Mantis marina: el martillo biológico

A lo largo de la evolución animal se han desarrollado diferentes mecanismos de depredación. Algunos de ellos están bien definidos y estudiados, pero muchos otros todavía son terreno virgen para la investigación.

Uno de estos mecanismos es el que ejercen los animales marinos que ingieren moluscos gasterópodos y bivalvos, como caracoles, mejillones y almejas. Normalmente, los animales que dan caza a estos organismos siguen patrones de golpeo con poca intensidad y mucha duración. Entre estos mecanismos podrían destacarse los procesos de compresión de la concha repetidamente o procesos de “peeling” de las capas que componen la concha. Ambos procesos buscan la debilitación de esta estructura externa para llegar al tejido blando e ingerirlo.

Sin embargo, se han descubierto otros mecanismos que funcionan con golpes de alta intensidad en periodos muy cortos de tiempo, como es el caso del martilleo que ejerce Odontodactyllus scyllarus, la mantis marina, contra sus presas.

Este animal utiliza su par de apéndices, terminados en un talón bulboso y redondeado, como potentes martillos que golpean la concha de su presa con gran fuerza y elevada velocidad. 

A su vez, ocurre un curioso efecto gracias a la velocidad del golpe asestado. Se produce la cavitación del agua que se sitúa entre el apéndice que ha golpeado y la concha que ha recibido el impacto. Este efecto hidrodinámico se produce cuando el agua o cualquier otro fluido en estado líquido pasa a gran velocidad por una arista afilada, o en este caso por el apéndice de la mantis marina, produciendo una descompresión del fluido (bajas presiones).

El agua que sufre la cavitación pasa de estado liquido a gaseoso en ese momento, produciendo burbujas o “cavidades” que al colapsar emiten gran cantidad de energía, acompañada de ruido, calor y luminiscencia.

En esta fotografía podemos comprobar el efecto de la cavitación en el golpe (flechas):

                   

Para el estudio del novedoso mecanismo y el efecto que ejerce la cavitación en la debilitación de la concha, un equipo de investigación de la universidad de Berkeley ha realizado un estudio en el que se pretendía medir la fuerza del impacto; identificar la presencia y la contribución de la cavitación en la fuerza generada, el tiempo de duración y su efecto acústico.

Para ello se utilizaron sensores de fuerza de forma plana y curvada, pudiendo ser de 1 ó 3 ejes; un hidrófono que medía el efecto acústico del impacto y una cámara de video de alta velocidad, con la que se pudo determinar la velocidad del apéndice. 

El equipo de investigación observó que por cada apéndice que golpeaba surgían dos picos de fuerza, el primero procedente del propio impacto y el segundo por el efecto de la cavitación, solo unos microsegundos después. Si los dos apéndices golpeaban, se producían cuatro picos de fuerza, es decir, dos series simultáneas de las anteriormente citadas.

Estas fuerzas detectadas  tenían valores entre los 400 y 700 Newtons, con máximas de hasta 1500 Newtons, lo que supera miles de veces su peso corporal. Además, cabe destacar la que la fuerza generada por el efecto de la cavitación, normalmente, era la mitad a la  producida por el impacto del apéndice, aunque en algunas ocasiones podía suponer el 280% de la fuerza producida por el miembro.

A su vez, se descubrió que el efecto acústico del mecanismo de golpeo era debido principalmente por los colapsos de las burbujas en el efecto de cavitación.

Este mecanismo descubierto abre algunas incógnitas sin resolver, que pueden ser objeto de estudio para el futuro, como por ejemplo la posible evolución de las conchas de estos moluscos por efecto de la cavitación producida. Otro podría ser la composición de las fibras que  contiene el apéndice de la mantis marina, ya que no sufre desgaste ni por la fuerza ejercida ni por la fuerza emitida en la cavitación. Con el desarrollo de este material podrían fabricarse turbinas y hélices más resistentes.

Para entender el poder de este mecanismo de golpeo os dejo aquí un interesante vídeo.