updated 2:26 PM CET, Dec 1, 2016

La increíble arma sonoluminiscente de un camarón

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camarón chasqueador

Un camarón chasqueador puede hacer ruido juntando sus garras y noquear a su presa - sin tener que tocarla

Por debajo de las olas hay un sonido tan familiar a los navegantes que fácilmente podría malinterpretarse como el sonido del mismo océano. Es un chasquido constante que impregna las aguas poco profundas del trópico, día y noche. Algunos lo comparan con el crepitar de la quema de yesca. Otros dicen que suena como el chasquido, crujido y estallido del cereal en la leche.

La fuente del sonido es en realidad unos pequeños camarones equipados con una garra inusualmente grande (quelípodo). Cuando la garra encaja en su lugar, ayuda a generar un intenso estallido de sonido, así como una onda de choque y sonoluminiscencia, que puede matar o aturdir a las presas - caracoles, otros crustáceos y pequeños peces.

Como era de esperar, los pequeños cazadores han sido denominados camarones chasqueadores (snapping shrimps en inglés) - aunque a veces se les da el nombre más evocador de "camarones pistola".

Sin embargo, su garra no es sólo un arma de aturdimiento. También es su larinje. Mediante su ajuste, son capaces de comunicarse con sus innumerables vecinos, cada uno metido en su propia madriguera en la blanda arena.

Los camarones chasqueadores forman grandes colonias que tapizan el fondo del mar. Algunas especies comparten sus madrigueras con los gobios en una relación de beneficio mutuo: el camarón ofrece a los peces un lugar para vivir, el pez proporciona protección al camarón contra los depredadores. Hay más de 1.000 especies en total, y su ubicuidad embellece el paisaje submarino con un rico y fértil entorno sonoro.

camarón Alfeo randalli y gobio Stonogobiops xanthorhinica

De hecho, su "charla" comunitaria es tan dominante que crea un ruido blanco que llena los estratos marinos, desde la arena a la superficie del agua - para gran disgusto de los investigadores que tratan de estudiar los matices de la acústica submarina en los trópicos. Los pequeños crustáceos - que rara vez exceden el tamaño de tu dedo gordo del pie - crean interferencias inamovibles que hace otros sonidos difíciles de detectar.

Es tan difícil oír nada por encima de esta cacofonía crustácea que el sonido podría incluso haber desempeñado un papel en la Segunda Guerra Mundial.

Entre 1944 y 1945, la Marina de los Estados Unidos utilizó deliberadamente colonias de camarones chasqueadores como una "pantalla acústica" para esconderse de los hidrófonos submarinos en los puertos de Japón, lo que permitía a sus submarinos entrar sin ser detectados. Los camarones incluso podrían haber tenido su propia parte en las primeras pruebas de bombas atómicas en el atolón de Bikini.

En pocas palabras, el sonido de los camarones chasqueadores es familiar para muchos que trabajan en y sobre el mar, incluso si no lo saben. Han sido conocidos por la ciencia desde finales del siglo XVIII.

Sin embargo, durante la mayor parte de ese tiempo, fueron malinterpretadas. Los biólogos creían que el sonido que producían era meramente un producto del cierre de la garra, una superficie que golpea a otra como cerrar una puerta o hacer clic con los dedos.

camarones chasqueadores de Stimpson (Synalpheus stimpsoni)

Sin embargo, un físico tenía otras ideas.

En 1999, Detlef Lohse de la Universidad de Twente, en los Países Bajos estaba mirando una copia impresa de una pista de sonido.

La amplitud de picos y valles en el tiempo parecían muy familiares para él. Había visto un patrón similar por su trabajo en la cavitación - el fenómeno del colapso con demasiada fuerza de las burbujas debido a un cambio repentino de presión, produciendo una explosión.

La grabación fue realizada en un acuario en Munich que contenía Alfeo heterochaelis, el de la garra más grande de los camarones chasqueadores. Para Lohse, todo tenía sentido: una burbuja de cavitación, no la garra en sí, crea la presión de los camarones chasqueadores.

burbujas como arma

"Oí que los zoólogos decían que a veces se ve una burbuja", dice. "Así que combiné esa información, y para mí estaba muy claro que el sonido, de hecho, procede del colapso de esta burbuja".

Para probar su idea, Lohse creó modelos estancos y ecuaciones teóricas, demostrando con precisión que una burbuja de cavitación era la única explicación para tal sonido.

