Durante siglos, los cuernos de unicornio plagaron las exóticas colecciones y los gabinetes de curiosidades de la nobleza y la burguesía renacentistas. Machacando estas extrañas piezas, también creían obtener un polvo para combatir envenenamientos. A comienzos de nuestra era, Plinio el Viejo describió en su famosa Historia Natural al monoceros, un ser con cuerpo de caballo y un cuerno en la frente. Y no se puso en cuestión su existencia hasta el siglo XVII, cuando se describió el cráneo de un animal marino con un enorme “cuerno” helicoidal. Los efectos (fueran cuales fuesen) del tradicional “polvo de unicornio” y de este resultaron ser los mismos, lo que levantó sospechas. Hace tiempo que sabemos que se trata del narval, un esquivo cetáceo emparentado con las belugas, pero la ciencia aún lo estudia fascinada cuando uno de estos gigantes colmillos cae en sus manos.
Un estudio descifra la alargada espiral que emerge del cráneo de estos unicornios marinos, formada por dos capas dentales que crecen en sentidos opuestos y le confieren gran resistencia
Durante siglos, los cuernos de unicornio plagaron las exóticas colecciones y los gabinetes de curiosidades de la nobleza y la burguesía renacentistas. Machacando estas extrañas piezas, también creían obtener un polvo para combatir envenenamientos. A comienzos de nuestra era, Plinio el Viejo describió en su famosa Historia Natural al monoceros, un ser con cuerpo de caballo y un cuerno en la frente. Y no se puso en cuestión su existencia hasta el siglo XVII, cuando se describió el cráneo de un animal marino con un enorme “cuerno” helicoidal. Los efectos (fueran cuales fuesen) del tradicional “polvo de unicornio” y de este resultaron ser los mismos, lo que levantó sospechas. Hace tiempo que sabemos que se trata del narval, un esquivo cetáceo emparentado con las belugas, pero la ciencia aún lo estudia fascinada cuando uno de estos gigantes colmillos cae en sus manos.
En lugar de morteros para extraer sus mágicas propiedades, ahora los científicos emplean sofisticadas técnicas de imagen para asomarse al interior del diente de Monodon monoceros. Investigan sus cualidades moleculares con un propósito más prosaico: comprender la formación de una protuberancia tan improbable. “Cuando los colegas del Instituto de Ciencias Naturales de Groenlandia nos ofrecieron las piezas de narval, no nos planteamos rechazar la oportunidad de estudiarlo”, asegura Adrián Rodríguez-Palomo. Este ingeniero de materiales de Getafe pasó por Suecia, Dinamarca y Francia, desde donde atiende a EL PAÍS, colaborando con un equipo multidisciplinar que hoy desvela en Nature Communications la estructura microscópica que confiere la forma de recta y espiral a este colmillo único en el mundo animal.
“El narval es, que sepamos, el único animal con colmillos que solo tiene uno, el izquierdo, que crece recto y siempre gira hacia la izquierda”, explica el primer autor del artículo. Gracias a la combinación pionera de múltiples técnicas de imagen 2D y 3D, mapearon desde la nanoescala hasta la macroscópica la estructura de esta pieza que alcanza los dos o tres metros, solo está presente en los machos y en rarísimas ocasiones tiene un par derecho, que también gira a la izquierda cuando existe, rompiendo la simetría que reina en los seres bilaterales, como nosotros.
Se lanzaron al proyecto sin saber lo que encontrarían, pero con una pregunta clara: por qué el colmillo del narval gira hacia la izquierda, cómo se disponen a escala microscópica sus componentes, nanopartículas de colágeno cristalizado con fosfato de calcio, para dar lugar a la espiral apreciable a simple vista. Pero, al principio, no se creían lo que encontraron. “Cuando juntamos los cuatro experimentos iniciales, lo primero que pensamos es que habíamos cometido algún error”, relata Rodríguez-Palomo sobre el principal hallazgo: mientras la capa de cemento dental crecía en espiral hacia la izquierda, la capa contigua de dentina, más interna y mucho más gruesa, presentaba el giro hacia la derecha.
La incredulidad les obligó a reanalizar todos los datos y retrasar el proyecto. “En volumen de datos teníamos cerca de 40 o 50 terabites de información y nos llevó varios meses volver a procesar todo para asegurarnos de que no nos equivocábamos en nada esta vez”, continúa explicando el investigador. Pero la doble hélice de sentidos opuestos volvía a aparecer. “Entonces, tuvimos una reunión de pánico Marianne, Henrik, otro compañero y yo”, rememora. Necesitaban cuantos más ojos mejor para disipar toda duda acerca de su descubrimiento. “Nos lo tuvimos que creer porque todo estaba bien, pero nunca lo habríamos imaginado”, admite el investigador.
