Tener mandíbulas fuertes es esencial para las pequeñas criaturas marinas conocidas como gusanos de sangre.
Los gusanos, que crecen hasta unas 15 pulgadas de largo, pasan su vida excavando en el fangoso lecho marino y cazando pequeños crustáceos, moluscos y otros gusanos.
“Necesitan sus mandíbulas para matar a las presas más activas”, dice Herbert Waite, bioquímico marino de la Universidad de California, Santa Bárbara. “También usan las mandíbulas para pelear entre sí porque no son muy sociables y ocasionalmente los gusanos chocan en las madrigueras”.
Las mandíbulas deben ser muy afiladas y muy duras porque los gusanos de sangre solo las hacen una vez durante su vida, dice Waite. La clave de esta temible fauces radica en una mezcla única de cobre, melanina y una proteína con algunas propiedades químicas impresionantes, informaron él y sus colaboradores el 25 de abril en la revista. Materia
Cada gusano de sangre luce una probóscide con cuatro mandíbulas negras para agarrar a otros animales e inyectarlos con veneno paralizante. Estos colmillos huecos son livianos pero pueden soportar mucho desgaste gracias a sus componentes de melanina y cobre, escribieron Waite y sus colegas en el nuevo artículo. Estos son ingredientes inusuales para las mandíbulas de los animales. El cobre es “generalmente bastante tóxico” para los animales, dice Waite, y la melanina es un pigmento que rara vez sirve como elemento estructural.
“Nos interesaba cómo los diferentes invertebrados marinos crean estructuras de carga para sobrevivir, y este se destacó en particular porque fue uno de los únicos que se informó que tenía un alto contenido de cobre”, dice.
Los científicos no están seguros de por qué los gusanos optaron por el cobre en lugar de otro metal más utilizado por los invertebrados marinos, como el hierro o el zinc. Sin embargo, una posibilidad es que el cobre reaccione con el veneno almacenado en los colmillos. “El gusano tiene el lujo de almacenar estas toxinas en algún tipo de forma menos dañina o inerte y se vuelven tóxicas a medida que se mueven a través de los canales de la mandíbula en su camino hacia la presa”, dice Waite.
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Para investigar cómo los gusanos de sangre juntan sus colmillos distintivos, Waite y su equipo identificaron la secuencia genética que codifica la proteína principal en las mandíbulas. Descubrieron que la composición química de la proteína era bastante simple, con alrededor del 80 por ciento representado por dos aminoácidos. Luego, el equipo hizo una versión artificial de la molécula, a la que llamaron “proteína multitarea”, en el laboratorio.
A continuación, los investigadores realizaron una versión simplificada del proceso de formación de la mandíbula. Agregaron cobre a los vasos de precipitados con su proteína multitarea artificial y observaron que los dos materiales se concentran en pequeñas gotas. Cuando los investigadores agregaron una molécula llamada Dopa (que otros animales a menudo convierten en melanina), las gotas se volvieron más oscuras y formaron una película densa.
“Nos dimos cuenta de que si colocaba la punta de un alfiler en la película de color negro parduzco que se formaba en la superficie, podía sacar fibras de esa película y luego probarlas mecánicamente”, dice Waite. “Resultó que las fibras se parecen al nailon, y esa es una fibra bastante fuerte”.
El experimento indica que una sola proteína desempeña múltiples funciones vitales en la formación de la mandíbula del gusano de sangre: unirse al cobre, concentrarse en gotas, convertir la dopa en melanina y, en última instancia, formar un material compuesto. Esto es mucho más simple que lo que debe ocurrir para formar compuestos industriales como la fibra de vidrio o el caucho reforzado.
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“Lo que está haciendo el gusano para formar sus mandíbulas nos da una especie de modelo de cómo se pueden fabricar materiales compuestos de manera más sostenible y menos dependiente de equipos pesados, por ejemplo, batidoras, licuadoras, extrusoras”, dice Waite. “Ciertamente, esos no existen en el sistema de gusanos de sangre y, sin embargo, se está formando un material muy organizado”.
Las reacciones químicas que usan los gusanos de sangre para hacer sus colmillos son muy sensibles a la acidez, la salinidad y la temperatura del agua de mar circundante. Esto podría significar que los gusanos de sangre son vulnerables a los efectos del cambio climático, dice Waite.
Aún así, la habilidad natural de los gusanos de sangre para crear materiales resistentes ofrece una lección valiosa, dice Waite. Con su notable proceso de formación de mandíbulas, Waite ve similitudes en algunos aspectos con los gusanos de arena gigantes que pueblan el Duna novelas
“Estos gusanos que vivían en un páramo producían algo llamado especia que todos en el universo querían”, dice Waite. “Ha sido un recordatorio, de manera exagerada, de que los organismos simples pueden albergar tecnologías realmente útiles”.