Cómo las polillas crean capas de invisibilidad que evitan la detección de depredadores usando Biosonar

Investigadores de la Universidad de Bristol y Diamond Light Source han descubierto cómo las polillas crean una poderosa capa de sigilo que evita la detección por biosonar. Este trabajo (Adaptaciones urbanas bioinspiradas: lo que los insectos pueden enseñarnos sobre cómo lidiar con el ruido) fue dirigido por el profesor Marc Holderied, profesor de biología sensorial, ecologista sensorial y bioacústico.

Ha dedicado más de 20 años al estudio de los murciélagos y su extraordinaria habilidad para navegar y atrapar presas mediante la ecolocalización. Tirant les leçons d’une cape furtive anti-écholocation qu’il a découverte dans le monde des insectes, il s’est maintenant lancé dans une mission de développement d’absorbeurs de son bio-inspirés pour aider à rendre le monde plus silencieux et mas sano.

Al aprovechar las ingeniosas propiedades de las alas de las polillas, es posible crear un absorbente de sonido que proporcione una alta absorción con un volumen mínimo. El objetivo es mejorar las condiciones de vida, ya que estos absorbentes de sonido inspirados en polillas pueden ser un 90 % más delgados y livianos que las soluciones existentes, poniendo al alcance de su mano materiales exóticos como papel tapiz que absorbe el sonido.

El profesor Holderied explica: “La evolución de la ecolocalización de los murciélagos y cómo otros organismos responden a ella ha sido el foco de mi trabajo. Mi equipo y yo estudiamos cómo los organismos desarrollaron ecolocalizaciones que responden a sus necesidades. Así como la mayoría de las flores usan el color para atraer a sus insectos y pájaros. polinizadores, hemos descubierto que las flores polinizadas por murciélagos dispersan el equivalente acústico del color en sus ecos florales. Examinamos cómo los insectos nocturnos sin orejas pueden confiar en el camuflaje acústico contra los murciélagos, lo que demuestra la compleja carrera armamentística acústica entre depredador y presa”.

Un hallazgo emocionante de la investigación del profesor Holderied gira en torno a la notable adaptación de las polillas, en particular las polillas de seda. Estos insectos voladores nocturnos carecen de los mecanismos defensivos más típicos, como oídos sensibles al ultrasonido, y confían únicamente en el camuflaje acústico proporcionado por sus cuerpos peludos y la fina capa de escamas superpuestas en sus alas. .

Quitar el pelaje o las escamas hace que sus ecos sean más fuertes. Esto significa que el pelaje y las escamas absorben los sonidos que utilizan los murciélagos, creando una poderosa capa de sigilo contra la detección de biosonar y una fascinante defensa acústica.

“Además”, explica el profesor Holderied, “encontramos que la fina capa de escamas superpuestas en sus alas también actúa como un metamaterial acústico, el único conocido en la naturaleza, con propiedades excepcionales de absorción de sonido. El descubrimiento tiene un tremendo potencial para reproducir este excepcional absorbente de sonido natural en aplicaciones de control de ruido que puede beneficiar a todos”.

Reconociendo el impacto significativo del ruido en la salud humana, particularmente en entornos urbanos, el proyecto Enterprise Fellowship del profesor Holderied tiene como objetivo desarrollar una solución comercial para el control del ruido bioinspirado. El ruido urbano es el segundo mayor riesgo ambiental para la salud, lo que genera efectos negativos significativos para la salud y genera costos sustanciales.

La obtención de imágenes de alas de polilla en Diamond Light Source, el sincrotrón nacional del Reino Unido, ha desempeñado un papel crucial en el descubrimiento de la estructura micro y nano de este metamaterial acústico natural que crea sus propiedades acústicas emergentes.

El profesor Christoph Rau, investigador principal de Beamline en Diamond, agrega: “Recientemente fuimos pioneros en la obtención de imágenes psicográficas para revelar cómo la nanoporosidad mejora aún más el rendimiento acústico de las alas de las mariposas. El estudio tridimensional de las mariposas en diferentes niveles de detalle juega un papel crucial. proporcionando una comprensión de la relación entre la estructura y sus propiedades acústicas. Las propiedades de absorción de sonido de las escamas de la mariposa torácica pueden absorber aproximadamente dos tercios de la energía del sonido emitida por su depredador, el murciélago, y aumentar considerablemente la la capacidad del insecto para sobrevivir.

Para este estudio se utilizó la rama I13-2 Diamond-Manchester, donde con tomografía de contraste de fase lineal se exploraron los detalles más pequeños de las estructuras, brindando datos clave para las simulaciones acústicas. Este trabajo se está ampliando actualmente para estudiar las propiedades acústicas y estructurales de las alas.

La arquitectura del ala es extremadamente delgada, por lo que se requiere una resolución a nanoescala, lo que vincula el diseño del ala con la capacidad de absorción del sonido. La segunda rama de la línea de luz I13, la rama de coherencia I13-1, proporciona capacidades de imagen con la resolución espacial más alta. Con un método llamado pticografía, el patrón de ondas de luz de rayos X dispersados ​​se reconstruye y no está limitado por la resolución de los detectores o la óptica de rayos X.

Esto proporciona una capacidad de imagen de alta resolución sin precedentes necesaria para la simulación de simulaciones acústicas en lo que sigue. Kudakwashe Jakata, científico sénior de apoyo, que recientemente se unió al equipo I13 para realizar análisis y adquisición de datos, dice: “Los datos de alta resolución son realmente impresionantes por su calidad”.

En general, las capacidades multiescala de la línea de luz I13 para obtener imágenes y coherencia brindan un enfoque holístico para identificar y comprender las diferentes estructuras que absorben el sonido, protegiendo a las polillas de sus depredadores.

Más allá de la lucha contra el ruido, el profesor Holderied insiste en el papel crucial de la biodiversidad y la necesidad de defender a cada organismo que comparte nuestro hábitat. Los insectos, incluidas las polillas, son una parte integral de los ecosistemas, aportan estabilidad y soportan ingeniosas adaptaciones. La pérdida de biodiversidad disminuye nuestras posibilidades de descubrir y aprender acerca de los extraordinarios inventos de la naturaleza. Al fomentar la conciencia y la apreciación de la diversidad de la vida, podemos garantizar una coexistencia armoniosa con el mundo natural.

El trabajo del profesor Holderied sobre absorbentes de sonido bioinspirados destaca el inmenso potencial de las adaptaciones de la naturaleza para resolver problemas de salud complejos. Él cree que al adoptar las enseñanzas de la naturaleza, podemos desbloquear una multitud de soluciones para un mundo más sostenible y armonioso.