Son nuestros enemigos letales, los máximos depredadores de la humanidad. Al propagar enfermedades como el dengue, la malaria, el virus del Nilo, la fiebre amarilla, el zika, el chikungunya y la filariasis linfática, causan alrededor de un millón de muertes al año, más que cualquier otra criatura en el mundo.

Y, sin embargo, en sus antenas quizás se esconda nuestra salvación. “Los mosquitos podrían inspirar nuevas formas de detectar desastres naturales como terremotos y tsunamis”, cuenta a SINC el ingeniero civil Pablo Zavattieri.

Los mosquitos podrían inspirar nuevas formas de detectar desastres naturales como terremotos y tsunamis

En los laboratorios de la Universidad de Purdue en Indiana, Estados Unidos, este investigador argentino se rodea de biólogos, químicos, físicos y otros ingenieros para estudiar toda clase de insectos y crustáceos y crear materiales más ligeros y resistentes para la construcción de edificios, puentes, medios de transporte e incluso futuras estaciones espaciales.

“La naturaleza ha tenido millones de años de prueba y error para desarrollar estructuras y métodos aparentemente contraintuitivos”, afirma este profesor -algo atípico e inquieto- que se licenció en ingeniería nuclear en Argentina, se doctoró en aeronáutica en Estados Unidos, trabajó en la industria automotriz durante nueve años y toca el contrabajo en diversas orquestas de jazz y tango. “Podemos aprender mucho de ella”.

¿Qué le llamó la atención de los mosquitos y qué tienen para enseñarnos?

En los insectos, los sistemas auditivos han evolucionado de forma independiente en todo su cuerpo para hacer frente a las limitaciones físicas impuestas por su pequeño tamaño. A diferencia de los organismos equipados con orejas con tímpanos, los mosquitos escuchan usando sus antenas, estructuras sensoriales ligeras capaces de detectar el sonido.

Lo que me llamó la atención es que, al volar, hacen mucho ruido con las alas, un helicóptero. Y, aun así, estos insectos logran distinguir sonidos específicos en un bosque donde hay mucho ruido ambiental. Pueden, por ejemplo, escuchar el croar de las ranas y localizarlas para picarlas y alimentarse de su sangre. O encontrar a las hembras de su especie para aparearse.

¿Siempre le interesaron estos insectos?

Me sorprendió cuando me lo contó la zoóloga panameña Ximena Bernal, con quien trabajamos en esta investigación y estudia estos mosquitos aquí, en Purdue, desde hace ya muchos años. Lo asombroso es que pueden escuchar a largas distancias y detectar con precisión señales acústicas específicas. Nos enfocamos en dos especies: los machos de Aedes aegypti necesitan para el cortejo escuchar tonos de vuelo de baja potencia de las hembras. Las persiguen en enjambres escuchando sus aleteos. Mientras que las hembras de la especie Uranotaenia lowii rastrean llamadas distantes y de alta potencia de ranas para alimentarse. Escuchan sus llamadas de apareamiento. Nuestro conocimiento de estas estrategias es actualmente limitado.

En los insectos, los sistemas auditivos han evolucionado de forma independiente en todo su cuerpo para hacer frente a las limitaciones físicas de su tamaño

¿Y en qué consistió la investigación que publicaron en la revista Acta Biomaterialia?

Diseccionamos y estudiamos la intrincada geometría de las antenas de estos mosquitos utilizando microscopía y tomografía computarizada. También usamos una impresora 3D llamada Nanoscribe que produce materiales microscópicos. Hasta donde sabemos, ningún estudio ha caracterizado exhaustivamente las propiedades mecánicas del sistema de antenas de estos insectos. Son detectores acústicos minúsculos, sensibles y especializados sintonizados con estímulos acústicos biológicamente relevantes.

Mediante el uso de modelos computacionales e impresión 3D a escala nanoscópica, descubrimos cómo, a pesar de carecer de oídos tradicionales, los mosquitos pueden navegar por el paisaje auditivo: las características arquitectónicas de sus antenas les permiten detectar sonidos específicos mientras mitigan la interferencia del ruido del golpeteo de sus alas, una fuente constante de estimulación acústica. Los pelos sensoriales distribuidos en la superficie de las antenas desempeñan un papel clave en la sensibilidad auditiva. Funcionan como un violín. Se han adaptado para detectar la frecuencia específica de ciertos sonidos.

¿Qué implicaciones tienen estos hallazgos?

