El esqueleto de sílice de la esponja marina de la canasta de flores de Venus es resistente y estable porque los múltiples niveles de organización ayudan a administrar las fuerzas.
Introducción
Cesta de flores de Venus (Euplectella aspergillum) es un animal marino que vive anclado en las profundidades del fondo del océano cerca de Filipinas. Estas esponjas de mar con forma de tubo, que se parecen más a delicadas esculturas que a animales, miden entre 10 y 30 cm de altura y filtran diminutas partículas de comida del agua de mar a medida que fluye a través de sus cuerpos. También conocidas como esponjas de vidrio, sus esqueletos cilíndricos están hechos de sílice, el componente principal del vidrio. Mientras que el vidrio es normalmente un material quebradizo y frágil, el esqueleto de la canasta de flores de Venus es resistente y estable debido a su composición y cómo está organizado. Hay al menos seis niveles de organización en el esqueleto que van desde nanómetros hasta centímetros de tamaño.
La estrategia
El esqueleto de vidrio de la esponja está formado por espículas, estructuras de túbulos de capas concéntricas de sílice amorfa hidratada separadas por finas capas orgánicas, como un pastel parisino con solo una pizca de crema dulce entre cortezas hojaldradas. Pero estas finas capas orgánicas contribuyen en gran medida a impartir a las espículas una dureza considerable. Incluso el par de camarones simbióticos que viven sus vidas atrapados dentro de la canasta de vidrio tejido de cada Venus no pueden escapar. A diferencia de la biomineralización en otros organismos como el abulón, la porción mineral no parece tener un patrón cristalino regular. Los experimentos sugieren que las capas de sílice están formadas por esferas coloidales de sílice de unos 50 a 200 nm de diámetro, que a su vez están formadas por esferas más pequeñas de unos 2.8 nm. s de diámetro. En comparación, los granos de arena más pequeños de una playa (también generalmente de sílice) tienen un diámetro de unos 60 nm.
Cada espícula consta de capas alternas de sílice inorgánica y compuestos orgánicos, todo alrededor de un centro filamento. Las capas inorgánicas están hechas de nanopartículas de sílice hidratadas y son relativamente rígidas. Las capas orgánicas, sin embargo, parecen ser más débiles y capaces de absorber energía. Esta organización laminada de capas rígidas y débiles alternas puede evitar que las grietas en la superficie de una espícula se extiendan profundamente al núcleo.
El esqueleto de vidrio de la esponja está formado por espículas, estructuras tubulares de capas concéntricas de sílice amorfa hidratada separadas por finas capas orgánicas.
Los cuadrados de la celosía están reforzados por puntales que corren vertical, horizontal y diagonalmente.
La cesta de flores de Venus (Euplectella aspergillum) es un animal marino que vive anclado en las profundidades del fondo del océano cerca de Filipinas.
En un nivel más alto de organización, las espículas se organizan en un enrejado cuadrado enrollado en un tubo. Esta es la forma principal de la esponja de vidrio. Dos celosías separadas pero superpuestas forman el marco principal, y debido a que estas celosías aún pueden moverse entre sí, el esqueleto puede ser flexible mientras crece. Los cuadrados de la celosía están reforzados por puntales que corren vertical, horizontal y diagonalmente. Estos puntales están hechos de haces de espículas y soportan aún más las redes contra las fuerzas de flexión, deslizamiento y torsión. Las crestas helicoidales hechas de espículas se forman en la superficie de la estructura en forma de tubo y giran en espiral en direcciones opuestas. Estas crestas también ayudan al esqueleto a resistir las fuerzas de aplastamiento o torsión.
Una tapa en la parte superior del cilindro evita que se derrumbe, mientras que un haz flexible de espículas de anclaje mantiene todo el esqueleto unido al fondo del océano y capaz de resistir las fuerzas que vienen de los lados. Finalmente, una matriz de sílice con pequeñas espículas incrustadas cementa toda la estructura y aumenta aún más la resistencia.
Cada nivel jerárquico de organización en el esqueleto de la canasta de flores de Venus contribuye a su desempeño mecánico general. El resultado es una estructura compleja, resistente y estable, aunque su ingrediente principal es un material frágil por naturaleza.
Las posibilidades
Cuando pensamos en soportes de ingeniería, a menudo pensamos en columnas gigantes que sostienen rascacielos o cables enormes que suspenden puentes. Al mirar la esponja de vidrio, podemos imaginar materiales fabricados con estructuras internas en capas que los hacen inherentemente robustos pero flexibles. Dichos materiales podrían convertirse en implantes livianos para reemplazar articulaciones o huesos. Si se aplicaran al transporte, materiales similares podrían brindar seguridad y resistencia al tiempo que minimizan el peso y, por lo tanto, el consumo de combustible.
