Paula Mellado y Andrés Concha, ambos Doctores en física y académicos de la Facultad de Ingeniería y Ciencias (FIC), en conjunto con investigadores de  la Universidad Nacional de Costa Rica, la Universidad de São Paulo y la Universidad de Harvard, explicaron el mecanismo que utilizan los gusanos de terciopelo (también llamados Onicóforos) para lanzar un chorro de secreción líquida y cubrir a sus agresores y/o presas con una red, mecanismo muy similar al utilizado por el personaje Spiderman, en solo 65 milésimas de segundo.

El proceso, según describe Andrés Concha, es similar a la oscilación que se produce en una manguera de jardín suelta cuando el agua pasa a través de ella rápidamente. El mecanismo puede tener diversas aplicaciones tecnológicas.

La investigación “Oscillation of the velvet worm slime jet by passive hydrodynamic instability”, que incorpora aspectos de la física y la biología,  fue publicada recientemente en la prestigiosa revista científica Nature Communicationsy ha tenido gran revuelo en diversas publicaciones internacionales.

Ha sido destacada en National Geographic, Science, Daily Mail, Tech Times, Wired, The New York Times y el sitio web de laUniversidad de Harvard, entre otros.

Según explica Andrés Concha, los gusanos de terciopelo se consideran “fósiles vivientes”, ya que sus principales características han permanecido prácticamente carente de variaciones durante cerca de 500 millones de años.

Estos gusanos cuentan con un mecanismo común, la capacidad de lanzar un chorro de una secreción líquida a gran velocidad y de manera oscilante, lo que pueden hacer incluso las especies más pequeñas para defenderse de un agresor o para capturar presas, inmovilizándolas gracias a las fibras que tejen rápidamente cuando lanzan la goma. Esto les permite, por ejemplo, capturar grillos y otros animales pequeños que habitan en maderas semi descompuestas.

A diferencia de  otras especies que mueven activamente sus cabezas para conseguir chorros de fluido oscilantes (como las cobras escupidoras), la cabeza del gusano de terciopelo permanece en una posición fija. Entender el mecanismo que permite a estos lentos gusanos tejer esa malla de goma y capturar a sus presas tan rápido que el ojo humano es incapaz de verlo, ha sido el objetivo de la investigación.

Los investigadores analizaron la cinemática del proceso utilizando cámaras de alta velocidad y concluyeron que el gusano “no necesita control neuromuscular en las papilas para generar estos movimientos tan rápidos”.

El movimiento es consecuencia de una acción similar a la de una jeringa. El análisis teórico sugiere que es resultado de la inestabilidad, debido a una competencia entre la inercia del fluido y la resistencia elástica, essimilar a la oscilación que se produce en una manguera de jardín suelta cuando el agua pasa a través de ella rápidamente.

“Para los biólogos, la descripción del sistema completo de eyección de la goma es muy importante ya que la anatomía de este sistema estaba mal descrita desde los años 40”, agrega  Andrés Concha. Paula y Andres  llevaron a cabo experimentos de microfluídica en el Laboratorio de Materia Condensada de la FIC y contaron con el apoyo del laboratorio de Bioingeniería liderado por Bernardo González.

Aplicaciones tecnológicas

El sistema descrito por los investigadores puede tener distintas aplicaciones tecnológicas. Por ello, han tratado de imitarlo. “Una vez que entendimos el mecanismo, lo imitamos utilizando elementos estándar de microfluídica y fabricamos un micro-túbulo flexible que imita a la papila y oscila espontáneamente cuando un líquido pasa rápido por su interior”, explica el profesor de la FIC.

El equipo científico realizó simulaciones computacionales para comparar el resultado experimental con el modelo físico propuesto y encontraron una excelente similitud entre ambos.

“Es muy interesante que una inestabilidad mecánica genere la oscilación de las papillas del gusano y le permita tejer una trampa para capturar presas en tiempo récord”, sostiene Andrés Concha.

Además, inspirados en este proceso, los investigadores  postulanque es posible hacer oscilar microtúbulos sin necesidad de un mecanismo externo. “Esto tiene un sinfín de aplicaciones en microfluídica. Por ejemplo, para generar gotas a gran velocidad, tejer fibras rápidamente o simplemente mejorar la mezcla de dos componentes utilizando un microtúbulo como inyector”, concluye.

Esta investigacion fue parcialmente financiada por la Comisión Nacional de Investigación Científica y Tecnológica (Conicyt), el Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (Fondecyt) la Universidad Nacional de Costa Rica y  MacArthur Foundation.

Fuente: FIC y Servicio de Información y Noticias Científicas (SINC)