La Goma Geco de Dios

Por más de dos milenios, el geco ha sido tema de curiosidad, miedo y asombro. En el folclor de algunas culturas, se cree que los gecos contienen valor medicinal si se los seca, cocina y come. Aunque otros les temen, sospechando que su mordida es altamente venenosa e incluso mortal. Afortunadamente para los muchos niños que han pasado su tiempo libre y energía atrapándolos, estos no son venenosos ni dañinos, en cambio provocan que los niños produzcan un chillido de placer cuando se mueven en sus manos. Se pueden encontrar registros de estas criaturas sorprendentes que datan de tiempos antes de Cristo. En su manuscrito, Historia Animalium, escrito en el 350 a.C., Aristóteles mencionó a estas criaturas curiosas al menos cinco veces. También describió a otra criatura similar al decir, “Esta puede correr arriba y abajo de un árbol en cualquier manera, incluso con la cabeza hacia abajo, como la lagartija geco” (Aristóteles, s.d.). La habilidad superior que el geco tiene para trepar y agarrarse ha llegado a ser su marca registrada—su característica que le define. Se le ha descrito como “uno de los más grandes reptiles trepadores del mundo” (vea “Científicos Desafían…”, 2003), y la “envidia de cualquier alpinista serio” (Pennisi, 2000, 258:1717). Sin embargo, como un alpinista depende de su equipo, así también el geco puede lograr sus hazañas extraordinarias al usar un “equipo” intrigante.

El geco es un cuadrúpedo, i.e., camina en cuatro patas. Este es un factor importante ya que todo lo que esta criatura requiere para escalar los obstáculos debe residir en sus patas. ¡Y las patas del geco son muy elegantes! Realmente son una obra de precisión detallada. Sus dedos omni-direccionales le proveen el soporte necesario para ascender una pared vertical sin temor a caer. Las patas y dedos están subdivididos en partes llamadas lamelas, que son láminas superpuestas en forma de lóbulos. En cada lamela existen muchas estructuras diminutas en forma de pelos, llamadas cerdas, las cuales le otorgan la textura fina que nuestros sentidos humanos pueden observar fácilmente. Como el pelo de la mayoría de animales, las cerdas son de composición queratinosa. Kellar Autumn y sus colegas señalaron: “El microscopio ha mostrado que la pata del geco tiene aproximadamente quinientos mil pelos o cerdas queratinosas. Cada cerda de 30-130 µm de largo es solamente una-décima de diámetro de un cabello humano” (2000, 405:681). En promedio, las cerdas están organizadas con una densidad de superficie de alrededor de 5,000 cerdas por milímetro cuadrado. Cuando comprara esta cifra con la piel de la nutria marina, la cual tiene una de las densidades de pelaje más alta en el reino animal (aproximadamente 1,000 por milímetro cuadrado), es muy aparente la complejidad al considerar la magnitud total. No obstante, esto es solo el comienzo de la complejidad del equipo remarcable del geco. Al investigar más allá de los confines ópticos de la luz, los investigadores han descubierto el secreto escondido de la pata del geco. Usando microscopios electrónicos, los científicos han aprendido que, adheridos al final de cada cerda diminuta, hay cientos de proyecciones minúsculas en forma de cilios. Estas proyecciones son más pequeñas que una longitud de onda de luz, haciendo que sea imposible detectarlas con equipo óptico en el nivel visible (i.e., alrededor de 400 a 700 nanómetros). Además, las proyecciones terminan en estructuras en forma de paletas, llamadas adecuadamente espátulas (Autumn, et.al., 405:681). Sin estas estructuras sumamente complejas, el geco sería relegado a una vida no-interesante en el suelo.