El necesario crecimiento en espiral
Henrik Birkedal es uno de los autores principales del estudio y destaca lo importante que ha sido contar con Adrián en el proyecto, en el que han trabajado mano a mano químicos, expertos en materiales y en técnicas de imagen. También han participado biólogos, expertos en estos animales marinos, de 4 a 5 metros de envergadura sin contar con el colmillo, y que habitan los océanos Ártico y Atlántico norte. “Llevó tiempo formar un grupo así, pero es el que nos ha permitido fusionar una cuestión clásica de la química orgánica, por qué algunas moléculas giran hacia la izquierda y otras hacia la derecha, con lo que nos interesa en mi grupo, los materiales biológicos ‘extraños”, explica el químico de la universidad de Aarhus (Dinamarca).
Este equipo ha extraído una importante conclusión: “No debemos subestimar el poder de los pequeños cambios que se repiten muchas, muchas veces”, explica Birkedal. Con sus métodos han visto cómo es posible que una estructura que crece en espiral resulte en una pieza absolutamente recta, evidenciando cómo la naturaleza, en su imparable evolución, resuelve casi todos los problemas que se encuentra. Durante el crecimiento constante de la raíz de un diente en la mandíbula, es muy difícil que todas las células pongan tejido exactamente a la vez y en la misma proporción, así que una solución es hacer que gire. “Aplicamos ese principio en el disparo de proyectiles, como las balas, pero también lo vemos en las plantas que tienen que crecer rectas”, señala Birkedal.
Una protuberancia tan grande, que crece durante toda la vida del narval macho, tiene que hacerlo así de recta para no ser un lastre en el agua. “Moverte con una cosa que es la mitad de la longitud de tu cuerpo puede ser un problema, imagínate nadar con un brazo siempre extendido hacia un lado”, apunta Rodríguez-Palomo. Y la doble hélice de giros opuestos resuelve otro reto de la resistencia del agua. “Es una estructura sometida todo el tiempo a una flexión y se rajaría si la dirección de sus fibras fuese recta, como cuando partimos un puñado de espaguetis sin cocinar”, explica el ingeniero de materiales. Por eso, continúa, tampoco sirve que todos sus componentes giren en la misma dirección. “Así construimos también los molinos eólicos o las pértigas de atletismo, con capas en distintas direcciones para que se doblen sin partirse”, concluye.
Anillos de crecimiento, como los árboles
Pero eso no es todo lo que han visto mediante esta combinación única de múltiples y avanzadas herramientas de imagen. Analizando tanto las “rebanadas” en 2D del colmillo, obtenidas por tomografía tensorial, como la disposición 3D de sus componentes gracias a diversas técnicas de rayos X en los sincrotrones grandes aceleradores de partículas— DanMAX (Suecia) y el Europeo (Francia), muestran que el colmillo del narval presenta anillos de crecimiento como los de los árboles.
Esto se había visto antes, pero ellos están comprobando que las propiedades minerales cambian en cada capa. “Esto debe significar que su proceso de formación depende de la época del año y se podría explicar por las migraciones estacionales de los narvales”, revela Birkedal. Aún lo siguen estudiando, pero creen que puede estar relacionado con cambios en los patrones de la dieta, combinados con variaciones en la velocidad de crecimiento del colmillo en distintos momentos del año.
La naturaleza llegó antes a soluciones ingeniosas
Es la primera vez que se observa una estructura natural tan grande que siga este patrón de crecimiento que le otorga tanta resistencia, como un contrachapado a escala nanométrica o micrométrica, que está presente en otros tejidos, como nuestros huesos o en la celulosa que compone la madera. Esta misma estrategia la llevamos empleando los humanos solo unas décadas. “Nos pensábamos que esta idea genial era cosa nuestra porque no habíamos visto que la naturaleza ya lo hacía mucho antes que nosotros”, comenta Rodríguez-Palomo.
Y Birkedal también le concede todos los créditos a la vida que nos precedió, fascinado de haber comprobado cómo los tejidos biológicos “organizan sus componentes en estructuras específicas que les otorgan propiedades muy optimizadas”. El químico confía en que su trabajo permita avanzar en el diseño de estructuras e impresiones en 3D que combinen propiedades materiales de maneras tan eficientes como las que otorgan su resistencia al colmillo del narval.
“Hay mucho interés en intentar reproducir artificialmente estructuras de la naturaleza que nos sean útiles a nosotros”, explica Rodríguez-Palomo, que lleva años interesado en lo que se conoce como materiales “bioinspirados”. El investigador está bastante convencido de que en un futuro se podrán reproducir las propiedades mecánicas “súper especiales” del colmillo del narval. Para él, estos casos son una prueba de cómo la naturaleza es buena en eso de validar ideas humanas, como cuando creemos que una nueva estructura puede funcionar. “Si ella lleva millones de años haciéndolo, merece la pena seguir explorando en esa dirección”, concluye.
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