Los investigadores detallan sus hallazgos en un artículo publicado el 5 de junio en la revista Matter.
Las criaturas de los fondos marinos han desarrollado algunas adaptaciones fascinantes, como la bioluminiscencia, ojos que pueden ver con poca luz y bocas que pueden envolver presas mucho más grandes. Algunas especies, como el pez dragón de aguas profundas (Aristostomias scintillans), tienen dientes transparentes.
» Es una adaptación que, según nuestro conocimiento, aún no se ha explorado en detalle», dijo Audrey Velasco-Hogan, estudiante de doctorado en ciencias de los materiales en la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego y primera autora del estudio. «Al estudiar por qué estos dientes son transparentes, podemos comprender mejor los organismos de aguas profundas como el pez dragón y las adaptaciones que evolucionaron para vivir en sus entornos.»
Los dientes transparentes, junto con un cuerpo oscuro, hacen que el pez dragón sea esencialmente invisible para sus presas, explicó Velasco-Hogan. Debido a este camuflaje, el pez dragón se encuentra entre los principales depredadores de las profundidades marinas a pesar de ser pequeño (mide unos 15 centímetros de largo) y relativamente lento.
» Pasan la mayor parte de su tiempo sentados con las mandíbulas abiertas, esperando que se les pase algo. Sus dientes siempre están expuestos, por lo que es importante que sean transparentes para que no reflejen ni dispersen ninguna luz bioluminiscente del entorno», dijo Velasco-Hogan.
Para resolver los misterios del disfraz dental del pez dragón, los investigadores tomaron imágenes y analizaron la nanoestructura de los dientes utilizando una combinación de microscopía electrónica, haz de iones focalizados y pruebas de nanoindentación. Descubrieron que los dientes tienen características únicas tanto en su capa externa similar al esmalte como en la capa interna de dentina.
La capa similar al esmalte consiste en nanocristales de hidroxiapatita estructurados de manera que evita que la luz se disperse o se refleje en la superficie de los dientes. La capa de dentina también está estructurada de forma particular. Carece de canales microscópicos llamados túbulos dentinarios, que son los que dan color a los dientes de los humanos y otros animales. La ausencia de túbulos también es responsable de hacer transparentes los dientes del pez dragón.
» Normalmente, los dientes no están nanoestructurados. Y tienden a tener características a microescala, como los túbulos de dentina. Desde la perspectiva de los materiales, es realmente interesante ver que los dientes de pez dragón tienen arquitecturas que no vemos en otros», dijo Velasco-Hogan.
«También me parece fascinante cómo hay similitudes fundamentales entre los materiales en el laboratorio y en la naturaleza», agregó. «Experimentalmente, sabemos que la forma de hacer transparente un material es reduciendo su tamaño de grano para hacerlo nanoestructurado. Así que ver que la naturaleza también está logrando transparencia es un paralelo interesante.»
Trabajo en equipo interdisciplinario
Velasco-Hogan formó parte de un equipo interdisciplinario de investigadores que fueron los primeros en estudiar los dientes del pez dragón en detalle. Velasco-Hogan tomó imágenes de los dientes, caracterizó su transparencia y estudió sus propiedades mecánicas. Trabajó bajo la dirección de Marc Meyers, profesor en los Departamentos de Nanoingeniería e Ingeniería Mecánica y Aeroespacial en UC San Diego.
«Mi grupo siempre está buscando nuevos materiales en la naturaleza para estudiar», dijo Meyers, cuya investigación se centra en la biomímesis. «Y las colaboraciones interdisciplinarias son una parte clave de nuestro trabajo. Cuando reunimos a científicos de diferentes orígenes, podemos avanzar en el conocimiento de nuestros campos de maneras que un solo laboratorio no podría hacer por sí solo.»
Colaboraron con Dimitri Deheyn, biólogo marino de la Scripps Institution of Oceanography de la Universidad de California en San Diego, que investiga la bioluminiscencia y la biomímesis. Deheyn sugirió la idea para el estudio, recolectó las muestras, realizó experimentos de imágenes y caracterizó la transparencia de los dientes.
«Aprovechar la demostración de organismos de adaptación definitiva a entornos específicos siempre ha sido un motor para la innovación tecnológica, y el pez dragón no es una excepción a esto», dijo Deheyn. «Está claro que todavía hay una amplia inspiración que recoger del pez dragón y de la naturaleza en general, y esta intersección entre la biología y la ingeniería a través de la biomímesis es claramente un camino lucrativo para las innovaciones sostenibles.»
El equipo también participó en el laboratorio de Eduard Arzt, Director del Instituto Leibniz para Nuevos Materiales (INM) en Saarbrücken, Alemania. Marcus Koch, Jefe de Análisis Físico del INM, analizó la nanoestructura de los dientes con un microscopio electrónico especializado. Birgit Nothdurft, técnica de la División de Análisis Físico del INM, realizó una preparación altamente especializada de las muestras.
Este trabajo fue apoyado por la Oficina de Investigación de la Fuerza Aérea (subvenciones FA9550-15 – 0009 y FA9550-10-1-0555), la Fundación Alemana Humboldt y la Iniciativa Biomimética para la Ciencia y la Tecnología Emergentes.