25 abril, 2011

Pon miles de hormigas de fuego en el agua y se convertirán en una balsa

Muchos de nosotros hemos visto en documentales de NatGeo o de Discovery Channel a las hormigas de fuego —las cuales habitan en la Amazonía brasileña— aglomerarse para formar estructuras tipo balsas o puentes para poder atravesar o navegar a través de pequeños arroyos. Investigadores del Instituto Tecnológico de Georgia (Atlanta, USA), usaron cámaras especiales y microscopios electrónicos para revelar cómo hacen estas hormigas para auto-ensamblarse y formar balsas a prueba de agua. Los resultados aparecieron hoy en PNAS.

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Las hormigas de fuego (Solenopsis invicta) habitan en la selva brasileña. Estas hormigas tienen una estructura social muy avanzada, tanto así que lo más importante para ellas es el bienestar de toda la colonia. En su afán de mantener siempre a la colonia unida son capaces de auto-ensamblarse y formar estructuras complejas como puentes, balsas, escaleras, paredes, etc., con sus propios cuerpos.

De todas estas estructuras, son las balsas las más grandes y complejas, porque permiten a la colonia navegar a través de la selva por varias semanas, hasta poder encontrar un buen lugar para asentarse.

Sin embargo, lo que hace más interesante este estudio es que la tensión superficial del agua no alcanza para explicar este fenómeno, ya que dicha capa es tan débil que no soportaría objetos que tuvieran la misma densidad del agua y un tamaño superior a la longitud capilar (~2.3mm). En otras palabras, es muy difícil que una hormiga pueda flotar gracias a la tensión superficial, ¡imagínense miles de ellas!

Fue así que Nathan J. Mlot y sus colaboradores del Instituto Tecnológico de Georgia colectaron las hormigas de fuego y las llevaron al laboratorio para filmarlas en el preciso momento en que formaban sus balsas una vez que eran puestas al agua. A partir de los videos, los investigadores pudieron sacar algunas conclusiones preliminares como la densidad de hormigas en la balsa (~34 por cm2) y la resistencia de la misma aplicando una pequeña fuerza.

Pero, para poder analizar como se enlazaban las hormigas para formar las balsas, los investigadores las congelaron usando nitrógeno líquido (un poco cruel la técnica, pero efectiva). Cuando analizaron las balsas congeladas vieron que las hormigas estaban unidas mediante las mandíbulas, las garras del tarso y las almohadillas adhesivas situadas en los extremos de sus tarsos, de manera combinada. Esta disposición les permiten soportar una tensión de hasta 400 veces su peso corporal.

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Por otro lado, las fuerzas de cohesión entre las hormigas no eran muy fuertes, ya que las balsas se rompieron fácilmente con la mano, sin dañar a ninguna hormiga. Este efecto era más notorio cuando el agua tenía trazas de surfactantes. Los surfactantes son sustancias con la capacidad de modificar la tensión superficial del agua, la cual está relacionada directamente con su capilaridad. Así que esta observación indicaría que la capilaridad ayudaría a aumentar las fuerzas de cohesión entre las hormigas. Aún así, las balsas fueron lo suficientemente resistentes como para mantener a las hormigas a flote. Además, cuando las balsas se rompían, estas tenían la capacidad de auto-regenerarse.

ant-fire3Sin embargo, me queda una duda, ¿cómo hacen las hormigas que están en contacto con el agua para no ahogarse?. Bueno, otra característica de las hormigas es que, al igual que muchos insectos y plantas, tiene una superficie hidrófoba. Gracias a esto, las hormigas pueden comportarse como insectos semi-acuáticos, porque cuando se sumergen en el agua, se forman unas pequeñas burbujas de aire en su superficie que evitan que la hormiga se hunda y se ahogue.

Este efecto se pronunciaba cuando aumentaba el número de hormigas. Las burbujas formadas por la interacción de las hormigas eran mucho más grandes que de las producidas por una sola hormiga. Además, estas burbujas de aire reducían hasta en un 75% la densidad de las balsas (~0.2g/ml), permitiéndoles flotar en el agua sin ningún problema. Y por si fuera poco, estas bolsas de aire son usadas por las hormigas que se encuentran bajo la balsa para poder respirar.

Con todos estos datos, los investigadores concluyeron que las balsas de hormigas, comparadas con el agua, tenían 1/5 de su densidad, 10 veces su tensión superficial (5 veces superior a la tensión superficial del mercurio) y un millón de veces su viscosidad (similar al aceite de silicona).

Este estudio nos da una visión de todas las fuerzas y propiedades físicas y mecánicas involucradas en la formación de estas balsas. Además, la forma como se ensamblan las hormigas de manera rápida y eficiente, sin la necesidad de ayuda externa, puede ser usada por los ingenieros para poder desarrollar pequeños robots con la capacidad de auto-ensamblarse y ser usados para la exploración de cuevas sumergidas bajo el agua, líneas de alcantarillado, etc.


Referencia:

ResearchBlogging.orgNathan J. Mlot, Craig A. Tovey, & David L. Hu (2011). Fire ants self-assemble into waterproof rafts to survive floods Proceedings of the National Academy of Sciences : 10.1073/pnas.1016658108

1 comentario:

  1. :O
    mi vida a sido aclarada jajaaj
    cuando era chico me nació la misma duda al ver un programa de Animalplanet

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