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Los gusanos de terciopelo, también conocidos como onicóforos o peripatos, tienen una apariencia similar a la de las orugas, aunque estos viven bajo troncos podridos, piedras, musgo, hojarasca, grietas en el suelo o túneles de hormigas o termitas del trópico o de zonas templadas.

“Antes estaban por todo lado, incluso en San José (capital de Costa Rica). Mi papá me cuenta que él los veía en Aserrí, donde vivía. Lastimosamente ya casi no hay y son extremadamente difícil de encontrarlos”, comentó Yendry Corrales, química e investigadora del Laboratorio Nacional de Nanotecnología (LANOTEC) del Centro Nacional de Alta Tecnología (CENAT), dependencia del Consejo Nacional de Rectores (CONARE).

Precisamente, uno de esos gusanos de terciopelo captó la atención de Corrales por la sustancia transparente y viscosa que segrega cuando caza sus presas. Esa goma, elástica en un inicio, se transforma rápidamente hasta convertirse en una clase de vidrio.

Tras los análisis de laboratorio, esa baba de Epiperipatus hilkae resultó ser un material biológico muy resistente, el cual podría inspirar el diseño de nuevos adhesivos para aplicaciones médicas, bioelectrónicas, textiles e incluso cosméticas.

“La secreción contiene varias sustancias de alto potencial comercial y biotecnológico: proteínas adhesivas de estructura inferior, moléculas que pueden reconocer azúcares (lectinas), surfactantes, polifenoles y péptidos con propiedades antimicrobianas potenciales.

”La composición general de la baba ha sido caracterizada: está compuesta en un 90% de agua y 10% de proteínas, carbohidratos y lípidos. Pequeños péptidos también están presentes en la secreción adhesiva”, se lee en el artículo publicado por Corrales y su equipo en la revista Materials Research Express.

La experta en química lo explica en palabras más simples: “podríamos desarrollar un bioadhesivo que permita cerrar una herida en la piel, por ejemplo. Como las proteínas en esta secreción se estiran y se encogen, eso le permitiría a la persona moverse sin miedo a que se abra la herida o a sentir dolor”.

La nanotecnología le permite a la investigadora entender la composición de la goma y el mecanismo de secreción, pero este es tan solo uno de los muchos estudios que se realizan en LANOTEC a partir de la utilización de la biodiversidad costarricense como fuente de inspiración para desarrollar nuevos materiales de uso cotidiano.

Esta rama de la ciencia se conoce como biomimética, aunque y a consecuencia del trabajo del LANOTEC, se empieza a posicionar un nuevo nombre, aún más específico: nanobiodiversidad.

“Definimos el estudio de las nanoestructuras extracelulares como nanobiodiversidad, un concepto unificador que enfatiza la inspiración que ofrece la vida a escala nanométrica, no solo para el diseño de nuevos materiales sino también para su comprensión”, se lee en un artículo científico publicado en el Journal of Renewable Materials y firmado por Felipe Orozco, Brian Alfaro, Carolina Villalobos, Angie Sánchez, Francisco Bravo, Orlando Argüello, José Roberto Vega y la propia Corrales.

Esas nanoestructuras extracelulares son el resultado de millones de años de evolución en los que los organismos han desarrollado adaptaciones para interactuar con el entorno y estas, precisamente, ocurren a escala nanométrica (un nanómetro equivale a la millonésima parte de un milímetro).

Eso es a lo que se aboca el LANOTEC, y los asistentes al I Congreso Latinoamericano sobre Sostenibilidad, Ecología y Evolución (SEE), que se realizará del 26 al 29 de setiembre del 2018 en Parque Viva (La Guácima, Costa Rica), tendrán la oportunidad de visitar este laboratorio en el marco de las giras técnicas.

SEE busca posicionarse como un espacio de encuentro para latinoamericanos donde se puedan compartir lecciones aprendidas y se promuevan sinergias para impulsar la sostenibilidad desde el sector privado, académico y gubernamental.

LatinClima está apoyando el congreso desde la curaduría de la agenda académica, la cual incluirá contenido en seis ejes temáticos: Agricultura, Cambio Climático, Conservación, Transición Energética, Turismo Sostenible, Urbanismo & Transporte.

El diseño de la naturaleza

En el 2016, LANOTEC empezó a incursionar en biomimética desde la nanotecnología. “El proyecto nació por una necesidad de cómo ir utilizando los nichos de ciencia que tiene el país y que están relacionados con la biodiversidad. A nivel mundial, sobre todo en países de más alto nivel científico y tecnológico, se están haciendo estudios de materiales de origen natural y nosotros, en Costa Rica, teniendo tanta biodiversidad a la mano, nos dimos a la tarea de incursionar en esos estudios”, comentó José Roberto Vega, quien es el director de LANOTEC.

En el mundo, las nanoestructuras extracelulares (ENS, por sus siglas en inglés) no han sido tan estudiadas como las intracelulares. Las ENS han sido más bien tema ocasional en biología de tejidos y taxonomía. De hecho, los nanopatrones en superficies biológicas fueron explorados principalmente por biólogos en un esfuerzo por encontrar diferencias estructurales que pudieran ayudarlos a la hora de clasificar especies.

