Una nueva investigación revela detalles sobre cómo el exoesqueleto de cierto tipo de camarones de aguas profundas permite al animal sobrevivir a las aguas calientes escaldantes en respiraderos hidrotermales a miles de pies bajo el agua.
"Una especie biológica que sobrevive en ese tipo de ambiente extremo es un gran problema", dijo Vikas Tomar, profesor asociado de la Escuela de Aeronáutica y Astronáutica de la Universidad de Purdue. "Y los camarones son un gran caso de prueba para la evolución porque puedes encontrar diferentesespecies de todo el mundo que viven a diferentes profundidades y con una gama de requisitos de adaptación ".
Él y los estudiantes de doctorado Tao Qu, Devendra Verma, Yang Zhang y Chandra Prakash compararon los exoesqueletos de los camarones de aguas profundas Rimicaris exoculata y los camarones de aguas poco profundas Pandalus platyceros. La especie de aguas profundas vive 2.000 metros bajo la superficie del océano enrespiraderos hidrotermales volcánicos donde las temperaturas pueden superar los 400 grados centígrados, mientras que las otras especies viven justo debajo de la superficie del océano.
"Queremos entender cómo la evolución afecta el comportamiento material en los exoesqueletos de estas dos especies de camarones que prosperan en condiciones muy diferentes", dijo Tomar.
La comprensión del complejo comportamiento molecular de los materiales podría tener implicaciones para el diseño de una nueva armadura sintética capaz de resistir los extremos ambientales.
Los nuevos hallazgos se detallaron en un artículo de investigación publicado en línea el 2 de julio y aparecerá en una próxima edición impresa de la revista Acta Biomaterialia . Otros dos documentos recientes de los mismos investigadores se centraron en experimentos de laboratorio en los exoesqueletos de camarones.
Los investigadores probaron la interfaz entre dos componentes clave de los exoesqueletos: una proteína llamada quitina y un mineral similar a un hueso llamado calcita. Cómo se comportan estos dos tipos de materiales, uno orgánico y otro inorgánico, en su interfaz es fundamentalpara determinar cómo funciona el exoesqueleto.
Se estudiaron diez especímenes de exoesqueleto, y se realizaron análisis experimentales utilizando técnicas de laboratorio que incluyen microscopía electrónica de barrido y espectroscopía de difracción de electrones, revelando detalles sobre la estructura y la composición química.
Los exoesqueletos de ambas especies de camarones poseen las mismas microestructuras: la quitina, la calcita y otros componentes están dispuestos en una estructura helicoidal en capas que se asemeja a una escalera de caracol. Sin embargo, una comparación de las dos especies mostró diferencias en la densidad de los camarones.estructuras, grosor de las capas y contenido mineral. Se descubrió que el exoesqueleto de los camarones de aguas profundas posee una estructura más densamente compactada.
Para su sorpresa, los investigadores encontraron que el exoesqueleto de los camarones de superficie es aproximadamente 10 veces más fuerte que el exoesqueleto de los camarones de aguas profundas.
"Mecánicamente, cabría esperar que cuando se compacta se vuelve más fuerte, pero en realidad es más débil después de la compactación", dijo Tomar.
La investigación más reciente analizó lo que sucede en la interfaz entre la quitina y la calcita y cómo estos mecanismos afectan el rendimiento del exoesqueleto. Esta interfaz ayuda a determinar cómo las estructuras transfieren el estrés.
Los resultados mostraron que el exoesqueleto de aguas profundas es más blando, pero capaz de soportar temperaturas y presiones extremas. El exoesqueleto de camarones de superficie es más duro y mejor protegido contra los depredadores.
"Aunque tienen la misma microestructura básica, son materiales completamente diferentes", dijo Tomar.
La información sobre la viscosidad de la interfaz obtenida mediante simulaciones moleculares de los materiales que interactúan permite un modelado más preciso de cómo se deforman los compuestos de cerámica de polímero debido a la deformación. Los investigadores desarrollaron una "ley viscoplástica" o ecuaciones matemáticas para dicha interfaz.
Los modelos convencionales para los compuestos de cerámica de polímero se quedan cortos porque son clave en la resistencia máxima, mientras que los materiales tienen más probabilidades de fallar por una alta tensión o por ser estirados.
"Existen teorías de falla que usamos, pero predicen las fallas en términos de resistencia", dijo Tomar. "En el caso de estos materiales, es la tensión lo más importante, por lo que no puede exceder un cierto nivel de deformación sinrotura."
Los hallazgos arrojan luz sobre cómo el agua juega un papel vital para proporcionar resistencia a la estructura molecular de los exoesqueletos. Los investigadores también crearon una "base de datos de interfaz" para modelar cómo funcionará un material compuesto en particular dada su composición, microestructura y tipo deinterfaz.
También un autor en el documento de Acta Biomaterialia fue la estudiante de pregrado Milad Alucozai, quien fue elegido como uno de los 12 estudiantes de EE. UU. Que recibió la beca Mitchell de prestigio nacional para estudios de posgrado en Irlanda. Es el primer beneficiario de la beca Mitchell de Purdue.
En una investigación relacionada, el equipo está trabajando con colaboradores de la Universidad Tecnológica de Viena para estudiar la interfaz entre el colágeno y el hueso humano y cómo se deforma el hueso con el tiempo. La investigación se detalló en abril en el Boletín de la Sociedad de Investigación de Materiales. Los hallazgos podríanayuda para modelar mejor el comportamiento de los implantes médicos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Purdue . Original escrito por Emil Venere. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :