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La electricidad ayuda a las telas de araña a atrapar presas y contaminantes

Las telarañas se aproximan activamente a la presa gracias a un pegamento conductor de la electricidad que se distribuye a través de su superficie, han descubierto científicos de la Universidad de Oxford

Los investigadores encontraron que las propiedades electrostáticas del adhesivo que recubre las telarañas hace que alcancen a agarrar todas las partículas cargadas, desde el polen y los contaminantes a los insectos voladores. También mostraron que las espirales con pegamento pueden distorsionar el campo eléctrico de la Tierra dentro de unos pocos milímetros de la red, lo que puede permitir que los insectos detecten las bandas con sus sensores eléctricos en las antenas.

El estudio, publicado en Naturwissenschaften, muestra como un capricho de la física hace que las redes se muevan hacia todos los objetos transportados por el aire, independientemente de si están cargados positiva o negativamente. Esto explica por qué las redes son capaces de recoger pequeñas partículas en el aire de manera tan eficiente y por qué se acercan hacia los insectos.

Según los investigadores, las telas de araña de jardín común de todo el mundo se podrían utilizar para la vigilancia del medio ambiente, ya que filtran activamente los contaminantes del aire con una eficacia comparable a sensores industriales costosos.

«La elegante física de estas redes crea filtros activos perfectos para los contaminantes del aire como aerosoles y pesticidas», dijo el profesor Fritz Vollrath del Departamento de Zoología de la Universidad de Oxford, quien dirigió el estudio. «La atracción eléctrica arrastra estas partículas a las redes, por lo que se podrían juntar redes de telaraña como prueba para monitorear los niveles de contaminación… por ejemplo, para comprobar si hay pesticidas que podrían estar dañando las poblaciones de abejas.

«¡Aún más fascinante es que uno podría detectar algunos químicos en el aire con sólo mirar la forma de las redes!» Muchas arañas reciclan sus telas comiéndoselas, e incluirían las partículas y sustancias químicas que fueron atraídas eléctricamente a la tela. Ya sabemos que las arañas tejen telas distintas cuando se las afecta con diferentes drogas, por ejemplo crean hermosas telas con LSD y terribles telarañas con cafeína. «Como resultado, las formas web por sí solas pueden decirnos si alguna sustancia química en el aire afecta el comportamiento del animal».

Trabajando con el Dr. Donald Edmonds, del Departamento de Física de la Universidad de Oxford, el profesor Vollrath demostró que las redes como la de la araña de jardín de la cruz también causan distorsiones locales en el campo eléctrico de la Tierra, ya que se comportan como discos conductores. Muchos insectos son capaces de detectar pequeñas alteraciones eléctricas, incluidas las abejas, que pueden detectar los campos eléctricos de diferentes flores y de otras abejas.

«Casi todos los insectos voladores debe ser capaces de detectar las perturbaciones eléctricas», explicó el profesor Vollrath. «Su antenas actúan como ‘sensores eléctricos’ ya que los extremos están conectados al cuerpo por materiales aislantes, es decir, la carga en la punta será diferente del resto del insecto. Cuando los insectos se aproximan a objetos cargados, las puntas de sus antenas se mueven una pequeña cantidad, algo que pueden ser capaces de sentir. Las abejas ya utilizan sensores eléctricos para detectar las flores y a otras abejas, por lo que queda por ver ahora por si ellas también podrían usarlos para evitar las redes y así convertirse en la cena.»

Las perturbaciones eléctricas causadas por las telas de araña tienen corto alcance, por lo que aún no está claro si los insectos serían capaces de detectar antes de que la tela de araña se ajuste para apoderarse de ellos. De cualquier manera, es evidente que las cargas electrostáticas juegan un papel importante en el mundo de los insectos.

«La gente a menudo subestima la electricidad estática que se acumula en los objetos transportados por el aire, pero es importante a todas las escalas», dijo el profesor Vollrath. «El desastre del Hindenburg podría haber sido causado por una descarga de electricidad estática, y se sabe que los helicópteros pueden explotar si se descargan de repente al aterrizar. Todo lo que se mueve a través del aire desarrolla carga estática, por lo que es fascinante ver como telarañas hacen uso de esto para atrapar activamente a las presas. Es una gran ventaja para nosotros que esto también las haga atraer a los contaminantes, por lo que es una forma barata y natural de seguimiento de los pesticidas y la calidad del aire en todo el mundo.»

Vídeo de las telas de araña moviéndose hacia los electrodos positivos y negativos, de Fritz Vollrath: AQUÍ

Fuente: Science Daily. Aportado por Eduardo J. Carletti

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Extrañas estructuras circulares de seda en los árboles del Perú dilucidadas

Llevó seis meses de investigaciones. Los científicos resolvieron el origen de la intrincada estructura de hilos de seda en una enigmática foto que circuló por internet en 2013, que tuvo desconcertados a todos

Se supuso que podía ser un capullo no terminado de una larva. Pero han descubierto, finalmente, que el misterioso arquitecto de complejas estructuras circulares que exhibe una torrecilla en el centro es… una araña. La forma de sus telarañas son circulares, simulando pequeñas cercas, y en mitad del círculo una especie de columna. Estos artrópodos son los creadores de estas rarísimas formas encontradas sobre los troncos de árboles.

Troy Alexander, el estudiante que las descubrió, por fin ha podido resolver el misterio. La confirmación proviene de un equipo de investigación dirigido por el entomólogo Phil Torres. Después de encontrar y examinar alrededor de cuarenta de estas estructuras que hallaron tras aventurarse en la selva cerca del Centro de Investigaciones Tambopata (TRC), en lo profundo de la Amazonía peruana, supieron que eran tejidas por pequeñas arañas.

«La mitad de las estructuras fueron elaboradas en los árboles tipo Cecropia», explica una reportera científica de Wired, Nadia Drake, que acompañó al equipo en su aventura. «Muchas se encontraban en bambú, algunas en las hojas. Y, la mayoría de ellos aparecen en agrupaciones que contienen entre dos y seis estructuras», agrega.

Monitoreando las estructuras durante días, Torres y su equipo lograron observar a tres arañas pequeñas salir de tres torres separadas y escabullirse, lo que quiere decir que cada araña es responsable por una torre que, de hecho, representa un elaborado nido de huevos.

La especie de las arañas aún no han sido identificadas, pero sea cual sea, su meticulosidad y empeño ha sorprendido a los investigadores, ya que cada estructura alberga una sola cría.

Alexander y el equipo de investigación siguen trabajando para determinar la especie que realiza estas curiosas telarañas, cuyas fotos publicó hace medio año en las redes sociales con la intención de que alguien pudiera ayudarles a identificar qué organismo modelaba el original hallazgo, descubierto en una pequeña isla cerca del Centro de Investigación Tambopata.

Los estudios sobre la telaraña han constatado que estas telas se encuentra siempre en formaciones grupales, con entre dos y seis estructuras cuya mayoría se encontraron en árboles de bambú, aunque también fueron vistas en las hojas.




En un principio se pensó que entre los animales que podrían haber creado estas estructuras se encontraban las arañas, las polillas o las mariposas.

Fuente: Libreprensa y otros sitios. Aportado por Eduardo J. Carletti

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Con rayos X estudian biología de insectos para obtener mejores materiales y mejorar cosechas

Investigadores que utilizaron tecnología de rayos X de última generación en el Departamento de Advanced Photon Source Energy (APS) de EEUU pudieron dar una mirada al interior de varios insectos. La recopilación de los resultados va más allá de aprender acerca de la fisiología y la biología de los insectos

Lo que encontraron podría servir de modelo para un material usable en ligamentos artificiales, una manera sin químicos de proteger los cultivos de los insectos y una nueva visión sobre cómo funcionan los músculos humanos.

¿Tendones de tejido de seda?

