Moviéndose a velocidades miles de veces más rápidas que un abrir y cerrar de ojos, las mandíbulas cargadas por 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 mordiscos 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 la 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 acumular poder para sus picaduras ultrarrápidas, las hormigas primero estiran sus mandíbulas, de modo que forman un ángulo de 180 grados, y las «martillan» contra los pestillos dentro de sus cabezas. Enormes músculos, unidos a cada mandíbula por una cuerda 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, lo que hace que se incline hacia adentro, descubrió el equipo. Cuando la hormiga ataca, sus mandíbulas se abren y la energía almacenada se libera de inmediato, haciendo que las mandíbulas se estrellen.
Los investigadores examinaron con gran detalle este mecanismo accionado por resorte, pero los ingenieros del proyecto no sabían cómo podría funcionar el sistema sin generar demasiada fricción. La fricción no solo reduciría la velocidad de las mordazas, sino que también generaría un desgaste destructivo en el punto de rotación de cada mordaza. Usando modelos matemáticos, finalmente encontraron una respuesta sobre cómo las hormigas de mandíbula trampa evitan este problema.
«Esta es la parte que entusiasma increíblemente a los ingenieros», en parte porque el descubrimiento podría allanar el camino para la construcción de pequeños robots cuyas partes pueden girar con una velocidad y precisión sin precedentes, Sheila Patek, profesora de biología Hehmeyer en la Universidad de Duke en Durham, Carolina del Norte, y el autor principal del estudio, le dijeron a WordsSideKick.com.
Relacionado: ¿A qué huelen las hormigas?
Un sistema de resorte casi sin fricción
Para estudiar las increíbles mandíbulas de brunneus, Patek y sus colegas recolectaron hormigas de una colonia encontrada en los matorrales cerca de Lake Placid, Florida. De vuelta en el laboratorio, el equipo diseccionó algunas de las hormigas y tomó medidas detalladas y micro-tomografías computarizadas de sus partes del cuerpo, particularmente sus mandíbulas y los músculos y el exoesqueleto de la cabeza. Más tarde conectaron estas medidas en sus modelos matemáticos de los movimientos de las hormigas.
Además, el equipo colocó algunas hormigas frente a una cámara de alta velocidad que capturó imágenes a la friolera de 300.000 fotogramas por segundo. (El video generalmente se filma a 24 a 30 cuadros por segundo, a modo de comparación). Estos videos revelaron que, cuando 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. alrededor de un 6% más delgado alrededor del medio. Esta compresión tuvo lugar durante varios segundos, lo que se siente lento en comparación con la mordedura rápida de la hormiga, dijo Patek.
Una vez liberadas de sus pestillos, 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 aproximadamente a 195 km/h (120 mph) por el aire.
Este movimiento ultrarrápido se desarrolló de manera suave y precisa gracias a varias 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 estirar las cuerdas parecidas a tendones a las que estaban unidos. A medida que cada cuerda volvió a su longitud normal (piense en una banda elástica estirada que se suelta repentinamente), tiró del extremo de la mandíbula que se encuentra dentro de la cabeza de la hormiga. Es este empujón y tirón simultáneo lo que envió las mandíbulas de la hormiga volando una hacia la otra.
Relacionado: Estas hormigas obreras arrastran a sus reinas a pisos de solteros lejanos para aparearse
Un principio similar se aplica cuando giras una botella sobre una superficie plana; el movimiento giratorio requerido para hacer girar la botella consiste en empujar un extremo de la botella hacia adelante mientras se tira del otro extremo hacia atrás. Asimismo, cuando las bailarinas realizan piruetas con el apoyo de un compañero, el compañero empujará una de sus caderas hacia adelante y tirará de la otra hacia atrás para activar 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 hacer girar un bastón en el aire.
El bastón encuentra poca fricción cuando voltea por 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 demasiada 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, de modo 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 el Universidad de Lincoln en Inglaterra, le dijo a WordsSideKick.com en un correo electrónico. La falta de fricción en este sistema puede explicar cómo las hormigas trampa pueden atacar una y otra vez sin lesionarse, concluyeron los autores.
Los autores piensan que todas las hormigas de mandíbula trampa en el Odontomaco El género usa 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, es decir, insectos, arañas y crustáceos.
Por ejemplo, camarón mantisfamoso por lanzar golpes a 80 km/h (50 mph), probablemente deforme sus exoesqueletos y use tendones súper elásticos para acumular potencia para 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.
