updated 11:37 PM CET, Dec 6, 2016

'Armadura' de pez repele la mordedura de la feroz piraña

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Arapaima gigas

El Arapaima gigas tiene escamas en forma de una espiral de escalera de caracol

Un pez de agua dulce del Amazonas ha desarrollado escamas con estructuras microscópicas como armaduras especialmente diseñadas para resistir la perforación de la mordedura de una piraña, según un nuevo estudio.

El Arapaima gigas es la más grande - y evolutivamente una de las más antiguas - especies de peces que viven en los lagos de la cuenca del río Amazonas. Un equipo de investigadores con sede en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley interesado en determinar cómo evolucionaron los peces para coexistir con éxito con las feroces pirañas depredadoras examinaron las escamas del A. gigas con una resolución más alta que cualquier examen anterior. Encontraron que cada escama individual contiene capas de proteínas apiladas como escaleras en espiral que giran hacia el interior y hacia el exterior para absorber o repeler la fuerza de un mordisco de piraña.

Defensa de escalera

Las estructuras de escalera en espiral dentro de cada escama ofrecen la última línea de defensa en lo que el equipo considera una jerarquía de defensas que van desde escamas macroscópicas a microscópicas. Para una primera línea de defensa, las escamas del pez se superponen cada una en un 60 por ciento, lo que proporciona una doble capa de protección a través de la mayor parte del cuerpo del pez. Un diente de piraña puede fácilmente penetrar el espesor de una escama, pero no el grosor de dos, dijeron los investigadores.

escamas de Arapaima gigas (ampliación)Haciendo un zoom más profundo, cada una tiene una dura cáscara exterior protectora de 0,5 milímetros de espesor - aproximadamente el grosor de un cabello humano - y un núcleo interior más blando que es de aproximadamente 1 mm de espesor. Este núcleo interno está hecho de colágeno, una proteína que se encuentra en la piel humana, y proporciona un grado de elasticidad que carece la quebradiza cubierta exterior.

Por último, cada núcleo blando interior consiste en múltiples estructuras de escaleras espirales que giran hacia el interior y hacia el exterior en respuesta a la fuerza de un mordisco.

"La belleza de la estructura es cuando se aplica una carga en una dirección determinada, la escalera de caracol tiene la capacidad de rotar, y pueden modificar las cargas que ha aplicado a toda la muestra para soportar las cargas", dijo el coautor del estudio, Bernd Gludovatz, investigador postdoctoral en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.

El equipo aplicó una fuerza similar a la de un mordisco de piraña en una muestra de escama de A. gigas, y observaron la respuesta de las capas de colágeno microscópico utilizando una técnica llamada dispersión de rayos X de pequeño ángulo (SAXS).

Aunque esta es la primera vez que se ha descubierto un mecanismo estructural distinto en escamas de pescado, otros peces pueden tener estructuras similares, pero aún no se han estudiado en una resolución tan alta, dijo Gludovatz.

Aplicaciones militares

Además de explicar el misterio biológico de cómo evolucionó un pez para convivir con un feroz depredador, los nuevos hallazgos también pueden desarrollar el diseño de material bio-inspirado, como innovaciones en armaduras militares.

"Lo que queremos hacer es aprender de la naturaleza cómo evolucionan los materiales para ser más eficaces en diferentes aplicaciones individuales", dijo Gludovatz. "Queremos entender cómo desarrolla la naturaleza estos materiales, y luego trataremos de copiar y hacer algo similar y, si es posible, obtener unas propiedades mecánicas tal vez incluso mejores y más eficientes".

El equipo también ha comenzado a estudiar las propiedades elásticas de la piel de pollo y conejo para una mejor comprensión de las propiedades microscópicas responsables de la elasticidad de la piel.

Los nuevos hallazgos se detallaron el 15 de octubre en la revista Nature Communications: Mechanical adaptability of the Bouligand-type structure in natural dermal armour