Mucha gente conoce los insectos artificiales que se usan como señuelos de pesca con mosca. Pero pocos saben que hay insectos así, reales, que hacen girar una seda adhesiva bajo el agua para construir redes para capturar alimentos y para construir una vivienda que los proteja. La estructura química de la seda permite que la sustancia se adhiera a la mayoría de las sustancias bajo el agua.

«En realidad no es mucho más fuerte que un súper pegamento, pero trata de poner súper pegamento en la bañera sin haber tenido la oportunidad de secarla», dice Jeff Yarger, profesor de química, bioquímica y física en la Universidad Estatal de Arizona y autor de un estudio en biomacromoléculas que examinaron la seda de los insectos, del orden Trichoptera.

El diseño de una versión sintética de esta seda podría crear un adhesivo que pegue bajo el agua para usar en puntos de sutura en líquidos. Pero aún más valioso es su uso potencial como los primeros tendones y ligamentos artificiales humanos. Las largas fibras de la seda de la mosca hacen que se comporte muy similar al material de colágeno utilizado en los tejidos conectivos, y su capacidad de adherirse en condiciones de humedad hacen que sea viable como un implante interno.

Para entender lo que hace que este material sea impermeable y similar al colágeno, Yarger y su equipo tuvieron que examinar los biopolímeros, pequeñas estructuras moleculares que sirven como bloques de construcción para la seda, usando el BioCARS sector 14 en el APS del Laboratorio Nacional Argonne.

Las estructuras cristalinas en la seda son tan pequeñas que Yarger dice que es imposible observar la composición molecular de la seda con los rayos X convencionales. «Sin embargo, el análisis de sincrotrón en la APS nos permite hacer esto», dijo Yarger.

Encontraron que a nivel molecular, la seda de estos insectos tricópteros difiere mucho de otras sedas hiladas en ambientes terrestres, tales como las de las arañas o gusanos de seda. En esta seda, después de que se crea la cadena de aminoácidos que constituye la seda, la cadena es unida por moléculas de fosfato. Los fosfatos pueden actuar como agentes de unión y se utilizan para hacer algunas pinturas resistentes al agua.

«El siguiente paso es ver cómo podemos imitar a la naturaleza con este nuevo tema que hemos descubierto», dice Yarger.

Poner saltamontes a dieta

Los saltamontes se comen los cultivos, pero los agricultores pueden pronto tener una manera sin químicos de proteger sus plantas de las voraces plagas, volviendo su ciclo de crecimiento natural en contra de ellos.

Scott, Kirkton, profesor asociado de biología en el Union College observó que justo antes de la muda, un proceso de crecimiento en el cual un insecto cambia de piel con el fin de madurar hasta su próxima etapa de la vida, las entrañas de un saltamontes se convierten en, esencialmente, demasiado grandes para su capa externa. Esto comprime el sistema traqueal de saltamontes y hace que le sea difícil respirar. Como resultado de esto, el equipo vio una reducción en el número de saltos por minuto en los saltamontes que estaba por mudar frente a los que no lo estaban, lo que sugiere que un sistema respiratorio comprimido provoca una reducción en la movilidad.

A partir de esto, la hipótesis de Kirkton es que la falta de suministro de oxígeno al cuerpo del saltamontes es un disparador para la muda. Almacenando granos o cosechas a niveles bajos de oxígeno limitaría el oxígeno que los insectos reciben, y que desencadena la muda. El ciclo resultante de retraso en el crecimiento crearía plagas enanas con apetitos enanos, permitiendo que más cultivos completen su camino a los estantes de los supermercados.

«Un tiempo de desarrollo más rápido produciría adultos más pequeños con un apetito reducido, y reduciría la vida útil global del insecto,» dijo Kirkton.

La clave para descubrir la conexión entre el oxígeno y el ciclo de muda vino de uso que hizo Kirkton de la línea de luz de contraste de fase en el sector 32 de la APS. Esa imagen de alta resolución, con datos recogidos como por una instantánea, primitió la capacidad de mirar profundamente en el material, aportando una capacidad única para visualizar y cuantificar el funcionamiento del sistema respiratorio de un insecto vivo intacto en tiempo real.