Finalmente, conociendo la anatomía que el geco ha estado usando para mantener su nivel de esplendor, los científicos entonces han investigado el mecanismo fisiológico fundamental de las hazañas del geco—hazañas que permiten que el animal desafíe aparentemente la gravedad. Las investigaciones pasadas en cuanto a la habilidad del geco para trepar han producido una multiplicidad de hipótesis acerca de la adhesión. Los científicos han tomado estas hipótesis previas y han reanalizado sus conclusiones a la luz de los descubrimientos recientes. Una de las proposiciones recientes indicaba que el geco usaba alguna forma de succión entre las plantas de sus patas y la superficie que atravesaba. La salamandra es un ejemplo de este mecanismo en función. Al realizar pruebas para demostrar succión, los científicos cambiaron la presión del ambiente de los sujetos, tanto de la salamandra y del geco. Si se usaba succión, entonces se afectaría la efectividad de la adherencia. Tanto el incremento y la disminución en la presión confirmaron que el mecanismo que el geco usa no depende en alguna forma de succión. Una segunda hipótesis que se propuso fue que el geco usaba estructuras de micro-interconexión que funcionaban juntamente con la fricción para lograr adherencia y movimiento. La cucaracha ubicua es un ejemplo funcional de este método. Este insecto utiliza púas diminutas en sus patas para agarrarse de las desigualdades en la superficie. Sin embargo, al colocar al geco en una superficie lisa (una con menos o igual a 2.5 nanómetros en variación y con bajo coeficiente de fricción), el geco continuaba sus hazañas, firmemente ante el cambio. Una tercera hipótesis propuesta fue la adhesión por secreción. En la naturaleza, existen varias criaturas, tales como la babosa y el caracol, que usan secreción de sustancias parecidas a la goma, como es claramente aparente por el residuo pegajoso que dejan en su camino. Pero como Autumn y sus colegas señalaron, esto sería extremadamente difícil para el geco, ya que “las lagartijas no tienen glándulas de piel en sus patas” (405:683). Una cuarta hipótesis propuso que se produce una atracción electrostática entre la superficie y el geco. Con un poco de simplificación excesiva, esto se puede comparar a la “adhesión estática” que se produce a causa del frote constante en un ambiente caliente y seco (como en el caso de la ropa secada por una secadora). No obstante, se probó a través de un proceso mucho más técnico (e.g., rayos-x) que esta proposición no tiene que ver con la locomoción del geco.

La extensa lista de hipótesis inválidas que se ha sugerido para revelar el secreto del geco demuestra la complejidad de su anatomía. Más recientemente, los científicos han propuesto, basándose en la eliminación de otras posibilidades y en concordancia con descubrimientos estructurales muy recientes, que el secreto de la sorprendente adhesión seca del geco yace en fuerzas intermoleculares microscópicas conocidas como las fuerzas van der Waals.

Johannes Diderik van der Waals, un científico holandés que vivió a finales del siglo XIX y comienzos del siglo XX, trabajó en establecer la relación entre la presión, el volumen y la temperatura de líquidos y gases. Durante su estudio, vio la necesidad de incluir los efectos de fuerzas entre moléculas adyacentes. Cuando los gases se enfrían (atrasando su movimiento cinético), comienzan a agruparse y, dada la oportunidad, forman líquidos y finalmente sólidos. Por ende, van der Waals propuso que cada molécula experimenta alguna fórmula de atracción molecular con el material contiguo (vea “Johannes Diderik…”, s.d.). Estas fuerzas intermoleculares son insignificantes en distancias relativamente grandes, siendo reducidas por otras fuerzas (e.g. la gravedad y el electromagnetismo). Sin embargo, en distancias moleculares muy cercanas, las fuerzas van der Waals llegan a ser muy cruciales.

Dentro de cada átomo (y por ende en cada molécula) hay partículas cargadas eléctricamente, conocidas colectivamente como partículas subatómicas. Las partículas cargadas negativamente son los electrones; las partículas neutrales son llamadas neutrones; y las partículas cargadas positivamente son los protones. Los protones están empacados juntos, y forman el núcleo del átomo. Los electrones “orbitan” alrededor del núcleo, creando un área conocido como la nube de electrones. En el nivel subatómico, una distancia grande separa al núcleo de la nube de electrones. Se puede representar por una ilustración la distancia relativa. Considere un estadio de fútbol americano. Si los asientos más altos fueran la nube de electrones, entonces el núcleo sería del tamaño de una pelota de ping pong colocada en la línea central. Las fuerzas van der Waals se originan a causa de una concentración de carga similar dentro de un átomo o una molécula. Cualquier átomo puede llegar a estar sujeto a estas fuerzas cuando surge un desequilibrio de carga parcial. Esto puede suceder en cualquier momento que el equilibrio de carga llega a ser asimétrico. Esto es como si el núcleo estuviera a un extremo del estadio, mientras que los electrones estuvieran agrupados al otro extremo. La nueva organización de los electrones crea una región parcialmente negativa. Esto, a su vez, deja a la región desocupada con una carga parcialmente positiva, producida por los protones en el núcleo del átomo. Algunas veces, estas separaciones de carga pueden ser temporales, fluctuando en fuerza y organización geométrica. Otras veces, pueden ser permanentes, como los polos separados de un imán. A menudo, las divisiones temporales en la carga (o dipolo) se originan a causa de características dipolares similares de las moléculas circundantes. Estos dipolos temporales forman una división en las fuerzas van der Waals, conocidas como “fuerzas de dispersión”. (También se las conoce como “fuerzas London”, llamadas así a causa de Fritz London, el hombre que primero sugirió la manera en que pudieran originarse). Dos factores influencian la fortaleza de las fuerzas de dispersión: el tamaño molecular y la geometría molecular. Cuanto más grande es el volumen radial (acompañado usualmente por un incremento en electrones), más grande es la proporción posible de separación de carga. Geométricamente, cuanto más larga es una molécula, más grande es la distancia posible para que la carga se separe (vea “Unión Intermolecular…”, s.d.).

