Tras más de 450 millones de años de evolución, los tiburones perfeccionaron una estructura ósea singular, esqueletos de cartílago mineralizado en lugar de hueso. Un reciente estudio liderado por la Universidad Atlántica de Florida (FAU) y publicado en ACS Nano ha desvelado cómo esta arquitectura microscópica dota al tiburón de puntas negras (Carcharhinus limbatus) de una resistencia y flexibilidad excepcionales.
Mediante avanzadas técnicas de nanotomografía de rayos X de sincrotrón y pruebas mecánicas in situ, el equipo analizó el cartílago vertebral de estos depredadores. Los resultados revelan dos regiones principales, el cuerpo calcáreo y el cartílago intermedio. En ambos, las placas mineralizadas se disponen en estructuras porosas, reforzadas por robustos puntales que permiten al esqueleto absorber tensiones en múltiples direcciones, esenciales para la natación continua y veloz de los tiburones.
A escala nanométrica, se observaron cristales aciculares de bioapatita —el mismo mineral que da rigidez a los huesos humanos— alineados con filamentos de colágeno. Esta combinación proporciona al cartílago una sorprendente resistencia, manteniendo la elasticidad indispensable para soportar los potentes movimientos y giros de estos animales.
El estudio halló además estructuras fibrosas helicoidales basadas en colágeno, un diseño natural que previene la propagación de grietas y refuerza el material frente a impactos. Bajo tensión mecánica, las redes de fibras y minerales trabajan en conjunto, distribuyendo la fuerza y evitando fallos catastróficos incluso tras sucesivos ciclos de presión.
“La naturaleza crea materiales extraordinarios mezclando minerales con polímeros biológicos como el colágeno, un proceso llamado biomineralización”, explica Vivian Merk, autora principal. “Los tiburones son un ejemplo sobresaliente, su columna actúa como un resorte que almacena y libera energía. Comprender cómo construyen esqueletos tan resistentes y adaptables puede inspirar la próxima generación de materiales avanzados.”
En los experimentos, tras un ciclo de presión aplicada, las vértebras microscópicas solo mostraron fracturas después de una segunda ronda, y estas se concentraron en un plano mineralizado. Esto indica una notable capacidad de absorción de daños, un principio valioso para la ingeniería de materiales resistentes a impactos.
Para la coautora Marianne Porter, “descifrar la nanoarquitectura del cartílago de tiburón permite aprender de la evolución biológica para crear soluciones innovadoras en biomedicina e industria. El modelo natural de los tiburones ofrece claves para desarrollar implantes médicos y equipos deportivos o industriales de alto rendimiento”.
El tiburón de puntas negras es un nadador ágil y veloz, capaz de saltar fuera del agua durante la caza. Sus esqueletos, modelados durante cientos de millones de años, encarnan la combinación perfecta entre rigidez y flexibilidad, atributos vitales para su supervivencia y dominio en los océanos.
La investigación, desarrollada con colaboración internacional (DESY, NOAA Fisheries), subraya el valor de la interdisciplinariedad, ingenieros, biólogos y científicos de materiales han unido fuerzas para descifrar la “sharkitecture”, sentando las bases para una nueva generación de materiales inspirados en la naturaleza.