Kirkton publicó recientemente en el Journal of Comparative Physiology (Journal de Fisiología Comparada) su visión sobre el sistema respiratorio de la langosta americana durante los períodos adecuados antes de la muda. Si bien Kirkton dice que necesita realizar más investigación, piensa que este resultado es aplicable a una amplia gama de insectos, lo que significa que puede estar en camino un método de control de plagas universal y libre de químicos.

Polillas musculosas

Aunque algunos asiduos al gimnasio no quieren admitirlo, las susurrantes alas de una polilla y los bíceps abultados humanos no son tan diferentes. Lo que aprendemos de ellas puede enseñarnos más sobre la mecánica de músculo humano para mejorar potencialmente los tratamientos de fisioterapia y comprender mejor las enfermedades que atacan el sistema muscular.

Pero logísticamente, mirar las estructuras de las proteínas dentro de las células musculares de una polilla no es tarea fácil. El montaje del experimento involucró pegar una polilla por el tórax a una estructura de soporte, fijar una serie de electrodos a sus músculos de vuelo para activar sus alas a batir a un ritmo rápido, y luego con una de las más poderosas fuentes de luz del mundo examinar la estructura molecular del movimiento de los músculos en tiempo real. Los resultados arrojan luz sobre más que la mecánica de vuelo de la polilla: puede redefinir nuestra comprensión de cómo funcionan nuestros propios músculos.

Para llevar a cabo esta investigación, Tom Daniel, profesor de biología en la Universidad de Washington y autor de un estudio en Science que examinó el ciclo de puente cruzado en los músculos de las polillas, tuvo que buscar a Thomas Irving. Irving es el director del Equipo de Acceso Colaborativo de Biofísica en el sector 18 de la APS. Daniel dice que es gracias a la magia de Irving —su experiencia en la biofísica y la experiencia de «conectar artilugios a los insectos»— ayudó a Daniel a armar este experimento.

Lo que encontraron fue que cuando una polilla bate sus alas, está sucediendo una especie de tira y afloja a nivel molecular. Los filamentos de miosina tiran de los filamentos de actina para contraer una cadena muscular, luego se desprenden para alargar la cadena. Cuando se conectan y contraen, los filamentos forman una estructura tipo celosía, que es «gomosa», y guarda energía elástica. Es como un trampolín microscópico, esperando que algo rebote en él. Así que cuando un músculo se contrae, está actuando más como un resorte a la espera de liberar su energía que como un motor.

Utilizando la APS, Daniel y su equipo observaron que la parte superior del tórax de la polilla, que es el músculo que produce el movimiento de las alas, era más frío en la parte superior que en la parte inferior. La parte interesante fue que en las regiones más frías los filamentos se mantuvieron conectados por más tiempo, manteniendo la estructura elástica durante un período de tiempo más extenso. La energía elástica almacenada en estas regiones más frías se libera al final de las fases de alargamiento o acortamiento del músculo. Piense en esto como una pelota rebotando finalmente en ese trampolín. Este proceso de transferencia de energía permite que la polilla vuele sin gastar una gran cantidad de energía.

Daniel dice que la presencia de la energía elástica no fue una sorpresa.

«No fue una cuestión de si hay o no energía elástica que participan en el vuelo», dijo Daniel. El costo en energía de acelerar y desacelerar rápidamente las alas durante el vuelo es enorme, y los insectos no podrían mantener ese tipo de producción de energía.

Sin embargo, este estudio revela un nuevo mecanismo para el almacenamiento de la energía elástica, que se basa en las diferencias de temperatura. A nivel molecular, el músculo de una polilla no es muy diferente al de un ser humano, lo que significa que la energía elástica puede cumplir un papel mucho más importante en la función muscular humano que lo que los investigadores pensaban.

Fuente: Science Daily. Aportado por Eduardo J. Carletti

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