El geco aprovecha el hecho que las fuerzas van der Waals tienen un efecto universal en los electrones. Sea que el geco esté caminando sobre una superficie horizontal o vertical, lisa o áspera, húmeda o mojada, con presión baja o alta, mantiene su habilidad para adherirse al usar las diminutas estructuras como espátulas para inducir separaciones de carga infinitésimas en los átomos periféricos. Aunque cada espátula puede producir solamente una fuerza diminuta de atracción, la estructura geométrica, la cantidad enorme y diseño de las espátulas y las cerdas en la pata del geco le permiten producir fuerza suficiente para ser capaz de adherirse patas arriba en cualquier superficie dada, usando simplemente un solo dedo (Graham-Rowe, 2003, 178:15). De hecho, usando sus mediciones de laboratorio en una sola cerda del geco, los investigadores han calculado que el geco usa aproximadamente el 0.03 por ciento de sus cerdas cuando sostiene el peso de su cuerpo. Ellos además anotaron: “Si se adhiriera cada cerda simultáneamente, pudiera tener 120 kilogramos (265 libras) de fuerza adhesiva” (Brown, 2002). ¿Es esto un diseño sorprendente—o casualidad al azar?

A causa de la abundancia impresionante de criaturas (tales como el geco) que simplemente son “las mejores” en lo que hacen, la ciencia ha desarrollado un campo especializado dedicado a averiguar el diseño de los mecanismos naturales. El propósito de esta investigación es examinar los modelos de la naturaleza, siendo la meta la imitación y réplica. Esta rama de la ciencia ha llegado a conocerse como “biomimética”.

El geco ahora ha llegado a ser el tema de aquellos que están involucrados en el estudio científico de la biomimética. La industria ha contribuido sostenimiento económico para la replica deseada de adhesivos secos que pudieran imitar las capacidades naturales del geco. Los investigadores, junto con los ingenieros, han iniciado estudios, fabricando materiales que pudieran ser cubiertos con pelos sintéticos parecidos al del geco, los cuales imitarían la utilización impresionante de la adhesión van der Waals. Esto presenta un mecanismo posible para el primer adhesivo micro-estructural seco. Como la pata del geco, este adhesivo sería para uso continuo, no solamente para una adhesión única. Muchos grupos han trabajo en la producción de un adhesivo “cinta-geco”. En sus intentos de producir las diminutas estructuras, los científicos han llamado a sus colegas del área de la microelectrónica. Aunque los chips de computadoras y las patas del geco son muy diferentes, los dos grupos de investigación han decidido colaborar para mejorar sus capacidades de fabricación. Sin embargo, los científicos han señalado que la duplicación exacta de estas estructuras anatómicas complejas simplemente puede ser imposible. Los investigadores tendrán que contentarse con realizar algo que sea de “segunda calidad”, como Elizabeth Pennisi sugirió en un artículo que escribió para la revista Science: “En cambio, ellos (los investigadores—BM/BT) esperan que los estudios de otras lagartijas, como también de las vinchucas, que tienen cerdas con pocas y a veces solamente una espátula, les ayudarán a diseñar cerdas simplificadas que puedan ser fabricadas” (2000, 288:1718, énfasis añadido). En un artículo publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias del 17 de septiembre de 2002, los investigadores responsables de los descubrimientos iniciales del geco repitieron una conclusión similar cuando escribieron: “Sin embargo, descubrimos que es remarcable que el modelo geométricamente simple de Johnson-Kendall-Roberts y nuestros modelos físicos sean suficientes para aproximarse a la función de los extremos setales”. Desde luego, el punto es que aunque puede ser posible “aproximarse a la función” de la cerda del geco al fabricar “cerdas simplificadas”, sería esperar demasiado tener la posibilidad de perfeccionar y duplicar el diseño exacto que se encuentra en cada geco vivo. Note que los investigadores del geco continuaron diciendo en su artículo de la academia: “Nosotros sugerimos que el desarrollo de las microestructuras de adhesión seca inspiradas biológicamente no requerirán biomimética directa de estructuras setales complejas del geco, sino aplicación semejante de principios fundamentales de diseño que fundamenten su evolución” (Autumn, et.al., 2002, 99:12255).

