El puñetazo de un camarón mantis pavo real (Odontodactylus scyllarus) es el golpe más potente que puede dar un animal. Estos antiguos crustáceos están armados con dos apéndices rapaces parecidos a martillos llamados mazas dáctilas que usan para golpear y aplastar a sus presas. El golpe es tan fuerte que puede incluso romper el cristal de un acuario, con una fuerza comparable a la de una bala del calibre 22.

Sin embargo, sorprendentemente, estos resistentes bichos permanecen intactos cuando son atacados por ejemplares de su misma especie. a pesar de las intensas ondas de choque creadas por sus propios golpes.

Descubren que el animal con el golpe más poderoso del mundo tiene otra espeluznante arma secreta

Ahora, investigadores de la Universidad Northwestern han descubierto cómo los camarones mantis se mantienen inmunes a sus propios golpes. Sus puños, o mazas dáctiles, están cubiertos de patrones en capas que filtran selectivamente el sonido. Al bloquear vibraciones específicas, los patrones actúan como un escudo contra las ondas de choque autogeneradas.

El estudio donde se dieron a conocer los increíbles detalles de esta desconocida característica se publicó este viernes en la revista Science.

Los hallazgos algún día podrían aplicarse al desarrollo de materiales sintéticos que filtren el sonido para equipos de protección, así como inspirar nuevos enfoques para reducir las lesiones relacionadas con explosiones en el ámbito militar y deportivo.

“El camarón mantis es conocido por su ataque increíblemente poderoso, que puede romper las conchas de los moluscos e incluso agrietar el vidrio del acuario”, dijo en un comunicado el coautor del estudio Horacio D. Espinosa.

“Sin embargo, para ejecutar repetidamente estos ataques de alto impacto, la maza dáctila del camarón mantis debe tener un mecanismo de protección robusto para evitar autolesiones. La mayoría de los trabajos anteriores se han centrado en la dureza de la maza y la resistencia a las grietas, tratando la estructura como un escudo de impacto reforzado. Descubrimos que utiliza mecanismos fonónicos: estructuras que filtran selectivamente las ondas de estrés. Esto permite al camarón preservar su capacidad de ataque ante múltiples impactos y evitar daños en los tejidos blandos”, agregó el experto.

Espinosa, experto en materiales de inspiración biológica, es profesor de Fabricación y Emprendimiento en la cátedra James N. y Nancy J. Farley y profesor de Ingeniería mecánica en la Escuela de Ingeniería McCormick de la Universidad Northwestern, donde dirige el Instituto de Tecnologías de Ingeniería Celular.

Un golpe devastador del animal con el golpe más poderoso del mundo

Los camarones mantis, que viven en aguas tropicales poco profundas, están armados con una maza dáctila en forma de martillo a cada lado del cuerpo. Estas mazas almacenan energía en estructuras elásticas similares a resortes, que se mantienen en su lugar mediante tendones similares a pestillos. Cuando se suelta el pestillo, también se libera la energía almacenada, lo que impulsa la maza hacia adelante con una fuerza explosiva.

Con un solo golpe, el camarón mantis puede matar a sus presas o defender su territorio de competidores intrusos. A medida que el golpe atraviesa el agua circundante, crea una zona de baja presión detrás de él, lo que hace que se forme una burbuja.

“Cuando el camarón mantis ataca, el impacto genera ondas de presión sobre su objetivo”, dijo Espinosa.

“También crea burbujas, que colapsan rápidamente para producir ondas de choque en el rango de los megahercios. El colapso de estas burbujas libera intensas ráfagas de energía, que viajan a través de la maza del camarón. Este efecto de onda de choque secundaria, junto con la fuerza del impacto inicial, hace que el ataque del camarón mantis sea aún más devastador”.

Patrones protectores el animal con el golpe más poderoso del mundo

Sorprendentemente, esta fuerza no daña los delicados nervios y tejidos del camarón, que están encerrados dentro de su armadura.

Para investigar este fenómeno, Espinosa y sus colegas utilizaron dos técnicas avanzadas para examinar la armadura del camarón mantis en detalle. En primer lugar, aplicaron espectroscopia de rejilla transitoria, un método basado en láser que analiza cómo se propagan las ondas de tensión a través de los materiales. En segundo lugar, emplearon ultrasonidos láser de picosegundos, que proporcionan más información sobre la microestructura de la armadura.

Sus experimentos revelaron dos regiones distintas, cada una diseñada para una función específica, dentro de la maza del camarón mantis. La región de impacto, responsable de dar golpes aplastantes, consiste en fibras mineralizadas dispuestas en un patrón de espiga, lo que le da resistencia al fracaso. Debajo de esta capa, la región periódica presenta haces de fibras retorcidas, similares a sacacorchos. Estos haces forman una estructura de Bouligand, una disposición en capas, en la que cada capa rota progresivamente en relación con sus vecinas.

Mientras que el patrón en espiga refuerza el palo contra fracturas, la disposición en espiral regula la forma en que las ondas de tensión viajan a través de la estructura. Este intrincado diseño actúa como un escudo fonónico, filtrando selectivamente las ondas de tensión de alta frecuencia para evitar que las vibraciones dañinas se propaguen de regreso al brazo y al cuerpo del camarón.

“La región periódica desempeña un papel crucial en el filtrado selectivo de ondas transversales de alta frecuencia, que son particularmente dañinas para los tejidos biológicos”, dijo Espinosa. “Esto protege eficazmente al camarón de las ondas de estrés dañinas causadas por el impacto directo y el colapso de las burbujas”.

En este estudio, los investigadores analizaron simulaciones en 2D del comportamiento de las olas. Espinosa dijo que se necesitan simulaciones en 3D para comprender completamente la compleja estructura del club.

“Las investigaciones futuras deberían centrarse en simulaciones 3D más complejas para capturar por completo cómo interactúa la estructura del club con las ondas de choque”, dijo Espinosa. “Además, el diseño de experimentos acuáticos con instrumentación de última generación nos permitiría investigar cómo funcionan las propiedades fonónicas en condiciones sumergidas”.