En el caso de LANOTEC, las primeras investigaciones se enfocaron en el estudio de las alas de mariposa y las plumas de las aves. Compararon sus resultados con los ya publicados por investigadores en el extranjero, con el fin de ver si existían variaciones en las ENS, por tratarse de especies del trópico.

Unos estudios se enfocaron en el color estructural, causado por matrices de estructuras nanométricas que manipulan la luz a partir de la difracción, dispersión, absorción o reflexión de la radiación electromagnética.

De esta forma, los científicos identificaron las nanoestructuras responsables de la coloración cobriza del colibrí Elvira cupreiceps. “El mecanismo consiste en una matriz de queratina - β con capas de plaquetas de melanina micrométricas que contienen cavidades de aire nanométricas. A medida que la luz pasa a través de la  bien ordenada matriz de cavidades nanométricas, se refracta, produciendo un color muy diferente del que se mostraría con el pigmento de melanina solo”, reseñaron en el artículo publicado en el Journal of Renewable Materials.

Imagínese materiales para confeccionar ropa que estén inspirados en este mecanismo nanométrico o recubrimientos como pinturas. 

Los investigadores también estudiaron la hidrofobia en algunas especies de plantas. El helecho acuático Salvinia, por ejemplo, presenta una superficie hidrofóbica general debido a la presencia de ENS en forma de cristales de cera, pero los parches hidrófilos además cubren los tricomas vegetales especializados.

“Esto crea una superficie de doble capa: una región hidrofílica en la parte superior de los tricomas y la superficie hidrofóbica de la hoja. Tal configuración aumenta la energía requerida para que el agua humedezca toda la estructura. De esta manera, la superficie de la hoja se vuelve superhidrófoba y se forma una capa de aire estable bajo la región hidrofílica cuando el helecho está bajo el agua”.

¿Útil para recubrimientos de barcos, quizá?

Para conocer más sobre propiedades nanomecánicas se estudiaron a las arañas, particularmente su tela. Se compararon diferentes taxones y los investigadores encontraron que la araña Argiopes sp produjo una seda significativamente más fuerte y, por lo tanto, más dura que otros arácnidos.

“Lo que nosotros hacemos es estudiar la nanoestructura y copiarla. No necesitamos extraer especimenes de la naturaleza, lo que nosotros hacemos es copiar sus características y replicarlas en otros materiales”, explicó Vega.

Finalizada esa etapa exploratoria con aves e insectos, LANOTEC se abocó a estudiar al gusano de terciopelo y los ecosistemas de manglar. Sobre este último, Corrales manifiesta que, “mediante el entendimiento del mecanismo filtrador, en un futuro se podría modelar un sistema similar para descontaminación de agua”.

En otras palabras, esas nanoestructuras darían pie al diseño de nuevos filtros de purificación que podrían instalarse en plantas de tratamiento de aguas residuales.

“Los manglares actúan como los riñones en el cuerpo humano. Captan todas las aguas sucias que llegan a las costas a través de los ríos y las mareas, filtran y purifican. Ese proceso de filtración podría ser de interés a futuro”, destacó Vega.

Evolutivamente, organismos como bacterias y microplantas que viven en los sedimentos, así como las raíces, el tronco y las hojas del mangle, han establecido una estrecha interacción que les permite adaptarse rápidamente a condiciones extremas. “El manglar ha aprendido a descontaminar sus aguas rápidamente y en condiciones donde hay cambios de mareas, salinidad, temperatura, realmente sobreviven en un ambiente muy turbulento”, explicó Corrales. 

Potencial en Latinoamérica

Laboratorios similares al LANOTEC se encuentran en Colombia, Brasil, Argentina y México.

En el caso de Costa Rica, Vega considera que existe un gran potencial de investigación en pro de nuevos materiales, ya que el 5% de la biodiversidad mundial está representada en este territorio centroamericano de 51.100 kilómetros cuadrados.

De hecho, y según el director del laboratorio, la nanotecnología viene a valorizar los esfuerzos de conservación que el país ya ha realizado. “Lo que falta ahora son recursos para realizar la ciencia necesaria para aprovechar esa inversión que ya se hizo en conservación”, comentó Vega.

Asimismo, el investigador agregó: “la ciencia y la tecnología nos puede sacar del tercermundismo. Eso es lo que falta que los países latinoamericanos entiendan. No solo falta creérselo, sino también invertir”.

Para Vega, el producto de esa investigación en nanobiodiversidad puede derivar en patentes que retribuyan a los países su inversión en conservación e investigación. “En el campo de la biomimética se abre una oportunidad en este sentido”, dijo.

* El Centro Nacional de Alta tecnología (CENAT) es uno de los destinos contemplados en las giras técnicas del I Congreso Latinoamericano sobre Sostenibilidad, Ecología y Evolución (SEE), por realizarse del 26 al 29 de setiembre del 2018 en Costa Rica. José Roberto Vega-Baudrit también será uno de los expositores. Más información en: www.costaricasee.com