Un coral con esqueleto dinámico: así es como el Leptogorgia chilensis cambia de flexible a rígido en segundos

El coral Leptogorgia chilensis, que habita a lo largo de la costa del Pacífico desde California hasta Chile, posee la capacidad de transformar sus brazos flexibles en estructuras rígidas de manera casi instantánea. Ahora, investigadores de la Universidad de Pensilvania (Penn) han descubierto el mecanismo detrás de este fenómeno que podría revolucionar campos tan diversos como la medicina, la robótica y la fabricación de materiales avanzados.

En un artículo reciente publicado en la revista científica Actas de la Academia Nacional de Ciencias (Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS), el equipo dirigido por Ling Li, profesor asociado de Ciencia e Ingeniería de Materiales y de Ingeniería Mecánica y Mecánica Aplicada, explicó cómo el esqueleto del coral, compuesto por millones de partículas minerales suspendidas en una matriz gelatinosa, puede compactarse rápidamente para proteger al organismo de posibles amenazas.

De acuerdo con EurekAlert!, plataforma operada por la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia (AAAS), Li compara este fenómeno con “un atasco de tráfico”, pues al ser estimulado, los tejidos del ejemplar expulsan agua, haciendo que el gel se encoja y las partículas se presionen hasta quedar bloqueadas en su lugar.

Este comportamiento, conocido como atasco granular, ha sido estudiado en sustancias inanimadas como arena o posos de café, no obstante, esta es la primera vez que se observa en un organismo vivo con partículas duras.

Para los investigadores, este hallazgo tiene implicaciones prometedoras: “Imagina poder ajustar la rigidez de un instrumento quirúrgico o un brazo robótico”, afirma Chenhao Hu, estudiante de doctorado en el laboratorio de Li y primer autor del estudio, citado por EurekAlert!. “En el esqueleto de este coral, la naturaleza ha creado un material increíble cuyos principios podemos adaptar para el uso humano”.

La ciencia detrás de la rigidez

El laboratorio de Li ha dedicado años a estudiar los esqueletos de criaturas marinas con el objetivo de trasladar sus propiedades a la ingeniería humana. Según el experto, estas estructuras de soporte corporal están hechas principalmente de carbonato de calcio, un material común que forma desde cáscaras de huevo hasta mármol y tiza. Sin embargo, lo que distingue a los esqueletos de L. chilensis es cómo están organizadas sus partículas minerales, otorgándoles las propiedades mecánicas que lo caracterizan.

Aunque los biólogos marinos sabían que los corales blandos contienen partículas granulares, tradicionalmente se habían usado para clasificar especies, no para comprender sus propiedades funcionales.

Al respecto, Li explica que “un trabajo limitado se ha centrado en las propiedades funcionales de las formas en sí, en particular desde el punto de vista de la interferencia granular”. Este concepto, que se refiere a cómo las partículas interactúan y se bloquean entre ellas, es fundamental para la capacidad del coral de endurecer su esqueleto de manera rápida y reversible.

La investigación sobre interferencia granular ya ha inspirado tecnologías humanas, como brazos robóticos con manos llenas de arena que se moldean alrededor de objetos complejos y luego se endurecen para manipularlos. Sin embargo, como indica Hu, “es difícil encontrar la forma correcta”, pues las partículas deben encajar y bloquearse de manera eficiente, pero al mismo tiempo separarse con facilidad cuando el material vuelve a un estado relajado.

En este contexto, estudiar las escleritas, es decir, las partículas minerales del coral, podría guiar la creación de nuevos materiales humanos con propiedades superiores

Inspiración natural para la tecnología humana

El equipo de Penn descubrió que las partículas del esqueleto de L. chilensis tienen un tamaño aproximado de una décima de milímetro y presentan una forma cilíndrica con pequeñas ramificaciones. Estas estructuras permiten que las partículas se entrelacen cuando se acercan, bloqueándose y proporcionando rigidez al esqueleto.

Según EurekAlert!, los investigadores confirmaron estas propiedades usando técnicas avanzadas de imagenología, modelado computacional y experimentos físicos con muestras preservadas del coral. Hu describe que, al aplicar fuerza a estas muestras, el material se encogía inicialmente porque las partículas se acercaban más, ocupando menos volumen y aumentando su rigidez.

“Acabamos de estudiar una especie de coral”, señala Li, “pero hay muchas otras especies de coral blando que utilizan diferentes formas de esclerita, con propiedades potencialmente diferentes”. Así, de acuerdo con sus conclusiones científicas, los descubrimientos podrían inspirar materiales ajustables, útiles en situaciones donde se requiera cambiar selectivamente la rigidez de un objeto o estructura.