Gracias a una inusual combinación de materiales que incluyen metales, las mandíbulas de las hormigas son igual de duras que nuestros dientes, pero mucho más fuertes
Las hormigas tienen que emplear un 60% menos de fuerza para morder cosas que los animales con dientes normales. Esto les permite cortar hojas sin esfuerzo o incluso romper los caparazones de otros insectos, aunque sus mandíbulas son a menudo más finas que un cabello humano.
Su truco es un filo que puede ser mucho más afilado que nuestros mejores materiales compuestos, gracias a átomos de metal incrustados. El descubrimiento corresponde a un grupo de investigación de la Universidad de Oregón que ha publicado sus hallazgos en Nature.
En los humanos, el esmalte dental está formado por cristales de fosfato de calcio incrustados en una estructura de soporte de proteínas. En cambio, el filo de las mandíbulas de las hormigas se compone de un material homogéneo cuyas proteínas están endurecidas con átomos de metales como el zinc o el manganeso. En otras palabras, cortan como cuchillos.
Esta inclusión de metales hace a las mandíbulas de las hormigas comparables a los biocompuestos clásicos como los de los dientes o las pinzas de los cangrejos, pero con una estructura más precisa y también más resistente a la fractura.
Las mandíbulas de las hormigas y el aguijón de los escorpiones contienen metal
El equipo de Oregón lleva tiempo investigando este tipo de biomateriales enriquecidos con elementos pesados, un material que no sólo es común en las hormigas, sino también en escorpiones, arañas y algunos animales marinos.
Durante mucho tiempo, fue un misterio cómo se construyen estos materiales compuestos en los animales. Los dientes de los gusanos marinos tienen un altísimo contenido de metal, hasta un 18%, y también constan de finos trozos de metal incrustados en la proteína de las mandíbulas. Pero según las mediciones, los átomos de metal no están conectados entre sí.
En cambio, el grupo de trabajo ha demostrado, con la ayuda de la tomografía de sonda atómica, que el metal está distribuido homogéneamente incluso en las estructuras más finas. Debido a sus especiales propiedades químicas, estos átomos metálicos funcionan como unas «abrazaderas cruzadas» que comprimen a las proteínas dentro de sí mismas y entre sí, haciendo que el material sea más duro.
Por ello, el material del que están hechos los dientes de las hormigas o los aguijones de los escorpiones tiene una estructura uniforme. En cambio, en los materiales compuestos de otros animales las sustancias duras se encuentran junto a las blandas, y ambos componentes absorben las cargas de forma muy diferente. Por ejemplo, el material de los dientes humanos puede romperse en el límite entre el mineral duro y la proteína más flexible, especialmente en estructuras muy finas.
En comparación, por ejemplo, el filo de la mandíbula de la hormiga, que es uniforme y está reticulado por el zinc, puede ser mucho más fino y, por tanto, mucho más afilado que cualquier diete. En la hormiga cortadora de hojas (Atta cephalotes) sólo tiene 50 nanómetros de espesor.
La reticulación química de los átomos metálicos tiene otro efecto. El metal forma enlaces químicos con las proteínas, y éstos pueden aflojarse y volver a tejerse. Esto hace que estos biomateriales que contienen metales sean extremadamente resistentes a la abrasión. Si aparecen grietas en el material, puede curarse por sí mismo, porque los átomos de metal simplemente restablecen los enlaces que se habían soltado.
