El enigma de la concha rígida y flexible de un animal

El braquiópodo de la especie Discinisca tenuis vive en la costa occidental de África. Tiene una concha rica en minerales que lo protege de influencias ambientales nocivas. Cuando una concha de este tipo está seca, como es lo habitual al estudiarlas fuera de su medio acuático, es rígida. Sin embargo, al bañar la concha en agua se produce un cambio estructural en el material: la concha se vuelve tan flexible que incluso puede doblarse sin romperse.

El fenómeno fue descubierto por casualidad hace unos años por Fabio Nudelman, un químico de materiales que actualmente trabaja en la Universidad de Edimburgo en Escocia, Reino Unido. Maggie Cusack, recientemente nombrada presidenta de la Universidad Tecnológica de Munster (Irlanda), había proporcionado a Nudelman conchas del braquiópodo Discinisca tenuis, provenientes de aguas de Namibia. Cuando quiso lavar una de estas rígidas conchas, esta repentinamente se volvió blanda y flexible en contacto con el agua. La concha había absorbido líquido y con ello había cambiado su estructura. El proceso resultó ser reversible: Al secar la concha, volvió a ser dura y quebradiza.

Junto con colegas de seis países, Nudelman se propuso descubrir exactamente cómo se produce esta inesperada transformación.

El equipo lo integran científicos del Instituto Paul Scherrer (PSI) en Suiza, el Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zúrich (ETH), la Universidad de Zúrich en Suiza, el Instituto Bávaro de Polímeros en Alemania, la Universidad de Bayreuth en Alemania, la Universidad de Bolonia en Italia, la Universidad de Edimburgo en el Reino Unido, la Universidad Heriot-Watt en el Reino Unido, la Universidad de Cambridge en el Reino Unido, el Laboratorio Nacional estadounidense de Brookhaven y la Universidad Tecnológica de Munster en Irlanda.

La concha del braquiópodo Discinisca tenuis es rígida y quebradiza, pero se vuelve blanda y flexible cuando se expone al agua. (Foto: Brookhaven National Laboratory)

Los autores del estudio, entre quienes figura Johannes Ihli del Instituto Paul Scherrer, han averiguado por qué exactamente la cubierta protectora del braquiópodo Discinisca tenuis se vuelve extremadamente blanda en el agua y se endurece de nuevo cuando está expuesta al aire seco.

La concha del braquiópodo, que no tiene más de medio milímetro de grosor, está formada por un material híbrido: principalmente mineral inorgánico en el que hay incrustados polímeros orgánicos hechos de proteínas y azúcares. Los dientes, los huesos, las conchas de las almejas y muchas otras estructuras naturales están estructurados de modos similares a partir de una mezcla de material orgánico e inorgánico. El mineral que constituye el principal componente de la concha es un tipo de fluoroapatita, similar al material que compone el esmalte de nuestros dientes.

Diminutos nanocristales de este material se disponen en capas. Nudelman lo compara con las paredes de ladrillos: "En esta analogía, los ladrillos son los nanocristales, y la argamasa entre los ladrillos está formada por moléculas orgánicas como la quitina y proteínas".

Tal como observaron los investigadores, esta "argamasa" puede absorber grandes cantidades de agua, lo que hace que se hinche. Al almacenar agua, cambia su estructura: se ablanda y los “ladrillos” se vuelven móviles entre sí.

"El agua actúa como un lubricante entre los nanocristales", explica Ihli. "Los cristales pueden entonces deslizarse unos contra otros". Gracias a este movimiento, la concha se vuelve flexible.

Los investigadores descubrieron una red de poros en la concha. Dicha red resulta especialmente eficaz para guiar el agua hacia el interior y distribuirla rápidamente por todo el material.

El estudio se titula “Mechanical Adaptation of Brachiopod Shells Via Hydration-Induced Structural Changes”. Y se ha publicado en la revista académica Nature Communications. (Fuente: NCYT de Amazings)