Las válvulas de la navaja atlántica reducen la resistencia y la cantidad de energía requerida para alcanzar la profundidad de la madriguera al contraerse para fluidificar localmente el suelo circundante.
Introducción
Caminando por una playa en la costa atlántica de América del Norte mientras baja la marea, es posible que encuentre algo que se parece un poco a una ramita que sobresale de la arena mojada. Pero mira hacia otro lado, y podría desaparecer. Las almejas navajas del Atlántico (o navajas) prosperan en bahías y estuarios desde Terranova hasta Carolina del Sur. Se alimentan por filtración y extraen plancton y otras cositas de materia orgánica del agua para comer, y se entierran rápidamente bajo la arena para escapar de los depredadores.
“Se alarman fácilmente e incluso una ligera sacudida del lodo del fondo en su vecindad sirve como señal para que desaparezcan instantáneamente”, escribió Gilman A. Drew, naturalista y profesor de biología. Fue uno de los primeros científicos en estudiar la navaja del Atlántico, documentando su comportamiento y anatomía a principios del siglo XX. Las almejas tienen una concha con dos mitades que pueden abrirse como un libro. También tienen un pie retorcido que sobresale del extremo inferior de sus caparazones, que se sacude para impulsarse hacia adelante y se retuerce para ayudarlos a enterrarse en el barro.
Esta ilustración antigua revela la anatomía de la navaja en varias posiciones, mucho antes de que se entendiera la función completa de esa anatomía.
La estrategia
“Al excavar, el pie se mete en el barro a medida que sobresale, el extremo luego se hincha en una protuberancia y, al retirarse repentinamente, el caparazón se lleva a la posición del extremo anclado del pie”, escribió Drew. A primera vista, parece que el pie es el único responsable de su capacidad de sumergirse. Pero el cuadro completo, como el lodo en el que se entierra, era menos claro para Drew, quien no conocía la importancia del caparazón.
Así como no era obvio para Drew, no está claro en el video cómo las dos válvulas del caparazón de la navaja también son parte integral de su capacidad para excavar.
Todo el movimiento es una especie de contorsión de doble anclaje que los científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts estudiaron en detalle. Descubrieron que una almeja primero baja la pata y luego empuja las valvas hacia arriba. Luego, ambas válvulas se contraen hacia adentro usando los músculos internos para hacer que su cuerpo sea más estrecho. La contracción de las válvulas del caparazón empuja la sangre hacia el pie. A medida que la sangre inunda el pie, se infla como un globo para actuar como un ancla en el barro. Una vez que el pie tiene un "punto de apoyo" sólido, se contrae y tira del caparazón aplanado hacia el punto de anclaje, más profundo en la arena. En este punto, el punto de anclaje se invierte. Las válvulas se expanden, ensanchando el caparazón para que se acuñe en la arena. Ahora, reforzado por el caparazón de arriba, el pie está libre para relajarse y volver a estirarse para comenzar el ciclo de nuevo. Con cada ciclo, oscila más debajo de la superficie de la arena.
Esta serie de fotografías anotadas ilustran la secuencia de movimientos que permiten a la almeja navaja excavar con eficacia.
Sorprendentemente, los investigadores determinaron que la fuerza generada por las contracciones del músculo de una almeja solo debería ser lo suficientemente fuerte como para permitirle excavar a profundidades de solo 1 o 2 centímetros (0.4 a 0.8 pulgadas) en función de la resistencia de un lecho de arena húmeda compacta. . Sin embargo, en realidad, excavan hasta 70 centímetros (2.3 pies) por debajo de la superficie. Para llegar a tales profundidades, estas almejas deben tener otro truco en sus caparazones.
Las propiedades mecánicas del suelo dependen de cuánto espacio (ocupado por agua o aire) existe entre las partículas sólidas. La fracción de espacio vacío en un volumen de suelo se llama fracción vacía. El arma secreta es que la maniobra de doble anclaje de la almeja aumenta la fracción vacía de la mezcla fangosa a medida que avanza por el ciclo.
Logra esto de dos maneras. Cuando sus dos válvulas se contraen hacia adentro, la arena adyacente queda sin apoyo y se derrumba como un pequeño deslizamiento de tierra. Luego, de manera similar a cómo beber a través de una pajilla atrae el agua de un vaso a la boca, la fuerza de las válvulas que se contraen succiona el agua de los alrededores hacia el bolsillo suelto creado por el "deslizamiento de lodo" alrededor de su caparazón. Juntos, el deslizamiento de lodo y el agua inyectada crean lo que se llama un "lecho fluidizado", que es similar a una burbuja de arena movediza alrededor de la almeja. A lo largo de su ciclo de movimiento, la extensión de la burbuja del lecho fluidizado crece, reduciendo la resistencia y desobstruyendo su camino hacia abajo.
En esta secuencia de imágenes, los tonos azul y verde indican la entrada de agua y la fluidización del lodo que rodea a la navaja excavadora.
Las posibilidades
Dos años después de estudiar los movimientos de la almeja, el mismo grupo de investigadores desarrolló RoboClam, un robot excavador que imita la técnica de fluidización de la almeja real. Inventar herramientas que hagan túneles de manera eficiente en el fondo del océano podría permitirnos profundizar en nuestra comprensión de los orígenes de la Tierra. A medida que los metales se vuelven cada vez más escasos, encontrar métodos ecológicos para la minería en aguas profundas también podría ser primordial.
La forma en que las navajas cavan madrigueras puede incluso señalar el camino hacia la mejora de los procesos existentes, como la extracción de gas natural de una manera que utiliza menos agua y reduce el potencial de contaminación de las aguas subterráneas.
La excavación de navajas también puede inspirar un cambio más general en nuestro enfoque del transporte. Los automóviles, cohetes u otros vehículos podrían absorber y redistribuir un medio circundante para moverse de manera más eficiente a través de él. Este es un modelo biológico potencial para propulsores, como el impulso de asistencia gravitacional de efecto Mach (MEGA) que están investigando los científicos de la NASA.