Esta investigación proporciona una comprensión más profunda de las antenas de los mosquitos, uno de los oídos más complejos que se encuentran en los insectos. Pero también puede conducir al desarrollo de tecnologías de detección bioinspiradas, pieles inteligentes, materiales acústicos y sensores enfocados en la detección y atención de desastres naturales como terremotos o tsunamis.

Aún estamos en una etapa muy temprana de la investigación, pero estos conocimientos podrían derivar en paneles de insonorización para edificios, auriculares con cancelación del ruido más potentes e incluso dispositivos de camuflaje acústico, que consisten básicamente en ‘ocultar’ objetos, evitando que las ondas sonoras choquen con él. Ahora estamos tratando de conseguir financiación para seguir trabajando con mi colega Ximena Bernal. Quiero imprimir en 3D parches con muchas antenitas y tratar de ver cómo aplicamos lo que aprendimos.

Estamos en una etapa muy temprana, pero estos conocimientos podrían derivar en insonorización para edificios, auriculares con cancelación del ruido más potentes y dispositivos de camuflaje acústico

La madre de las soluciones

Este enfoque es conocido como biomimética y busca inspirarse en las estructuras de la naturaleza para crear tecnologías innovadoras. ¿Cómo lo ve la comunidad científica?

Cada vez hay más laboratorios de bioingenieros. En 2006, cuando estaba trabajando en el centro de investigación de General Motors, en Detroit, escuché hablar de bioinspiración o biomimética. Por entonces, había mucho escepticismo. Se mencionaban como ejemplos de éxito el velcro y el tren bala Shinkansen, inspirado en la manera en que se zambulle el pájaro martín pescador a alta velocidad en el agua. Pero no había mucho más.

Fue alrededor de esa época cuando empezamos a estudiar los abulones u ‘orejas de mar’, una familia de moluscos que tienen conchas exteriores muy resistentes. Su interior está recubierto por nácar, un material iridiscente muy resistente a pesar de su composición de más del 95 % de aragonito, un tipo de carbonato de calcio: está dispuesto en una estructura en miniatura similar a una pared de ladrillos que impide la propagación de grietas y hace que el material sea muy fuerte.

Se tendría que romper y no se rompe: se deforma si uno le pone agua y ayuda a mantener la integridad de la concha bajo cargas externas y así proteger al molusco. Los abulones son interesantes organismos de los que estamos aprendiendo a crear nuevos materiales estructurales, más resistentes, por ejemplo, a la actividad sísmica.

¿Qué otros ejemplos de tecnologías bioinspiradas están en desarrollo?

Existen varios: ahora hay células solares inspiradas en hojas de plantas; fibras de alta resistencia derivadas de la telarañas; radares multifrecuencia inspirados en murciélagos; materiales inteligentes que imitan la pieles de delfín o pepinos de mar; dispositivos voladores de bajo consumo de combustible inspirados en colibríes. En Zimbabue, desarrollan edificios sin aire acondicionado que se mantienen fresco gracias a un sistema de ventilación inspirado en las termitas.

Ya hay células solares inspiradas en hojas de plantas, fibras de alta resistencia derivadas de la telarañas o radares multifrecuencia inspirados en murciélagos

¿Por qué dice que la naturaleza tiene mucho que enseñarnos?

Porque es una fuente infinita de inspiración. Lo que distingue a la naturaleza es su dominio en la utilización de materiales locales que se encuentran en el entorno, combinándolos ingeniosamente para sintetizar una amplia gama de estructuras complejas. En ciencia, básicamente trabajamos con hipótesis. Las probamos, las contrastamos.

Lo que podemos hacer desde el punto de vista ingenieril es tomar prestada una idea de la naturaleza y aplicarla para mejorar un material. No es una copia exacta. Por eso es ‘bioinspiración’. Buscamos desentrañar los secretos del diseño de la naturaleza para crear materiales robustos y ligeros que resistan el estrés sin deformarse. Cada vez que hablo con un biólogo, se me ocurren nuevas ideas. Empiezo a imaginar qué problemas de ingeniería se pueden solucionar. En el proceso, la especulación se convierte en hipótesis, las cuales terminamos testeando con experimentos y modelos.

¿Fue lo que sucedió con el escarabajo acorazado diabólico (Phloeodes diabolicus)?

Así es. Se trata de un insecto casi indestructible de unos 2 centímetros de largo. Por ejemplo, puede sobrevivir a ser aplastado por el neumático de automóvil. Al carecer de la capacidad de huir de los depredadores, este insecto de los desiertos del suroeste de América del Norte desarrolló a lo largo de 350 millones de años una armadura, un exoesqueleto rico en proteínas extremadamente resistente al impacto y al aplastamiento. Puede soportar fuerzas de hasta 39 000 veces su propio peso corporal.