Aunque el geco ha sido la inspiración para nuevas investigaciones, se ha hecho referencia a su diseño magnífico como la razón principal por la cual no se puede lograr la duplicación de las estructuras complejas y fuerzas interactivas. Cuando los científicos involucrados en este tipo de investigación hacen declaraciones repetidas como, “los gecos han evolucionado uno de los adhesivos más versátiles y efectivos conocidos” (99:12252) y “los gecos han podido…evolucionar microestructuras complicadas con propiedades adhesivas fenomenales” (99:12255), ellos simplemente admiten que el pequeño geco demuestra increíbles “principios de diseño”. Por otro lado, sostienen que el geco es simplemente un producto aleatorio de los procesos evolutivos.

El adhesivo “complicado”, “fenomenal”, “más versátil y efectivo” del geco es un principio de diseño” (como los evolucionistas han declarado) que ha capacitado al geco para sobrevivir y hacerlo en una manera muy impresionante. Pero, el diseño demanda un diseñador—un concepto simple pero profundo que los evolucionistas han encubierto para proteger y garantizar la santidad de su teoría, la cual absolutamente no tiene espacio para El Diseñador.

Como el apóstol observó de algunas de las personas de su generación, ellos “cambiaron la verdad de Dios por la mentira, honrando y dando culto a las criaturas antes que al Creador” (Romanos 1:25). Muchos han cambiado su fe en Dios, y en las bendiciones espirituales que Él otorga, por los errores vacíos de la evolución. ¿No sería mejor imitar la naturaleza humilde del salmista y seguir su sabiduría inspirada: “Alaben el nombre de Jehová; porque él mandó, y fueron creados” (Salmos 148:5)?

Aristóteles (sine data), La Historia de los Animales [The History of Animals], trad. D’Arcy Wentworth Thompson. [En-línea], URL: http://www.philosophy.ru/library/aristotle/history_anim_en/history_anim.9.ix.html.

Autumn, Kellar, et.al. (2000), “Fuerza Adhesiva de un Solo Pelo de la Pata del Geco” [“Adhesive Force of a Single Gecko Foot-Hair”], Nature, 405:681-685, 8 de junio.

Autumn, Kellar, et al. (2002), “Evidencia de la Adhesión van der Walls en las Cerdas del Geco” [“Evidence for van der Waals Adhesion in Gecko Setae”], Actas de la Academia Nacional de Ciencias [Proceedings of the National Academy of Sciences], 99:12252-12256, 17 de septiembre.

Brown, Irene (2002), “Investigadores Creando Goma Geco” [“Researchers Creating Gecko Glue”], [En-línea], URL: http://dsc.discovery.com/news/briefs/20020826/gecko.html.

“Científicos Desafían Gravedad con Guantes del ‘Hombre Araña’” [“Scientists Defy Gravity with ‘Spider-Man’ Gloves”] (2003), [En-línea], URL: http://www.cnn.com/2003/TECH/science/06/02/offbeat.spiderman.reut/index.html.

Graham-Rowe, Duncan (2003), “Camino Elegante en el Techo” [“Fancy a Walk on the Ceiling?”], New Scientist, 178:15, 17 de mayo.

“Johannes Diderik van der Walls—Biografía” [“Johannes Diderik van der Waals—Biography”] (sine data), [En-línea], URL: http://www.nobel.se/physics/laureates/1910/waals-bio.html.

Pennisi, Elizabeth (2000), “Los Gecos Trepan Debido a los Pelos de Sus Dedos” [“Geckos Climb by the Hairs of Their Toes”], Science, 288:1717-1718, 9 de junio.

“Unión Intermolecular—Fuerzas van der Walls” [“Intermolecular Bonding—Van der Waals Forces”] (sine data), [En-línea], URL: http://www.chemguide.co.uk/atoms/bonding/vdw.html.

Published November 9, 2008

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