La cuestión ha cautivado a los interesados en crear nuevos materiales que imiten a los biológicos. Los resultados se publican en la revista Science.
El afilado pico del calamar de Humboldt es uno de los materiales orgánicos más duros y rígidos que se conocen. Ingenieros, biólogos y científicos marinos de la Universidad de California en Santa Bárbara han unido sus fuerzas para descubrir cómo este calamar blando y gelatinoso puede manejar su pico en forma de cuchillo sin hacerse pedazos.
La Universidad de California en Santa Bárbara es la meca de este tipo de estudios interdisciplinarios y atrae a científicos e ingenieros de todo el mundo para abordar cuestiones que abarcan una amplia gama de disciplinas científicas y de ingeniería.
La clave del pico del calamar radica en las gradaciones de rigidez. La punta es extremadamente rígida, pero la base es 100 veces más flexible, lo que le permite mezclarse con el tejido circundante. Sin embargo, esto sólo funciona cuando la base del pico está húmeda. Cuando se seca, la base se vuelve igual de rígida que la punta del pico, ya desecada.
Los calamares de Humboldt, o Dosidicus gigas, miden un metro de ancho y pueden herir a un pez con un solo movimiento. Según el artículo, … «el pico de un calamar puede cortar la médula nerviosa para paralizar a la presa y así poder cenar tranquilamente más tarde».
«Los calamares pueden ser agresivos, caprichosos, repentinamente malvados, y siempre están hambrientos», dijo Herb Waite, coautor y profesor de biología en la UC Santa Barbara. «No querrías estar buceando junto a uno. Una docena de ellas podría comerte o hacerte mucho daño». Las criaturas son muy rápidas y nadan con propulsión a chorro.
Además de los humanos, el principal depredador del calamar es el cachalote, y estos animales muestran con frecuencia las cicatrices de la batalla, con la piel estropeada por las afiladas ventosas del calamar. Waite señaló que el músculo del calamar está disponible en sándwiches hechos localmente, a menudo llamados «sándwiches de filete de calamar».
Waite encuentra el pico del calamar convincente e interesó al investigador postdoctoral y primer autor Ali Miserez en unirse al estudio. Miserez está afiliado al Departamento de Materiales de la UCSB, al Departamento de Biología Molecular, Celular y del Desarrollo (MCDB) y al Instituto de Ciencias Marinas.
«Siempre había sido escéptico en cuanto a la existencia de alguna ventaja real de los materiales ‘funcionalmente graduados’, pero el pico del calamar me convirtió en un creyente», dijo el coautor Frank Zok, profesor y director asociado del Departamento de Materiales de la UC Santa Barbara.
«Aquí tenemos una ‘herramienta de corte’ que es extremadamente dura y rígida en su punta y está unida a un material —- la masa muscular bucal —- que tiene la consistencia de la gelatina», dijo Zok.
«Puedes imaginar los problemas que encontrarías si unieras la hoja de un cuchillo a un bloque de gelatina y trataras de usar esa hoja para cortar. La hoja cortaría la gelatina al menos en la misma medida que el objeto a cortar. En el caso del pico del calamar, la naturaleza se encarga del problema cambiando la composición del pico de forma progresiva, en lugar de abrupta, para que su punta pueda perforar la presa sin dañar al calamar en el proceso. Es un diseño realmente fascinante»
Zok explicó que la mayoría de las estructuras de ingeniería están hechas de combinaciones de materiales muy diferentes, como cerámica, metales y plásticos. Para unirlos se necesita algún tipo de unión mecánica, como un remache, una tuerca y un tornillo, o un adhesivo como el epoxi. Pero estos enfoques tienen limitaciones.
«Si pudiéramos reproducir los gradientes de propiedades que encontramos en el pico del calamar, se abrirían nuevas posibilidades para unir materiales», explicó Zok. «Por ejemplo, si se graduara un adhesivo para que sus propiedades coincidieran con las de un material por un lado y con las del otro, se podría formar potencialmente una unión mucho más robusta», dijo. «Esto podría revolucionar realmente el modo en que los ingenieros piensan en la unión de materiales».
Según Waite, a los investigadores les ayudó el hecho de que los calamares parecen estar desplazándose hacia el norte desde las zonas en las que se han concentrado tradicionalmente, por ejemplo las aguas profundas de la costa de Acapulco (México). Sin embargo, recientemente se ha encontrado un gran número de calamares de Humboldt en aguas del sur de California. Docenas de calamares muertos han aparecido recientemente en las playas del campus, proporcionando a los investigadores más picos para estudiar.
Los otros dos coautores del artículo de Science son de la UCSB. Son Todd Schneberk, afiliado a la investigación de materiales y al MCDB, y Chengjun Sun, afiliado al MCDB y al Instituto de Ciencias Marinas.