Fotografía del pequeño Escarabajo diabólico acorazado (Phloeodes diabolicus) sobre lo dedos humanos, es apenas el doble del tamaño de una uña.
Escarabajo diabólico acorazado (Phloeodes diabolicus). / Crédito: iNaturalist. BJ Stacey (CC BY-NC).

La naturaleza está llena de elementos que nos maravillan e intrigan a partes iguales. A pesar de que como humanos hemos evolucionado para adaptarla a nuestra comodidad, no son pocas las veces en las que obtenemos inspiración de ella para hacer nuestras propias creaciones. Ahora, justamente esto lo que ha pasado mientras se estudiaba al escarabajo diabólico acorazado y las propiedades impresionantes de su caparazón.

La investigación que se publicó recientemente en la revista Nature versó justamente sobre estos escarabajos y lo que podemos aprender sobre su estructura. Todo como una forma de encontrar ideas para mejorar la fortaleza y resistencia de nuestras propias construcciones.

En términos de imagen la estructura rugosa y de tonos marrones casi negros no es la más favorecedora para estos escarabajos. Sin embargo, es específicamente esta la que le ha permitido desarrollar una característica de supervivencia que lo convierte en un mini tanque altamente difícil de vulnerar para sus posibles depredadores.

Sobre el escarabajo diabólico acorazado

También conocido como Phloeodes diabolicus, el escarabajo acorazado es nativo de los desiertos al suroeste de Norteamérica. Hace su vida mayormente bajo las rocas o los raíces de los árboles, moviéndose con lentitud y aprendiendo a soportar el peligro más que a huir de él.

A diferencia de varios primos cercanos, el escarabajo diabólico acorazado no tiene la capacidad de volar. Por este motivo, su cuerpo no es liviano y ágil como el de otros insectos similares.

De hecho, en realidad su peso y movilidad limitada lo condicionan para ser capaz de esperar a que el peligro pase, en lugar de escapar de él. Sin embargo, el motivo por el que este método funciona yace en su caparazón –el escudo que le permite mantener su posición sin poner en peligro su vida–.

“Esa es su adaptación: no puede volar, así que simplemente se queda quieto y deja que su armadura especialmente diseñada tome el abuso hasta que el depredador se rinda”, comenta David Kisailus, científico de materiales de la Universidad de California en Irvine.

Uno de los exoesqueletos más fuertes de la naturaleza

La investigación llevada a cabo por la Universidad de California se valió de muestras de escarabajos recogidos en la región de Inland Empire. Una vez tuvieron a estos pequeños insectos (de no más de unos pocos centímetros de largo) en su poder, lo primero que intentaron hacer los científicos fue medir la resistencia de estos.

Para este fin, compararon la resistencia “normal” o promedio de otras especies afines, con la del escarabajo diabólico acorazado. Allí donde los escarabajos control soportaban unos 86 Newtons como carga máxima, los Phloeodes diabolicus podían sostener hasta 149 Newtons sin recibir daño. Para ponerlo en perspectiva, esta capacidad es la equivalente a aguantar 39 mil veces su propio peso.

Colocando al escarabajo contra algunos de sus depredadores naturales, como los pájaros picoteadores, vieron que incluso estos tenían una tarea compleja rompiendo la defensa de los insectos. Por su parte, se sabe que estos son perfectamente capaces de sobrevivir a una pisada humana, e incluso de soportar ser atropellados por un automóvil. Incluso, entomólogos han reportado tener problemas para atravesar a los ejemplares con agujas de acero para poder exhibir el exoesqueleto.

¿De qué está hecho el caparazón del escarabajo acorazado?

Una vez esta primera prueba de resistencia terminó, la siguiente duda inmediata correspondió a la composición del caparazón del escarabajo acorazado. Para poder averiguarlo, los investigadores se valieron de variados exámenes como la espectroscopía, la microscopía electrónica de barrido y las tomografías computarizadas.

Gracias a estas, pudieron identificar como compuesto principal a la quitina. Esta es, básicamente, un material fibroso derivado de la glucosa. Sin embargo, parece que la matriz proteica dentro de ella es la que otorgaba la dureza característica del caparazón. De hecho, al comparar cara a cara los exoesqueletos del escarabajo diabólico acorazado y los de sus otros primos, el de los primeros tenía un 10% más de peso en proteínas.

El secreto del escarabajo diabólico acorazado

Sin embargo, los responsables de la significativa del caparazón del escarabajo diabólico acorazado son los élitros. Como dijimos más arriba, esta especie de escarabajos perdió la capacidad de volar. Por este motivo, sus élitros (estructuras que deberían conformar su par de alas superiores) se solidificaron sobre su caparazón.

Pero, con contentos con esto, los élitros también se configuraron sobre el ya duro caparazón del escarabajo en una especie de “rompecabezas”. Como resultado, sobre la estructura endurecida de los élitros y el exoesqueleto hay variedad de “suturas” que mantienen todo junto.

Cuando una presión muy alta se aplica sobre el caparazón, estas suturas actúan entonces como “difuminadores” de la fuerza. Esto al promover la distribución del impacto a través de un proceso llamado delaminación. En este, la fuerza se divide de forma equitativa sobre toda la estructura y hace más difícil que alguna de sus partes se fracture.

Por si fuera poco, la microtrichia (capa de pelos microscópicos) en las superficies externas de los élitros colabora para mantener todo en su lugar. Gracias a ella, las diferentes “láminas” de los élitros se mantienen unidas entre ellas y no se deslizan cuando la presión aparece. Como resultado, la estructura se mantiene íntegra durante los ataques y mantiene a salvo al escarabajo acorazado.

Aprendiendo de la naturaleza

Usando este conocimiento, los investigadores crearon un modelo de sujetadores para motores de avión. Por lo general, estos equipos, aunque mantienen los motores en su lugar, agregan presión a la estructura, lo que la hace menos resistente en el tiempo. Con su nueva propuesta, los científicos lograron crear un modelo de estos sujetadores igual de fuerte, pero mucho más duradero a largo plazo.

Los investigadores esperan que este conocimiento, tal como ha sido en el caso de estos sujetadores de motores de avión, pueda ser una base para la creación de nuevos y mejores materiales de construcción.

Referencia:

Toughening mechanisms of the elytra of the diabolical ironclad beetle: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2813-8