En 2020, publicamos con el equipo del ingeniero David Kisailus de UC Irvine un paper en Nature en el que explicamos su dureza: mediante una combinación de microscopía avanzada, pruebas mecánicas y simulaciones por computadora, descubrimos que su resistencia se debe a las articulaciones en capas del exoesqueleto similares a un rompecabezas. La estructura de la carcasa de este escarabajo sirve de inspiración para la creación de la próxima generación de materiales ligeros resistentes al impacto para su uso en las industrias aeroespacial, automotriz y de defensa.

Lo que distingue a la naturaleza es su dominio en la utilización de materiales que se encuentran en el entorno, combinándolos para sintetizar estructuras complejas

Nuevas enseñanzas

Su equipo también estudió al camarón mantis (Odontodactylus scyllarus). ¿Qué aprendieron de esta criatura marina?

Este crustáceo domina a sus presas, tales como moluscos y otros cangrejos, aplastándolas con una especie de garrote, un apéndice de medio centímetro en forma de maza hecho de carbonato de calcio y fosfato de calcio que se endurece y con el que golpea a gran velocidad, a 80 km/h. Las fibras de quitina de este martillo biológico están dispuestas en un patrón de espiga en la capa exterior, lo que le confiere su dureza y ayuda a que la energía del impacto se disipe. La fuerza creada por el impacto del crustáceo es más de mil veces su propio peso. La naturaleza nos está enseñando cómo producir materiales más livianos, pero más fuertes y resistentes para muchas aplicaciones, como nuevos chalecos antibalas y aeronaves.

¿Cree que para construir estaciones y colonias en la Luna o Marte también se necesitará inspirarse de la naturaleza?

Absolutamente. Nuestro equipo fue uno de los seleccionados por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados de Defensa (DARPA) para un nuevo programa llamado Trenton, que busca facilitar la impresión tridimensional de hormigón subacuática. Propusimos conceptos de bioinspiración para aumentar la resistencia del material que se imprime abajo del agua. Si en algún momento alguna agencia o empresa decide colonizar Marte o instalar una colonia en la Luna, seguramente los pioneros espaciales construirán estructuras, hábitats y herramientas con impresoras 3D, capa a capa, utilizando minerales del suelo, como el regolito, las partículas finas, polvorientas y arenosas que cubren las superficies lunar y marciana.

En la gravedad reducida de la Luna o Marte, los materiales se comportan de forma diferente a como lo hacen en la Tierra. Podemos aprender de la naturaleza para crear materiales impresos en 3D más robustos para edificios y otras estructuras. La naturaleza tiene mucho para enseñarnos y recién estamos rascando la superficie. Debemos estar siempre atentos a las soluciones que han desarrollado a lo largo de millones de años mosquitos, escarabajos, crustáceos y miles de otros organismos. Nunca se sabe si la respuesta a un problema está justo delante nuestro.

Un estudio liderado por el Instituto de Salud Global de Barcelona (ISGlobal), un centro impulsado por la Fundación “la Caixa”, ha demostrado que Europa se ha adaptado mejor a las bajas temperaturas que a las altas en las dos últimas décadas.

Tras analizar los registros de temperatura y mortalidad de más de 800 regiones de 35 países europeos durante el período de 2003 a 2020, el equipo científico descubrió que el riesgo relativo de muerte en las temperaturas más bajas disminuyó en un 2 % anual.

Por otro lado, durante este periodo también se ha producido una reducción del riesgo de muertes relacionadas con el calor, aunque en menor medida con una tasa media de descenso del 1 % anual.

Nuevo enfoque con perspectiva regional

Tradicionalmente, los estudios de este tipo se han basado en umbrales de temperatura fijos para calcular los riesgos, sin tener en cuenta que la vulnerabilidad ante unas mismas temperaturas no es igual en todas las regiones de Europa. Para superar esta limitación, el equipo desarrolló un nuevo concepto: la temperatura de riesgo extremo (ETR, por sus siglas en inglés).

Al cruzar los datos regionales de temperatura y mortalidad, este nuevo enfoque permitió calcular la temperatura a la que el riesgo de muerte supera un determinado umbral para cada zona geográfica. Los investigadores también tuvieron en cuenta las variaciones en la mortalidad para reflejar las adaptaciones a la temperatura a lo largo del tiempo.

