Imágenes a escala atómica han revelado que las hormigas usan zinc para afilar sus dientes, una explicación para como criaturas tan diminutas pueden cortar, perforar o picar con tanta facilidad.
Un estudio reciente, publicado en 'Nature Scientific Reports', muestra por primera vez cómo se organizan los átomos individuales de zinc para maximizar la eficiencia de corte y mantener la nitidez de unas diminutas herramientas exquisitamente construidas.
Una colaboración entre un equipo de investigación de la Universidad de Oregon y el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) reveló la solución de la naturaleza para permitir que las criaturas diminutas corten y pinchen con relativa facilidad.
Estas estructuras especializadas, técnicamente llamadas "dientes mandibulares" porque están adheridas fuera de la boca, están hechas de una red de material que une fuertemente átomos individuales de zinc. El efecto total es una mandíbula que contiene más del 8 por ciento del peso del diente con zinc.
Este tipo de herramientas especializadas para criaturas ha sido una fascinación durante décadas para el profesor asociado de la Universidad de Oregon, Robert Schofield, quien dirigió este estudio. Su equipo de biofísicos ha desarrollado técnicas para medir la dureza, elasticidad, energía de fractura, resistencia a la abrasión y resistencia al impacto en una escala en miniatura.
Pero en realidad no pudieron ver la estructura de los materiales que forman los dientes de las hormigas y otras herramientas microscópicas de animales, especialmente a escala atómica. Ahí es donde el científico de materiales de PNNL Arun Devaraj y el pasante de doctorado Xiaoyue Wang entraron en escena.
Usaron un microscopio de haz de iones enfocado para tomar una pequeña muestra de aguja de la punta de un diente de hormiga y luego tomó una imagen de esa muestra de aguja usando tomografía de sonda atómica, lo que permitió al equipo identificar cómo los átomos individuales están dispuestos cerca de la punta de un diente de hormiga.
Usando esta técnica, Devaraj y Wang registraron por primera vez la distribución a nanoescala de los átomos de zinc en el diente de la hormiga.
"Pudimos ver que el zinc se distribuye uniformemente en el diente, lo cual fue una sorpresa", dijo Devaraj en un comunicado. "Esperábamos que el zinc se agrupara en nano-nódulos".
El equipo de investigación estimó que, debido a que estos biomateriales pueden ser más afilados, hacen posible que los animales usen el 60 por ciento o incluso menos de la fuerza que tendrían que usar si sus herramientas estuvieran hechas de materiales similares a los que se encuentran en los dientes humanos. Debido a que se requiere menos fuerza, sus músculos más pequeños gastan menos energía. Estas ventajas pueden explicar por qué todas las arañas, hormigas, otros insectos, gusanos, crustáceos y muchos otros grupos de organismos tienen estas herramientas especializadas.
"Los ingenieros humanos también podrían aprender de este truco biológico", dijo Schofield. "La dureza de los dientes de las hormigas, por ejemplo, aumenta de aproximadamente la dureza del plástico a la dureza del aluminio cuando se agrega zinc. Si bien hay materiales de ingeniería mucho más duros, a menudo son más frágiles.
Aprender de la naturaleza es una forma de entender qué hace que los materiales sean más fuertes y más resistentes a los daños, agregó Devaraj.
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