Por qué duele tanto el mordisco de una hormiga

Una colaboración entre un equipo de investigación de la Universidad de Oregón y el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) del Departamento de Energía de EE.UU. (DOE ) reveló la solución de la naturaleza para permitir que estas criaturas diminutas corten y pinchen con relativa facilidad.

Los 'dientes mandibulares' de las hormigas, llamados así porque están adheridos fuera de la boca, están hechos de una red de material que une fuertemente átomos individuales de zinc. El efecto total es una mandíbula que contiene más del 8% del peso del diente con zinc.

Este tipo de herramientas especializadas para criaturas ha sido una fascinación durante décadas para Robert Schofield, profesor de la Universidad de Oregon y responsable del 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.

Para ver la estructura de los materiales que forman los dientes de las hormigas a escala atómica, el científico de materiales de PNNL Arun Devaraj utilizó una técnica de microscopio especializada llamada tomografía con sonda atómica. Usó un microscopio de haz de iones enfocado para tomar una pequeña muestra de la punta de un diente de hormiga y luego tomó una imagen de esa muestra 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, los científicos 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 -dice Devaraj-. Esperábamos que el zinc se agrupara en nanonódulos».

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», afirma 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». Esto es especialmente importante para diseñar estructuras como las plantas de energía nuclear que deben resistir el envejecimiento durante muchas décadas.