Estudian en detalle la estructura de los pelos de las hormigas de plata del desierto. La capacidad de soportar tan bien las condiciones de su hábitat proviene de la reflexión total que se da en esos pelillos.
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Según dice David Atenbourg las hormigas de plata del desierto (Cataglyphis bombycina) parecen poseer un traje espacial. A otros les puede recordar el traje reflectante que algunos humanos usan en ambientes extremos, como el que usan los geólogos cuando toman muestras de lava de un volcán. La realidad es que ambos sirven para lo mismo: reflejar el intenso calor.
Estas hormigas de aspecto metálico viven en los desiertos de Egipto y de la Península Arábica y son capaces de resistir el calor del mediodía en esos lugares, cuando la temperatura puede alcanzar más de 50 grados. En esos momentos la temperatura de la arena pueda alcanzar los 70 grados.
Se exponen precisamente a las temperaturas más altas cuando salen a forrajear a mediodía, que es cuando sus depredadores (unos lagartos) se refugian en la sombra. Salen a la búsqueda de otros insectos que han sucumbido al calor.
Si los cuerpos de estas hormigas alcanzan la temperatura crítica de 53,6 grados centígrados mueren irremediablemente. Así que el aventurarse al exterior puede significar la muerte si no se controla el tiempo que están fuera. Pueden salir del hormiguero, a lo más, durante 10 minutos antes de freírse sobre la arena. Es una carrera contrarreloj.
Para poder soportar esas condiciones, incluso durante sólo unos minutos, las hormigas de plata han conseguido ciertas adaptaciones evolutivas. Entre ellas está que las patas son más largas de lo habitual para alejar sus cuerpos de la arena. Además, cuentan con proteínas resistentes al calor. Las adaptaciones también incluyen el comportamiento, pues suelen subir a las rocas y a la vegetación muerta para así alejarse de la arena y estar más en contacto con el aire menos cálido de las capas superiores.
La principal adaptación está en el “traje espacial” que poseen y que está constituido por una capa densa de pelillos que recubre sus cuerpos. Pelillos con sección triangular que reflejan gran parte del espectro visible e infrarrojo cercano. Las propiedades reflectoras se deben a unas microestructuras con un tamaño del orden de la micra y que tienen una longitud similar a las longitudes de onda en el visible e infrarrojo cercano.
En estudios previos se había comprobado que estos pelillos no sólo permiten reflejar la radiación al exterior, sino que además les permiten emitir el exceso de calor al exterior, lo que les da un margen de entre 5 y 10 grados centígrados, que es lo suficientemente amplio para su entorno y que les da mayores posibilidades de supervivencia en esas condiciones.
Pero, al parecer, nadie se había molestado en estudiar cómo esos pelillos reflejaban la radiación. Porque, aunque estas hormigas parecen gotas de mercurio correteando por la arena del desierto, no poseen ningún material metálico sobre sus cuerpos.
Ahora, un grupo de físicos y biólogos belgas han estudiado precisamente las cualidades reflectoras de los pelillos de las hormigas de plata. Han llegado a la conclusión de que se basan en la reflexión total de luz.
Unos binoculares son muy distintos a unos prismáticos. Para unas mismas prestaciones los segundos son mucho más cortos. Esto se debe al uso de un juego de prismas que hacen reflejarse la luz varias veces, con lo que se pliega la trayectoria de los rayos de luz en el interior.
Podríamos pensar que se podría lograr el mismo objetivo con un juego de espejos, pero no es así. Un espejo no es más que un placa de vidrio a la que se le ha pegado una capa metálica a un lado. Pero un espejo no refleja el 100% de la luz, sino bastante menos.
La reflexión total se produce cuando la luz circula por un medio de alto índice de refracción (por ejemplo vidrio) choca contra una superficie que da a otro medio de bajo índice de refracción (por ejemplo aire). Si lo hace con el ángulo adecuado la luz no pasa al otro medio, sino que es reflejada casi en su totalidad de nuevo hacia el interior.
Las cámaras réflex usan un pentaprisma que usa el mismo principio físico, aunque es distinto al de los prismáticos. Esto permite al usuario ver la imagen que transmite el objetivo con la orientación correcta y con gran luminosidad. Lamentablemente, los chicos del marketing que trabajan para los fabricantes de cámaras se metieron en las tareas de los ingenieros hace tiempo y las cámaras réflex de gama baja ya no tienen un pentaprisma, sino un pentaespejo (más barato). Esta es una de las razones por la que la imagen que se ve por el visor de estas cámaras sea tan oscura, la otra es la óptica poca luminosa acoplada.
El caso es que los pelillos que recubren el cuerpo de Cataglyphis bombycina tienen una sección más o menos triangular, por lo que actúan como prismas frente a la luz. Esto permite a las hormigas reflejar la luz 10 veces mejor que si no tuvieran estos pelos.
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Las imágenes de microscopia electrónicas permitieron a estos investigadores estudiar la forma y sección de estos pelillos. Confirmaron la sección triangular de los pelos en la parte dorsal de la cabeza, tórax y abdomen de estos insectos. También descubrieron que las dos capas superiores de cada pelo que miran hacia el exterior (hacia el Sol) están corrugadas con surcos paralelos y oblicuos al eje longitudinal del pelo, pero la parte que mira hacia el cuerpo es lisa.
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La distancia entre surcos adyacentes de 204 nm es una distancia tan corta que facilita la difracción de la luz, lo que permite aumentar la índice de refracción del interior del pelo. Como resultado, este corrugado permite aumentar la cantidad de luz que entra en cada pelo y la cantidad de luz que lo abandona por reflexión total.
Estas geometrías permiten a los pelos superficiales reflejar casi el 100% de la luz que llega a ellos para ángulos comprendidos entre 35° y 90°. Para ángulos pequeños se produce penetración de la luz, pero entonces esta luz puede ser reflejada por pelos que están más en el interior. Todo ello aumenta la reflectancia de las hormigas a la luz. Si los pelos fueran cilíndricos las condiciones de supervivencia de estas hormigas serían mucho más reducidas.
Estos investigadores compararon hormigas de esta especie afeitadas con no afeitadas y comprobaron que los pelos multiplican por 10 la reflectancia de las mismas frente a la luz. Además, introdujeron un termómetro en el abdomen para medir la temperatura interna y las iluminaron para simular las condiciones naturales de su hábitat. En 90 segundos la temperatura interna de las no afeitadas era dos grados centígrados inferior a la de las afeitadas.
Hay otras especies de hormigas que viven en selvas que también tienen pelos de sección triangular, así que quizás, esta forma evolucionó por otros motivos y luego se adaptó a las condiciones del desierto para sobrevivir al intenso calor que allí reina.
Aunque hay muchos animales y plantan que han desarrollado estructuras que interaccionan con la luz similares a los materiales fotónicos que fabrica el ser humano, las hormigas de plata del desierto del Sáhara son únicas en usar este tipo de mecanismo para controlar la temperatura.
Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=4917 [1]
Fuentes y referencias:
Artículo original [2]
Sobre las hormigas de plata del Sáhara. [3]
Fotos y gráficos: Quentin Willot, Priscilla Simonis, Jean-Pol Vigneron y Serge Aron