparazones se fortalecen con el tiempo, no se vuelven completamente rígidos como los de las tortugas terrestres. Esta flexibilidad es clave, ya que les permite flexionar el caparazón bajo presión, lo cual es crucial para desenvolverse en las duras y cambiantes condiciones de los entornos submarinos".
Este estudio no sólo descubre el fascinante diseño de los caparazones de las tortugas marinas, sino que también revela cómo la naturaleza ha perfeccionado intrincadamente a estas criaturas para su supervivencia.
"Nuestro estudio proporciona nuevos conocimientos sobre por qué han prosperado las tortugas marinas a lo largo del tiempo", afirmó Marianne Porter, Ph.D., coautora y profesora asociada del Departamento de Ciencias Biológicas de la FAU.
"Sus caparazones están adaptados a su estilo de vida acuático y son lo suficientemente rígidos como para defenderse de los depredadores, a la vez que resistentes a los impactos. Este notable equilibrio entre fuerza y flexibilidad les ha permitido sobrevivir en el océano durante millones de años: un ejemplo de cómo la evolución moldea las especies en un entorno".
Los hallazgos han sido publicados en el Journal of Experimental Biology: Using the axial skeleton as armor: Mechanical behavior of sea turtle carapaces throughout ontogeny
