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Ciencia & Tec

Un sensor capaz de medir la fuerza de mordedura de un insecto


Tener un aparato de masticación fuerte hace que sea más fácil triturar alimentos más duros y tener éxito en las peleas con los adversarios.

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Biólogos de la Universidad de Bonn han conseguido desarrollar un sistema sensor que puede medir la fuerza de mordedura de animales tan pequeños como los insectos.

Tener un aparato de masticación fuerte hace que sea más fácil triturar alimentos más duros y tener éxito en las peleas con los adversarios. El nuevo sensor para medir fuerzas de mordida y su software para evaluar los datos, peemite comprender cómo evolucionaron las fuerzas de mordedura. La versión final se publica ahora en la revista “Methods in Ecology and Evolution”.

Los científicos han publicado un vídeo demostrativo del sistema. La mantis religiosa se retuerce un poco entre los dedos del científico. Cuando el insecto se acerca al sensor, se defiende mordiendo las dos placas de metal que transfieren la presión a un cristal piezoeléctrico. El cristal genera un voltaje dependiente de la carga que se transmite a una computadora portátil a través de un amplificador. Aparecen curvas en la pantalla, algunas de las cuales se elevan abruptamente y llegan temblorosas a una meseta antes de volver a caer a cero. A veces, el ascenso y el descenso son más planos, dependiendo de qué tan rápido el insecto en particular se acerque a la fuerza máxima al picar.

“Casi no hay datos disponibles sobre la fuerza con la que pueden picar los insectos”, dice en un comunicado Peter T. Rühr, estudiante de doctorado en el Instituto de Biología Evolutiva y Ecología de la Universidad de Bonn. Con su sistema de sensores “forceX”, los investigadores quieren investigar cómo han evolucionado las mandíbulas, la musculatura y la forma de la cabeza de los insectos para enfrentar los desafíos de sus respectivos entornos. “Puede que no siempre sea ventajoso poder morder fuerte, porque mantener la capacidad de morder fuerte exige mayores costos energéticos”, dice Rühr. La fuerza de la mordedura puede depender, por ejemplo, de qué alimento se alimenta un insecto o si necesita las mandíbulas para defenderse.

El equipo dirigido por el Prof. Dr. Alexander Blanke desarrolló aún más los sistemas existentes para medir las fuerzas de mordida.

En la configuración de medición de los investigadores de la Universidad de Bonn, se utiliza un microscopio estereoscópico, similar a una lupa fuerte, para detectar si las mandíbulas del insecto investigado están en contacto con las placas de metal del sensor en la ubicación correcta. La placa inferior está inmóvil, mientras que la superior transmite la fuerza al sensor a través de un balancín.

“Según el tamaño y el ángulo de apertura de las mandíbulas, utilizamos placas de mordida intercambiables de diferentes tamaños”, dice Rühr, explicando los avances. “Esto permite que el sensor se ajuste en un rango relativamente amplio para cumplir con los requisitos particulares de los animales”. El sistema completo funciona con batería y, por lo tanto, se puede utilizar para mediciones móviles, incluso en la “naturaleza”.

Para los insectos que pican, los investigadores usan un soporte hecho de plástico. Los animales desaparecen por completo en el vial, y solo la cabeza con sus piezas bucales sobresale de un pequeño orificio en el frente. “Esto nos permite posicionar mejor a los insectos sin tener que sujetarlos con las manos”, explica Rühr. Por lo general, los animales no necesitan mucha persuasión antes de morder. Se sienten incómodos en un entorno desconocido y se defienden con mordiscos defensivos. Si este comportamiento instintivo no se materializa, los investigadores acarician las cabezas de los insectos con un cepillo delicado; a más tardar, los insectos cierran las mandíbulas.

Para su publicación en Methods in Ecology and Evolution, los investigadores determinaron la precisión del sistema: lo hicieron colocando diferentes pesos, que van desde un gramo hasta casi un kilogramo, a la placa de metal móvil. Un total de 1.600 repeticiones muestran que la desviación entre mediciones es de un máximo del 2,2 por ciento. “Eso es muy exacto”, dice Rühr. El sistema también se puede utilizar para medir la fuerza de las garras de escorpiones o cangrejos, por ejemplo.

Rühr y Blanke construyeron el sistema durante su tiempo en la Universidad de Colonia, en parte con el taller de ingeniería de precisión local. En la Universidad de Bonn, lo optimizaron aún más y realizaron las mediciones de precisión. El estudio también describe el nuevo software “forceR”, con el que se pueden evaluar y comparar los valores de fuerza de mordida y las formas de las curvas de mordida.

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