Las galeras (Squilla mantis) son unos crustáceos estomatópodos que se capturan en grandes cantidades en nuestras costas. A pesar de su excelente sabor son poco apreciadas por su aspecto. Sus patas adaptadas para atrapar presas recuerdan a las de las mantis religiosas (Figura 1).
Unos estomatópodos tropicales, los gonodactiloideos, conocidos como gambas mantis, han modificado estos apéndices para convertirlos en auténticas mazas con las que golpear a sus presas (Figura 1). Las propiedades de esta adaptación son impresionantes. El apéndice se pliega por acción muscular almacenando energía mecánica en una especie de resorte, algo parecido a lo que ocurre con una ballesta. Cuando se libera el resorte, el apéndice se dispara hacia delante para golpear el objetivo. La maza adquiere una velocidad de 30 metros por segundo en menos de tres milisegundos (Figura 2). La aceleración es similar a la de una bala de pequeño calibre, y podemos comprobar sus efectos en los siguientes vídeos.
Aquí vemos en acción a la gamba mantis pavo real (Odontodactylus scyllarus) rompiendo la concha de un cangrejo ermitaño. Se describe también el sorprendente sistema visual de estos animales, equipado con doce tipos de fotorreceptores capaces de detectar luz polarizada y ver en el espectro ultravioleta
El mecanismo de golpeo de la gamba mantis también le sirve como defensa. Aquí vemos como es capaz de derrotar a un pulpo mucho mayor que ella
Se trata de uno de los ataques más fulminantes registrados en el reino animal. Los más sólidos caparazones de artrópodos o conchas de moluscos terminan rompiéndose tras uno o varios golpes. Se ha descrito incluso como el cristal de un acuario se rompió a consecuencia de estos impactos.
Utilizando sensores muy precisos se observó que la presa recibe dos golpes en cada ataque. El primero de ellos tiene una fuerza de 400-1500 newtons. Para hacernos una idea, esta es la fuerza del puñetazo de un boxeador profesional. Menos de medio milisegundo después, la presa es golpeada de nuevo por una fuerza de unos 500 newtons.
La explicación de este doble golpe resultó asombrosa. El desplazamiento del fluido por el rapidísimo movimiento del apéndice provoca una burbuja de cavitación, formada por vapor de agua. La burbuja implosiona en nanosegundos, alcanzando temperaturas de miles de grados, emitiendo luz y sonido y provocando ondas de choque1. Estas ondas, de altísima frecuencia, son las que causan el segundo impacto sobre el objetivo.
Se estima que una gamba mantis es capaz de propinar 50 000 golpes en el intervalo entre mudas del caparazón. La pregunta es inevitable: ¿cómo es posible que sus apéndices sean capaces de quebrar los materiales más duros y no resulten dañados por tantos golpes?
Esta cuestión acaba de ser respondida en un estudio publicado en Science por investigadores de la universidad Northwestern, especializados en ingeniería de biomateriales. Empleando técnicas muy precisas de análisis, el equipo comprobó que las mazas de la gamba mantis están organizadas en dos capas. La zona de impacto está formada por una delgada capa (70 μm) de hidroxiapatito (el durísimo material inorgánico de nuestros huesos y dientes) y por otra capa (0,5 mm) de fibras mineralizadas de quitina en forma de espiga. Por debajo encontramos una capa de haces de fibras dispuestas de una forma helicoidal periódica. Se trata de una estructura Bouligand (Figura 3). Según los autores del estudio, estas estructuras constituirían un “escudo fonónico”, algo que debemos explicar más despacio.
Los cristales fotónicos son nanoestructuras ópticas diseñadas para afectar el movimiento de los fotones a causa de los diferentes índices de refracción de sus capas, que se repiten periódicamente. Esto causa interferencias destructivas para determinadas longitudes de onda (colores) que no pueden propagarse por el material. De forma análoga, un material fonónico se comportaría ante ondas sonoras como un cristal fotónico ante la luz. Es decir, determinadas frecuencias de sonido quedarían atenuadas o anuladas al atravesar la estructura2.
Los resultados publicados en Science muestran que la estructura Bouligand periódica de la maza de la gamba mantis dispersa y atenúa por un mecanismo fonónico las ondas de alta frecuencia producidas por la cavitación. Estas ondas son especialmente perjudiciales para la integridad de la maza.
Los resultados pueden tener aplicación industrial, por ejemplo en el diseño de materiales destinados a recibir impactos violentos. No resulta sorprendente que entre los organismos que financian esta investigación se encuentren las oficinas de investigación de la Marina y las Fuerzas Aéreas de los EE.UU. En cualquier caso, este es un excelente ejemplo de cómo soluciones estructurales desarrolladas por los seres vivos en el transcurso de su evolución pueden ser aplicadas en la ingeniería.
Referencias
Alderete, N.A., Sandeep, S., Raetz, S. et al. (2025). Does the mantis shrimp pack a phononic shield? Science doi: 10.1126/science.adq7100
Sobre el autor: Ramón Muñoz-Chápuli Oriol es Catedrático de Biología Animal (jubilado) de la Universidad de Málaga
Notas:
1 No son los únicos animales capaces de generar estas burbujas de plasma. Sus parientes, las gambas pistola, también las producen al atacar a sus presas, en esta ocasión con chorros de agua a alta presión
2 Los interesados no deben perderse el excelente artículo de mi amigo Francis Villatoro sobre el tema. Allí se cuenta que la escultura “Órgano” de Eusebio Sempere (Fundación Juan March, Madrid) se comporta como un objeto fonónico, aunque no se había pretendido que tuviera esta propiedad
