La mordedura ultrarrápida de las hormigas trampa debería destrozarles la cabeza. He aquí por qué no.
Moviéndose a velocidades miles de veces más rápidas que un abrir y cerrar de ojos, las mandíbulas con resorte de una hormiga trampa atrapan a la presa del insecto por sorpresa y también pueden lanzar a la hormiga por el aire si apunta sus picaduras al suelo. Ahora, los científicos han revelado cómo las mandíbulas de la hormiga pueden cerrarse a velocidades vertiginosas sin romperse por la fuerza.
En un nuevo estudio, publicado el jueves (21 de julio) en Revista de Biología Experimental (se abre en una pestaña nueva)un equipo de biólogos e ingenieros estudió una especie de hormiga trampa llamada Odontomachus brunneus, nativo de partes de los EE. UU., América Central y las Indias Occidentales. Para aumentar el poder de sus picaduras rápidas como el rayo, las hormigas primero abren sus mandíbulas para formar un ángulo de 180 grados y las «martillan» contra los pestillos dentro de sus cabezas. Enormes músculos, unidos a cada mandíbula por un cordón similar a un tendón, tiran de las mandíbulas en su lugar y luego se flexionan para acumular una reserva de energía elástica; esta flexión es tan extrema que deforma los lados de la cabeza de la hormiga, haciendo que se curven hacia adentro, encontró el equipo. Cuando la hormiga ataca, sus mandíbulas se abren y esta energía almacenada se libera de una sola vez, haciendo que las mandíbulas entrechoquen.
Los investigadores examinaron este mecanismo de resorte en detalle, pero los ingenieros del proyecto estaban intrigados por cómo podría funcionar el sistema sin generar demasiada fricción. La fricción no solo ralentizaría las mordazas, sino que también generaría un desgaste destructivo en el punto de pivote de cada mordaza. Usando modelos matemáticos, finalmente encontraron una respuesta sobre cómo las hormigas trampa evitan este problema.
«Esta es la parte con la que los ingenieros están increíblemente entusiasmados», en parte porque el descubrimiento podría allanar el camino para construir pequeños robots cuyas partes puedan girar con una velocidad y precisión sin precedentes, Sheila Patek, profesora de biología de Hehmeyer en la Universidad de Duke en Durham, Carolina del Norte, y el autor principal del estudio, le dijeron a WordsSideKick.com.
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Un sistema de resorte casi sin fricción
Para estudiar las increíbles mandíbulas de O. bruneus, Patek y sus colegas recolectaron hormigas de una colonia encontrada en la sabana cerca de Lake Placid, Florida. De vuelta en el laboratorio, el equipo diseccionó algunas de las hormigas y tomó micromedidas detalladas.tomografías computarizadas de las partes de su cuerpo, particularmente sus mandíbulas y los músculos y el exoesqueleto de su cabeza. Más tarde conectaron estas medidas en sus modelos matemáticos de movimientos de hormigas.
Además, el equipo colocó algunas hormigas frente a una cámara de alta velocidad que capturó imágenes a la asombrosa velocidad de 300.000 fotogramas por segundo. (El video generalmente se filma a 24 a 30 fotogramas por segundo, a modo de comparación). Estos videos revelaron que mientras las hormigas se preparaban para atacar, el exoesqueleto que cubría sus cabezas sufrió una compresión significativa, se acortó en aproximadamente un 3 %, a lo largo, y creció aproximadamente 6 % más delgado alrededor del medio. Esta compresión tomó varios segundos, lo que parece lento en comparación con el rápido mordisco de la hormiga, dijo Patek.
Una vez liberadas de sus bloqueos, las mandíbulas de las hormigas giraron en un arco perfecto, alcanzando su velocidad máxima alrededor de la marca de 65 grados antes de comenzar a desacelerar. En su máxima velocidad, las puntas de las mandíbulas de las hormigas viajaron a unos 195 km/h por el aire.
Este movimiento ultrarrápido se desarrolló sin problemas y con precisión gracias a las múltiples fuerzas que actúan sobre las mandíbulas al mismo tiempo, determinó el equipo.
Por un lado, cuando la cabeza de la hormiga volvió a su forma normal, catapultó la punta de cada mandíbula al espacio. Mientras tanto, los grandes músculos dentro de la cabeza de la hormiga se relajaron y dejaron de tensar los tendones a los que estaban unidos. A medida que cada cuerda volvía a su longitud normal, piense en una banda elástica estirada que se suelta repentinamente, tiraría de la punta de la mandíbula que se encuentra dentro de la cabeza de la hormiga. Es este empujón y tirón simultáneo lo que hizo que las mandíbulas de la hormiga volaran una hacia la otra.
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Un principio similar se aplica cuando giras una botella sobre una superficie plana; el movimiento giratorio requerido para girar la botella implica empujar un extremo de la botella hacia adelante mientras se tira del otro extremo hacia atrás. Asimismo, cuando los bailarines realizan piruetas con el apoyo de un compañero, el compañero empuja una de sus caderas hacia adelante y tira de la otra hacia atrás para iniciar su giro. Sin embargo, la mejor analogía para el movimiento de la mandíbula de la hormiga trampa podría ser el malabarismo con palos, un arte circense en el que los artistas usan dos palos para hacerlos girar en el aire.
El palo encuentra poca fricción cuando gira en el aire y, según sus modelos matemáticos, los autores del estudio creen que las mandíbulas de una hormiga trampa no tienen restricciones similares. Al principio, los investigadores pensaron que cada mordaza podría girar alrededor de una articulación de pasador, similar a una puerta sobre una bisagra, pero determinaron que tal estructura introduciría mucha resistencia. En cambio, descubrieron que las mandíbulas giran alrededor de una estructura articular mucho menos rígida que requiere poco refuerzo en la cabeza de la hormiga.
«El mecanismo de doble resorte reduce drásticamente las fuerzas de reacción y la fricción en esta articulación, por lo que la articulación no necesita mucho refuerzo para mantener la mandíbula en su lugar», dijo el coautor del estudio, Gregory Sutton, investigador de la Royal Society University en la Universidad de Lincoln en Inglaterra le dijo a WordsSideKick.com por correo electrónico. La falta de fricción en este sistema puede explicar cómo las hormigas atrapamandíbulas pueden atacar repetidamente sin lastimarse nunca, concluyeron los autores.
Los autores piensan que todas las trampas para hormigas en el odontómaco Los géneros usan el mismo mecanismo de resorte para morder, pero las hormigas de mandíbula trampa en otros géneros pueden usar una estrategia ligeramente diferente, dijo Patek. Dicho esto, Patek sospecha que el mecanismo que descubrieron bien puede ser utilizado por otros artrópodos, a saber, insectos, arañas y crustáceos.
Por ejemplo, camarón mantisFamosos por lanzar puñetazos a 80 km/h, es probable que deformen sus exoesqueletos y utilicen tendones superelásticos para aumentar la fuerza de cada golpe, aunque tal mecanismo aún no se ha identificado en los camarones.
“Estamos comenzando a darnos cuenta de que esta será la regla general para estos artrópodos súper rápidos”, dijo Patek.
Publicado originalmente en Live Science.
