El gusano marino Perinereis cultrifera posee mandíbulas formadas por proteínas estructurales e iones
Al jugar al clásico juego "Preguntas y Respuestas", uno puede comenzar con la pregunta habitual: "¿Animal, vegetal o mineral?".
Para el antiguo gusano marino Perinereis cultrifera (que aún existe hoy en día), la respuesta podría no ser tan sencilla. Al igual que otros gusanos depredadores con cerdas, Perinereis cultrifera posee mandíbulas formadas por proteínas estructurales e iones, que utiliza para comer, triturar o morder.
La composición y las propiedades únicas de estas mandíbulas llevaron a algunos investigadores a acuñar un nuevo término para describir este tipo de materiales: biometales, un campo emergente de estudio biofísico.
Imagen: Gusano poliqueto marino Perinereis cultrifera
El término "biometal" va más allá de identificadores como "biomateriales metálicos" o "biomateriales con propiedades metálicas", que se han utilizado en la literatura científica para describir biomateriales con valores de conductividad o resistencia similares a los de los metales.
En cambio, los biometales se pueden clasificar según tres cualidades: dureza, mecánica de deformación y estructura ión-proteína.
Investigadores de la TU Wien (Universidad Tecnológica de Viena) y de la Universidad de Viena examinaron las cualidades metálicas del gusano marino para definir con mayor precisión la nueva clasificación.
Los investigadores comenzaron estudiando la dureza mediante nanoindentación, un proceso en el que se crean hendiduras microscópicas en un material, acompañado de análisis químicos e imágenes. Confirmando estudios anteriores, demostraron que la concentración de iones metálicos es mayor en las puntas de las mandíbulas que en sus centros, lo que probablemente conlleva una mayor dureza en las puntas.
Luego, sondearon la mandíbula con diferentes profundidades de indentación y, sorprendentemente, descubrieron un fenómeno observado en metales como el cobre o la plata, conocido como el efecto de tamaño de nanoindentación de Nix-Gao: las regiones más pequeñas de la mandíbula del gusano eran más difíciles de indentar debido al mayor cambio espacial en los niveles de tensión. Esto provoca un mayor entrelazamiento de las fracturas en la estructura atómica y es un rasgo distintivo del efecto de tamaño.
Imagen: Sección transversal de una muestra de mandíbula de gusano de cerdas con los sitios de prueba de indentación etiquetados del 1 al 11. Crédito: Zelaya-Lainez et al.
A pesar de estas similitudes, los biometales siguen siendo únicos en sus propiedades mecánicas.
"Las mandíbulas de los gusanos de cerdas también mostraron elasticidad dependiente del tamaño; esta es una característica distintiva de los biometales en comparación con los metales cristalinos estándar como el cobre o la plata", dijo el autor Christian Hellmich.
Finalmente, los investigadores explicaron teóricamente estos efectos de tamaño elástico mediante la modelización matemática de lo que ocurre a nivel atómico. Hellmich afirmó que apenas están empezando a explorar esta investigación (y nunca mejor dicho).
"Planeamos ampliar la base de datos experimental investigando especies adicionales para refinar el concepto teórico y realizar cálculos específicos y, quizás lo más interesante, explorar el vínculo entre las intervenciones genéticas y el espacio de diseño de materiales correspondiente", dijo. "Todo esto viene acompañado de un auténtico entusiasmo por la belleza, la elegancia y el refinamiento que se encuentran en la naturaleza y que ella misma produce".
La investigación se ha publicado en la revista Biophysics Reviews: "Bio-metals": Ancient biological materials with nanoindentation size effects: Experiments and elements of manifold micromechanics