“Con el tiempo, hemos mejorado en el manejo de las temperaturas frías, un proceso conocido en ciencia como ‘adaptación’ ”, declara Zhao-Yue Chen, investigador de ISGlobal y primer autor del estudio.

Las diferencias entre regiones

Curiosamente, no todas las partes de Europa se vieron afectadas de la misma manera. Por ejemplo, las regiones del sureste de Europa, a pesar de sus condiciones más cálidas, tuvieron más días peligrosos de calor y frío, que causaron un mayor riesgo de mortalidad asociada.

Esta disparidad se debe en parte a factores socioeconómicos, como un aislamiento inadecuado de las viviendas, un menor gasto en salud pública y un acceso limitado a la ayuda social para las poblaciones vulnerables.

La protección ante el calor es secundaria

“Nuestros resultados muestran que Europa ha realizado notables progresos en la adaptación al frío. Las estrategias para hacer frente a la mortalidad relacionada con el calor han sido menos eficaces”, explica Zhao-Yue Chen.

Una investigación de 2024 reveló que sólo 20 de los 38 países europeos han implantado sistemas de vigilancia de la temperatura, y 17 países aún no disponen de planes de acción calor-salud (HHAPs).

Las estrategias para hacer frente a la mortalidad relacionada con el calor han sido menos eficaces

Zhao-Yue Chen, investigador de ISGlobal

“Nuestro estudio pone de manifiesto la necesidad de avanzar más en las medidas actuales de adaptación al calor y en los planes de acción calor-salud”, afirma Joan Ballester Claramunt.

“Al mismo tiempo, las disparidades espaciales observadas subrayan la necesidad de estrategias específicas para cada región con el fin de proteger a las poblaciones vulnerables”, concluye el mismo investigador.

¿Cómo influye la contaminación?

El equipo también analizó la frecuencia con la que se producían temperaturas de riesgo extremo en días con niveles de contaminación superiores a los límites recomendados por la Organización Mundial de la Salud (OMS).

La coincidencia de estos dos eventos, conocida como ‘días compuestos’, se produjo en el 60 % de los días de calor peligroso y en el 65 % de los días de frío peligroso. Con el tiempo, estos días compuestos han ido disminuyendo, excepto la combinación de días peligrosamente calurosos y altos niveles de contaminación por ozono (O₃₎, que aumentó a un ritmo de 0,26 días por año.

“Debemos tener en cuenta los días compuestos y desarrollar estrategias específicas para hacer frente a los contaminantes secundarios como el ozono, porque los efectos de las temperaturas extremas y la contaminación atmosférica en la salud no son completamente independientes. Existe una interacción entre ellos que puede amplificar los efectos adversos para la salud”, concluye Zhao-Yue Chen.

El centro de nuestra galaxia es un entorno extremo donde fenómenos cósmicos intensos transforman el espacio y la materia. En una de las regiones, ubicada a unos 200 años luz de Sagitario A* –el agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea–, existe una enorme y densa nube de gas y polvo interestelar. A lo largo de millones de años, esa nube ha colapsado sobre sí misma, dando lugar a la formación de miles de nuevas estrellas. Esta región es conocida como Sagitario C.

Dos nuevos trabajos, coliderados por el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), han utilizado observaciones del telescopio espacial James Webb (JWST), construido y operado conjuntamente por la Agencia Espacial Europea (ESA), la Agencia Espacial Canadiense (CSA) y la NASA, para estudiar Sagitario C con un nivel de detalle sin precedentes.

Procesos de formación estelar

“El objetivo principal de estas observaciones era el estudio de los procesos de formación estelar, particularmente de estrellas masivas, es decir, aquellas que tienen más de ocho veces la masa del Sol”, apunta Rubén Fedriani, investigador del IAA y supervisor principal del proyecto.

Según Fedriani, “en sus primeras etapas de formación, las estrellas suelen presentar chorros de materia o jets. En este trabajo hemos detectado más de un centenar de chorros vinculados a protoestrellas de baja masa, similares a la de nuestra estrella. Además, hemos observado por primera vez en el infrarrojo los chorros asociados a dos estrellas masivas, de unas 20 veces la masa del Sol”.

Gracias a esta actividad de chorros o jets, el estudio ha descubierto, además, una nueva región de formación estelar. Este descubrimiento sugiere que la formación de estrellas en esta zona sigue procesos similares a los del resto de la galaxia, lo que demuestra que, incluso en entornos tan extremos como el centro de la Vía Láctea, pueden nacer nuevas estrellas.

