Autor: Emiliano Cantón
Como animales terrestres, los humanos tenemos enorme curiosidad, quizá incluso envidia, por aquellos organismos que pueden ir a donde nosotros no podemos naturalmente. De ahí los deseos de volar, o respirar bajo el agua, o como el tema de este texto: caminar sobre el agua. Aunque en nuestro imaginario colectivo sea milagroso pasearse sobre la superficie de un lago, existen una diversidad de animales que son expertos en ello, y entre ellos no podían faltar insectos.
Cualquiera que haya accidentalmente caído a un cuerpo de agua desde cierta altura podrá atestiguar que, por mucho que el agua sea un fluido, ofrece una sorprendente resistencia a ser perturbada de forma abrupta. Este invisible velo que se rasga al dar un espaldazo en una alberca es conocido como la tensión superficial del agua, y es esta propiedad de los líquidos la que algunos insectos aprovechan para sostenerse mágicamente donde otros se hundirían.
“WaterStriders” de Hunter Desportes, bajo licencia CreativeCommons
Entremos en más detalle. Las moléculas de agua tienen geometría y propiedades que las hacen propensas a interactuar con moléculas de otros compuestos que tengan algún tipo de carga electrostática o eléctrica. Cuando decimos que algo “se moja” nos referimos precisamente a que las moléculas del agua se han adherido a otros compuestos. Aún así, las moléculas del agua prefieren interactuar con ellas mismas. Aunque cada interacción específica entre dos moléculas de agua sea bastante efímera, en un volumen de agua hay tantas moléculas que cuando se pierde una interacción, ésta es inmediatamente reemplazada por otra con una molécula cercana. Ahora, en el límite donde el agua se encuentra con otro compuesto con poca carga como el aire, la denominada interfase, hay un número menor de vecinos idénticos con los cuáles formar interacciones, de tal suerte que las uniones que ya existen serán más fuertes y menos fáciles de reemplazar. Esta red de interacciones más intensas es la tensión superficial.
Imagen tomada de X. Gao. Arriba: microsetas en las patas. Abajo: nanosurcos en las microsetas
Los insectos como los “zapateros” - del género Gerris - aprovechan la tensión superficial al poner un colchón de aire entre las moléculas de su coraza y aquellas del agua. Esto evita que sus patas entren en contacto con las moléculas del agua, las rodeen, y las sumerjan. Para llevar esto a cabo, poseen a lo largo de sus patas diminutos pelos (setas) con surcos que atrapan burbujas de aire, impermeabilizándolas. Estas estructuras son incluso más efectivas para repeler agua que las plumas de las aves. En esencia, las patas de estos insectos están cubiertas de muchísimos globos microscópicos que los mantienen a flote al separarlos del agua.
Para moverse sobre el agua, los zapateros tienen otro truco en su cuerpo. Imagina la tensión superficial como un trampolín. Al pararte sobre el trampolín la malla se deforma pero opone suficiente fuerza para no romperse. Sin embargo, si 6 personas se paran o saltan en la misma zona la probabilidad de que la malla se venza es muy alta. Los zapateros evitan esto al poner los puntos de apoyo de su cuerpo al final de unas patas muy largas en comparación con su cuerpo. Esto distribuye el peso en un área considerable. En conjunto con su elevada flotación e impermeabilización, los zapateros pueden entonces aplicar fuerza con sus patas contra el agua, desplazarse rápidamente en la superficie, y soportar hasta 15 veces su peso sin hundirse.
Estos insectos pertenecen al orden de los hemípteros, al igual que otros insectos de los que hablamos antes (El ataque de los vampiros chupa plantas Parte 1 y Parte 2). A diferencia de sus primos, estos insectos no son herbívoros. Con los dos pares de patas traseras, reman y timonean hacia su presa, la cual sostienen con sus patas delanteras. Después, inyectan sus enzimas digestivas. Los zapateros se pueden alimentar de otros insectos que han caído al agua y no son capaces de salir a flote y nadar. También acechan desde arriba a larvas de mosquito que suben a la superficie a respirar. Digamos que tienen un menú amplio al poder navegar un nicho que para otros es una trampa mortal.
Los zapateros no son los únicos insectos que se desplazan sobre la tensión superficial del agua. El escarabajo de lirio de agua realiza una hazaña formidable: puede “esquiar” a una velocidad equivalente a que un humano nadara a 500 km/h. Este disparo de velocidad es una magnífica forma de escapar o buscar alimento. A diferencia de los zapateros, estos escarabajos no reman contra el agua. Un grupo de investigación del departamento de ingeniería mecánica de Stanford los captó en cámara ultra lenta para descubrirlo: Adoptan una postura parecida a “perro boca arriba” del yoga estirando sus patas delanteras, elevan su cuerpo de la superficie del agua, y después usan sus alas como turbinas para impulsarse. Para estabilizarse, los escarabajos usan las garras en los extremos de sus patas. Esta explosión de movimiento tiene sus desventajas, ya que el aleteo genera mucha turbulencia en la superficie del agua y es muy costoso energéticamente para el insecto.
Los entomólogos, físicos, y científicos en general estudian a los insectos que “caminan” sobre el agua por muchas razones, y no únicamente por curiosidad. La anatomía desarrollada por los insectos para habitar sobre el agua puede ayudar a la creación de materiales impermeables que no requieran recubrimientos químicos. Conocer la dinámica de sus movimientos también puede llevar a la implementación de este conocimiento en dispositivos o vehículos acuáticos más eficientes. Sin embargo, por el momento sólo nos queda envidiar a los zapateros y escarabajos de lirio de agua y fantasear que con poderesmesiánicos caminaremos algún día sobre el agua con la elegancia y facilidad con que ellos lo hacen.
Referencias:
Biophysics: Water-repellent legs of water striders
XuefengGao, Lei Jiang
Nature, 432 (36) 2004.Doi: 10.1038/432036a
Surface tension dominates insect flight on fluid interfaces
HaripriyaMukundarajan, Thibaut C. Bardon, Dong Hyun Kim, Manu Prakash
Journal of Experimental Biology 2016 219: 752-766; doi: 10.1242/jeb.127829
Editores: Ximena Bonilla, Emiliano Cantón