"Pero los zoólogos no están convencidos con los modelos matemáticos", dice. "Ellos no me creerían". Lohse necesitó llevar a cabo algunos experimentos con camarones reales para persuadirlos.

Utilizando una cámara de alta velocidad (capaz de tomar 40.500 fotogramas por segundo), un conjunto de micrófonos submarinos y un pincel, el colega de Lohse, Michel Versluis, fue capaz de descubrir el misterio.

Espera... ¿un pincel?

Para inducir un chasquido, los camarones tenían que ser molestados un poco mediante cosquillas - y un pincel resultó ser el palo de cosquilleo perfecto. Sólo entonces se podría iniciar la recogida de datos.



Vídeo: A pesar de su tamaño el rendimiento de los camarones pistola es asombroso. Una poderosa garra cierra tan rápido que desgarra el agua, haciendo una impresionante implosión y uno de los ruidos más fuertes en el océano.

Según lo revelado por los vídeos de alta velocidad, cuando se cierra la garra del camarón chasqueador, la pinza tiene una protuberancia que se ajusta perfectamente dentro de un agujero en la otra pinza, como el funcionamiento interno de una pequeña trituradora de ajo.

Mientras que la garra está abierta, los músculos del camarón están opuestos en trinquete hasta tensarse - entonces libera de repente esta tensión de manera que las tenazas rasgan a través del agua a cerca de 100 km/h y la garra chasca al ser violentamente cerrada.

Pero, en este punto - el silencio. Lohse y Versluis recogieron apenas un murmullo cuando las dos pinzas chasquearon al juntarse. La familiar voz alta de "chasquido" llegó en realidad una fracción de una milésima de segundo más tarde; un pequeño pero significativo retraso.

A medida que el émbolo en una pinza es forzado en el agujero de la otra, se expulsa un rápido chorro de agua. "Y a alta velocidad significa baja presión", dice Lohse. En consecuencia, se forma una intensa zona de baja presión alrededor de la garra del camarón.

camarones atendiendo a un gobio

Cualquier pequeña burbuja de aire en las cercanías - conocidas como núcleos - se inflan por este cambio en la presión y siguen al flujo del agua.

Pero cuando las burbujas se mueven lo suficientemente lejos de la garra, se encuentran con una gran disparidad de presión entre el agua en el exterior y el aire dentro de ellas. Colapsando las burbujas bajo la tensión.

"Esto está sucediendo muy rápido", dice Anna von der Heydt que trabajó en las ecuaciones teóricas de cavitación de las burbujas del camarón. "El crecimiento de la burbuja y el colapso ocurre en menos de un milisegundo [una milésima de segundo]".

Con una explosión, la burbuja estalla en una lluvia de pequeñas burbujas, volviendo de nuevo a los mismos núcleos infinitesimales empezaron todo.

La onda de choque producida por el colapso de la burbuja no sólo es muy fuerte, también es muy potente. Puede aturdir a presas pequeñas, e incluso puede desmembrar y matar pequeños invertebrados y peces. Las armas de los camarones chasqueadores son burbujas.

camarones chasqueadores

Al igual que un fuego artificial bajo el agua, la explosión de la burbuja genera luz y sonido. Al colocar los camarones en completa oscuridad y usando un fotodetector altamente sensible - y, por supuesto, un pincel - Versluis pudo mostrar que cada colapso de la burbuja coincide con la producción de 50.000 fotones.

En el lenguaje cotidiano: era tenue. Imperceptible para el ojo humano (¿y para los camarones?). Pero producía mucho calor, alcanzando temperaturas que hacían juego con la superficie del sol, aunque muy brevemente y en un lugar muy pequeño.

Este fenómeno necesitaba un nombre: algo similar a "sonoluminiscencia", el proceso de emisión de luz por la cavitación de una burbuja. "Se nos ocurrió el nombre 'shrimpoluminescence'" (shrimp = camarón en inglés), dice Lohse. "Nosotros inventamos este nombre con una cerveza".

Hoy en día, Lohse y Versluis siguen trabajando juntos en la Universidad de Twente, estudiando la física de fluidos y la cavitación. Sus oficinas están al lado. Los cuatro camarones que utilizaron en sus experimentos, sin embargo, hace tiempo que murieron.

"Han pasado 16 años", dice Lohse, "pero nunca me libraré del nombre 'el chico de los camarones'".