Los hallazgos también podrían ayudar a resolver un persistente misterio sobre las regiones más internas de la Vía Láctea, conocidas como la Zona Molecular Central (CMZ, por sus siglas en inglés), la cual abarca Sagitario C y otras regiones de formación estelar.

Filamentos de gas de hidrógeno

Esta zona se caracteriza por contener grandes cantidades de gas molecular denso, lo que la convierte en una de las regiones con mayor potencial para la formación de nuevas estrellas en nuestra galaxia. Sin embargo, a pesar de su alta densidad de gas, la tasa de nueva formación estelar en la CMZ es menor de lo que predicen los modelos, lo que ha llevado a numerosas investigaciones para entender los procesos físicos que regulan esta actividad.

Los trabajos, coliderados por la Universidad de Colorado Boulder, la Universidad de Virginia y el IAA, han observado evidencias de líneas de campo magnético que atraviesan Sagitario C, formando largos y brillantes filamentos de gas de hidrógeno caliente que recuerdan a fideos de espagueti. Este fenómeno podría causar la ralentización de la formación estelar en el gas circundante.

Inesperada estructura de Sagitario C

El primer estudio, publicado en The Astrophysical Journal, forma parte de una campaña de observación propuesta y liderada por Samuel Crowe, un estudiante de cuarto año en la Universidad de Virginia que, durante el verano de 2023, trabajó en el IAA-CSIC junto a Fedriani, segundo autor y supervisor principal del trabajo. Crowe, recientemente beneficiado con la beca Rhodes para realizar estudios de posgrado en la Universidad de Oxford, destaca que las impactantes imágenes captadas por el JWST muestran Sagitario C como nunca antes se había visto.

Un segundo estudio, publicado en la misma revista, analizó la apariencia inusual de Sagitario C y reveló un marcado contraste tanto con la nebulosa de Orión como con muchas otras de nuestra galaxia, que lucen en su mayoría uniformes. En esta región del centro galáctico emergen decenas de filamentos alargados y brillantes, algunos de varios años luz de longitud. Estas estructuras están compuestas por plasma, un gas caliente cargado de partículas.

Definitivamente no esperábamos esos filamentos. “Este descubrimiento ha sido una serendipia

Rubén Fedriani, coauator del trabajo (IAA-CSIC)

“Definitivamente no esperábamos esos filamentos”, indica Fedriani, coautor del estudio. “Este descubrimiento ha sido una serendipia”.

La investigación sugiere que los campos magnéticos tienen un papel crucial tanto en el origen de las estructuras alargadas de Sagitario C como en su formación estelar. En el centro de la galaxia se encuentra Sagitario A*, un agujero negro supermasivo con una masa aproximadamente cuatro millones de veces mayor que la del Sol. El gas que gira a su alrededor estira y amplifica los campos magnéticos cercanos, los cuales, a su vez, moldean el plasma en Sagitario C.

John Bally, profesor del Departamento de Ciencias Astrofísicas y Planetarias en la Universidad de Colorado Boulder, sospecha que otras regiones de formación estelar, como la nebulosa de Orión, parecen mucho más uniformes porque se encuentran en un entorno magnético mucho más débil.

Los científicos han sabido durante mucho tiempo que las regiones más internas de la galaxia son importantes viveros estelares. Sin embargo, algunos cálculos han sugerido que esta región debería estar produciendo muchas más estrellas jóvenes de las que se han observado.

Campos magnéticos del núcleo galáctico

En la Zona Molecular Central, los campos magnéticos podrían ser lo suficientemente intensos como para resistir el colapso gravitacional de las nubes moleculares, limitando la tasa de formación de nuevas estrellas. “Hemos teorizado que todas las regiones de este tipo en el centro de nuestra galaxia presentan una estructura filamentosa debido a los intensos campos magnéticos del núcleo galáctico”, explica Fedrian.“Sin embargo, esta hipótesis deberá confirmarse con futuras observaciones del telescopio James Webb”.

No obstante, el tiempo de Sagitario C podría estar llegando a su fin. Las estrellas de la región ya han dispersado gran parte de su nube molecular, y esta cuna estelar podría desaparecer por completo en unos cientos de miles de años.

“Incluso el Sol, creemos, se formó en un cúmulo masivo como este”, comenta Bally (Universidad de Colorado Boulder). “Con el tiempo, durante miles de millones de años, todas nuestras estrellas hermanas se han dispersado”.

“Es casi el final de la historia”, concluyen los autores de la investigación.