Los peces Remora son famosos autoestopistas del mundo marino, poseen discos de succión de alta potencia en la parte posterior de su cabeza para unirse como torpedos a anfitriones más grandes que pueden proporcionar alimentos y seguridad, desde ballenas y tiburones hasta barcos ydiversos.
La clave para la adhesión de la remora son las capacidades bien conocidas del disco para generar succión, así como la fricción creada por huesos puntiagudos dentro del disco llamados laminillas para mantener el agarre en su huésped. Sin embargo, los factores que impulsan la evolución de la morfología del disco única de la remoraDurante mucho tiempo eludieron a los investigadores que buscaban comprender, e incluso diseñar nuevos dispositivos y adhesivos que imitaran la asombrosa capacidad de los peces para adherirse a varios tipos de superficie sin dañar a su huésped o gastar mucha energía, a menudo durante horas a la vez bajo fuerzas oceánicas extremas.
En un estudio dirigido por el New Jersey Institute of Technology NJIT, los investigadores han mostrado un nuevo disco remora biológicamente inspirado capaz de replicar las fuerzas pasivas de succión y fricción que potencian la capacidad del pez, demostrando una retención hasta 60% mayor que la que tienemedido para remoras vivas unidas a la piel de tiburón.
Utilizando el modelo de disco para explorar los impulsores evolutivos del disco de la remora, los investigadores dicen que los hallazgos del estudio proporcionan evidencia de que las especies vivas actuales de remora han desarrollado una mayor cantidad de láminas a lo largo del tiempo para mejorar su poder de retención y su capacidad para unirse a un rango más ampliode huéspedes con superficies más lisas, lo que aumenta sus posibilidades de supervivencia.
El estudio, presentado en Bioinspiración y biomimética , indica que el modelo de disco puede usarse para informar el diseño de tecnologías adhesivas más efectivas y de menor costo en el futuro.
"La belleza detrás del mecanismo adhesivo de la remora es que los tejidos biológicos hacen inherentemente la mayor parte del trabajo", dijo Brooke Flammang, profesor de ciencias biológicas en NJIT que dirigió el estudio. "El aspecto más significativo de esta investigación es que nuestro disco robóticose basa completamente en la física fundamental que impulsa el mecanismo adhesivo en las remoras, lo que nos permite determinar el rendimiento biológicamente relevante y obtener una idea de la evolución del disco de la remora. Esto anteriormente no era posible con diseños anteriores que requerían un operador humano para controlar el sistema ".
Divergiendo de muchos de sus ancestros similares a carroñeros más cercanos, como la cobia Rachycentron canadum, se cree que el pez remora de la familia Echeneidae comenzó a unirse a los hospedadores con superficies rugosas, similares a los tiburones, después de haber evolucionadosu disco de succión de las espinas de la aleta dorsal hace casi 32 millones de años. El disco de las remoras vivas hoy en día presenta un labio exterior carnoso y suave para la succión, mientras que el interior del disco alberga muchas más hileras lineales de tejido láminas con proyecciones de tejido en forma de diente espínulas, que el pez levanta para generar fricción contra varios cuerpos anfitriones para evitar resbalones durante el autostop.
Según Flammang, si bien los científicos han arrojado algo de luz sobre los orígenes de la estructura modificada de las aletas del remora, los aspectos fundamentales de la evolución del disco han permanecido poco claros.
"La evolución del disco de la remora es en gran medida desconocida", dijo Flammang. "Hay una remora fósil, Opisthomyzon, en el registro fósil que tiene un disco con menos láminas [que las remoras de hoy] sin espinas hacia la parte posterior de la cabeza"
Flammang dice que esto plantea dos preguntas: "cómo" y "por qué"
"El 'cómo' proviene de la aleta dorsal, aunque no se conocen las etapas evolutivas intermedias", explicó Flammang. "Si observa una filogenia de remoras, muestra que las especies que se cree que son más derivadas tienen másláminas ... se ha supuesto que el 'por qué' es para el rendimiento adhesivo, pero eso nunca se probó antes de este documento ".
Para obtener más información, Kaelyn Gamel, la primera autora del estudio y ex investigadora graduada en el laboratorio Flammang, diseñó un disco inspirado en la remora de materiales impresos en 3-D disponibles comercialmente que podría mantener de forma autónoma la fijación a varias superficies y modificarse agregando yeliminar las laminillas, lo que permite al equipo investigar el rendimiento del aumento del número de laminillas en la adhesión al corte.
"La capacidad de nuestro disco para agregar y eliminar laminillas mientras actúa como un sistema pasivo nos permitió cambiar la cantidad de fricción junto con la presión ambiental dentro del disco", dijo Gamel, ahora investigador de doctorado en la Universidad de Akron"Pudimos comparar la diferencia entre no fricción, algo de fricción y mucha fricción en función de la variación en el número de láminas".
En colaboración con Austin Garner, investigador de la Universidad de Akron, el equipo realizó pruebas de extracción con su disco modelo bajo el agua, experimentando con el número laminar del modelo hasta 12 láminas para medir la fuerza de corte y el tiempo que tomópara extraer el disco de moldes de silicio con superficies que van desde completamente lisas hasta aquellas que exceden la rugosidad de la piel de tiburón grano 350, grano 180 y grano 100.
En general, el equipo descubrió que el rendimiento adhesivo de su disco estaba fuertemente correlacionado con un aumento en las láminas del disco, observando un "punto óptimo" en la potencia de succión entre nueve y 12 láminas. Cuando se modificó a 12 láminas y 294 espinas, el disco del equipopesaba solo 45 gramos y soportaba 27 N newton fuerzas durante 50 segundos, casi tres veces la fuerza que típicamente sacaría una remora de un tiburón. Las pruebas también revelaron un mínimo de seis láminas, el número encontrado casualmente en el 32Opisthomyzon, fósil de un millón de años, era necesario para mantener la adhesión.
"Lo más sorprendente de estos resultados es que para una forma de disco dada, hay un rango óptimo en el que los fenómenos de fricción y succión están equilibrados, y [a medida que el tamaño del disco se ha alargado] las remoras han evolucionado para mantener este dulcepunto de adhesión de alto rendimiento ", explicó Flammang.
El equipo ahora dice que su modelo de disco remora se usará para futuros estudios evolutivos para saber si la succión o la fricción predominaban en el apego en los primeros ancestros remora y cómo la evolución de la forma del disco afecta la adhesión. El disco también puede tener aplicaciones de ingeniería en todo, desde biosensores médicosy dispositivos de suministro de medicamentos a etiquetas de geo-detección para estudios ecológicos y seguimiento de la vida marina. "Una de las mayores ventajas de nuestro diseño es que funciona de forma autónoma porque se basa únicamente en la física del sistema para su funcionamiento", dijo Flammang.lo hace fácilmente escalable para una multitud de nuevas tecnologías, tanto para fines médicos como científicos ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Nueva Jersey . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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