tiene aplicación en el campo de la ingeniería

Así logran las cucarachas morder con una fuerza 50 veces mayor que su peso

Aunque desagradables para muchos, las cucarachas son animales con características admirables. Sus mandíbulas generan fuerzas enormes comparadas con su peso, una curiosa lección de ingeniería

Foto: Cucaracha americana (Foto: Wikipedia)
Cucaracha americana (Foto: Wikipedia)

Las cucarachas son seguramente uno de los animales más odiados del mundo, generando en la mayoría de las personas que las ven un profundo sentimiento de asco. Es una reacción en cierta forma muy útil, porque las cucarachas están consideradas uno de los principales vectores de transmisión de enfermedades en el ser humano, ya que solo con el contacto contamina alimentos y utensilios de cocina.

Por eso, raro es quien las aprecia, y eso que, objetivamente hablando, son animales con unas características admirables. Son extremadamente resistentes: podrían sobrevivir hasta un par de días a temperaturas bajo cero y hasta tres meses sin comer. De hecho, pueden hasta sobrevivir unas pocas semanas si se les disecciona con cuidado la cabeza, hasta que, incapaces de alimentarse, mueren de inanición. 

Imagen por tomografía de la cabeza de una cucaracha en la que se muestran los músculos motores de la mandíbula izquierda (Foto: Tom Weihmann)
Imagen por tomografía de la cabeza de una cucaracha en la que se muestran los músculos motores de la mandíbula izquierda (Foto: Tom Weihmann)

Además, sus mandíbulas están formadas de manera que pueden dar mordiscos con una fuerza cincuenta veces mayor que su propio peso corporal. Esta habilidad, que les permite triturar materiales muy duros, como la madera, ha sido analizada por investigadores de la Universidad de Cambridge para descubrir cómo lo consiguen y si hay algo en su estructura corporal que podamos aprovechar nosotros. 

Su investigación, publicada este miércoles en la revista PLOS ONE, describe cómo las cucarachas americanas (Periplaneta americana) utilizan una combinación de contracciones rápidas y otras más lentas de las fibras nerviosas para conseguir un extra de fuerza en las mandíbulas. Una fuerza que alcanza hasta cincuenta veces el peso de su cuerpo y que utilizan cuando quieren pulverizar materiales muy duros, como la madera, algo que consiguen masticando repetitivamente.

“Los insectos juegan un papel dominante en muchos ecosistemas, así que entender la cantidad de fuerza que pueden llegar a ejercer es un paso importante para conocer mejor los procesos ecológicos y de comportamiento, y para avanzar en la ingeniería inspirada en la biología”, explica Tom Weihmann, del Departamento de Zoología de Cambridge y autor principal del estudio.

Mandíbulas como cuchillas horizontales

Otros estudios han analizado el acto de morder y masticar de otros animales, sobre todo de los vertebrados, que tienen mandíbulas llenas de dientes con los que muerden, desgarran o trituran. Sin embargo, puesto que los insectos son los animales más comunes, no solo tienen importancia como fuente de alimento, sino también como agente descomponedor de plantas y de otros animales. Y en ese proceso, cómo funcionan sus mandíbulas es fundamental.

Los insectos son los animales más comunes, no solo tienen importancia como fuente de alimento, sino también como agente descomponedor

La forma en que muerden las cucarachas no es como la de los vertebrados: tienen dos piezas horizontales que actúan como fuertes cuchillas, que utilizan no solo para despiezar la comida, sino también para cavar, defenderse, transportar objetos y alimentar a su descendencia.

Esas dos piezas están unidas a la cabeza, una cápsula formada por varias capas de cutícula que forma parte de su exoesqueleto articulado. En ella se encuentran los músculos que operan esas mandíbulas horizontales, además de otros órganos vitales. Esto quiere decir que el espacio disponible es limitado, por lo que muchos insectos tienen músculos con fibras oblicuas, que reducen el engrosamiento de los músculos al contraerse.

Mordiscos cortos, mordiscos fuertes

Para llevar a cabo la investigación, los científicos midieron la fuerza de trescientos mordiscos de cucaracha hechos con distintos ángulos y aperturas de las mandíbulas. Descubrieron que estos animales ejercen distinta fuerza según el tipo de mordiscos, desde unos más débiles y cortos hasta otros especialmente fuertes que duran mucho más. 

(Foto: Tom Weihmann)
(Foto: Tom Weihmann)

“Los primeros se generaban por fibras musculares relativamente rápidas, mientras que los más largos y fuertes se producen con fibras musculares adicionales que necesitan algo de tiempo para alcanzar su fuerza máxima”, explica Weihmann, y añade que son esas fibras musculares más lentas las que, una vez activadas, aportan un incremento de fuerza que puede llegar a los 0,5 Newtons para sostener o masticar un material especialmente duro. Se trata de una gran fuerza muscular generada a la vez que se aprovecha eficientemente el espacio. 

Entender el proceso por el que una estructura delicada soporta fuerzas tan grandes durante todo el tiempo de vida del insecto no solo es interesante desde el punto de vista de los zoólogos y la ciencia básica, sino que también puede tener aplicaciones en el campo de la ingeniería.

Se trata de encontrar la forma de generar fuerzas, con motores o similares, en espacios cada vez más pequeños sin dañar las estructuras a las que estos están adosados. Con el avance de la nanotecnología aplicada a la medicina, por ejemplo, este tipo de dispositivos tendrán cada vez más usos, y puede que los mordiscos de las cucarachas nos sirvan para hacerlos más resistentes.

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