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Las asombrosas alas de la cigarra

La química y la física se conjugan para dotar a este insecto de unas alas con propiedades especiales.

Las alas de las cigarras son hidrófugas y bactericidas. [CHARLES FLOYD/ALAMY]

La naturaleza sirve de fuente de inspiración para la ingeniería. Un ejemplo: hace tiempo que las alas de las cigarras (cicadélidos) asombran a los especialistas por sus propiedades hidrófobas y antimicrobianas, unos rasgos que interesaría reproducir en productos manufacturados. Pero estudios previos en que se extraían por completo las sustancias de la superficie de las alas a veces las dañaban y brindaban una visión incompleta del modo en que dichas sustancias interactúan con la estructura de estos apéndices. Ahora, en un nuevo estudio se ha analizado el recubrimiento alar de las cigarras capa a capa, lo que ha revelado una interacción compleja entre la conformación física y la química.

Se han estudiado dos especies de cigarra que poseen en las alas un patrón muy ordenado de minúsculas estructuras en forma de cono llamadas nanopilares. Trabajos precedentes habían sugerido que los nanopilares contribuyen a la capacidad para repeler el agua y al efecto microbiocida.

Para no dañarlas, el equipo probó con la extracción facilitada por microondas, un método hasta entonces inédito en alas intactas de insectos, afirma Jessica Román-Kustas, química analítica en los Laboratorios Nacionales Sandia. Román-Kustas es una de las autoras del novedoso estudio, publicado el pasado abril en Advanced Materials Interfaces. El método consiste en calentar y enfriar las alas bañadas en cloroformo y metanol, y en analizar las capas de sustancias conforme estas afloran. «Pasamos días enteros sentados ante el microondas, con un cronómetro y un ordenador», explica.

En ambas especies de cigarra, los investigadores descubrieron que la composición química de los nanopilares es importante para mantener la integridad estructural. «Cuando se eliminan las capas externas [de sustancias] de los nanopilares, estos se acortan y se arquean», asegura Marianne Alleyne, bióloga en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y una de las artífices del estudio.

En la cigarra anual Neotibicen pruinosus, este efecto wilting resultó aún más acusado y al inicio redujo la hidrofobicidad de las alas, si bien recuperaron parte de esa capacidad a medida que se eliminaron más sustancias. La actividad bactericida realmente aumentó al eliminar las primeras capas, pero volvió a disminuir de nuevo conforme se extrajeron más sustancias. El equipo halló que la cigarra Magicicada cassinii, cuyos adultos emergen cada 17 años y poseen nanopilares más cortos, tiene en la superficie alar compuestos que parecen tener propiedades bactericidas por sí solos, lo que apunta a que esta especie confía más en la composición que en la estructura para matar los microbios.

«Está claro que cada capa cumple un cometido distinto y la posibilidad de escrutar una capa en concreto es muy importante si se quiere desentrañar cómo condiciona la composición química las propiedades físicas generales», aclara Terry Gullion, fisicoquímico de la Universidad de Virginia Occidental, que no ha participado en el estudio.

Averiguar cómo influyen los compuestos químicos en la estructura ayudará a los ingenieros de materiales a fabricar productos mejores. «Con el conocimiento básico acerca de la interrelación entre la estructura física y la composición química podremos diseñar nuevos materiales con mayor racionalidad, seleccionando la conformación y la composición en función de lo que hemos observado en la naturaleza», concluye Alleyne.

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