La telaraña, una trampa electrostática

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Desde niño siempre me pareció increíble que un globo inflado pudiera sostenerse en la pared por largo tiempo, después de haberlo frotado en mi cabello; también lo era ver cómo las chispas aparecen y desaparecen cual luciérnagas, cuando me cubría de pies a cabeza con las cobijas durante las frías noches de invierno; o sentir, en ocasiones, una cierta descarga al saludar de mano a los amigos.

Tres décadas han transcurrido de tales descubrimientos y mi relación con aquellos fenómenos eléctricos sigue tan fresca como entonces. Y no podía ser de otra manera, pues todo cuanto nos rodea se encuentra plagado de cargas eléctricas que deambulan de un sitio a otro y de un cuerpo a otro, interactuando tanto de maneras simples como de las más complejas.

Debo admitir que el vivir inmerso en un mar de electrones con capacidad para reconfigurarse, escapar o acumularse en la superficie del cuerpo, ciertas veces me hace sentir escalofrío; por fortuna, los fenómenos electrostáticos raramente representan un peligro grave para nosotros. No obstante, a escalas menores que la nuestra, digamos, en el mundo de los insectos, las fuerzas electrostáticas se superponen a otras —como, por ejemplo las gravitatorias— haciendo posible que un objeto ligero flote en el aire por repulsión electrostática (recordemos que cuerpos con cargas de signos iguales tienden a repelerse), como una semilla de diente de león al ser colocada sobre una regla de plástico, previamente frotada en nuestras ropas.

Pero, antes de ver cómo tales fenómenos eléctricos afectan la vida de los animales pequeños, revisemos algunos conceptos básicos de esta fascinante rama de la física: la electrostática.


Pelos de punta



La electrostática comprende todo tipo de fenómenos eléctricos en los cuales exista interacción de cargas (eléctricas, por supuesto), pero sólo en relación con su posición y no con su movimiento. La carga es resultado de la cantidad de electrones y protones presentes en un cuerpo: con un exceso de electrones, la carga será negativa;en caso contrario, será positiva. Recordemos que partículas con cargas de signos iguales tienden a repelerse, pero, si son diferentes, se atraerán, de acuerdo con la ley de Coulomb, la cual indica simplemente que entre más carga tengan dichos cuerpos y la distancia que los separa sea cada vez más pequeña, la fuerza de la interacción será más intensa.

Cuerpos con una capacidad mayor para almacenar energía eléctrica (capacitancia) pero con unalto potencial eléctrico (voltaje) acumularán una mayor carga eléctrica —recordemos que la capacitancia depende del tamaño—. Así, una persona, constituida mayormente por agua, tendrá una capacitancia tres órdenes de magnitud mayor que una gota de agua. El voltaje es una medida de energía potencial, de manera análoga a la que adquiere una piedra, por acción de la gravedad, tras ser recogida del suelo y colocada a cierta altura. Caminar sobre una alfombra, por ejemplo, puede hacernos alcanzar miles de volts, hasta el punto de hacernos producir chispas al tocar la perilla metálica de la puerta.



En un batir de alas


Se puede adquirir una carga eléctrica fácilmente haciendo fricción con las partículas que se hayan en el aire; por ejemplo: helicópteros sobrevolando tormentas de arena pueden adquirir cientos de miles de volts (o como decimos comúnmente: se electrizan), de igual manera, los animales voladores adquirieren carga eléctrica al batir sus alas contra el aire. Ahora bien, si de batir las alas se trata, son los insectos los campeones en este arte, ya que pueden alcanzar frecuencias de aleteo de hasta mil ciclos por segundo; de modo que las abejas durante el vuelo adquieren predominantemente cargas positivas de cientos de picocoulombs (pico significa 10-12 y coulomb es la unidad de carga eléctrica), que son ínfimas, comparadas con los millones que puede adquirir una aeronave.

No obstante, estas ínfimas cargas eléctricas que adquieren las abejas son capaces de hacer que el polen —el cual se encuentra eléctricamente neutro o negativo— se desprenda de los estambres de las flores y se adhiera a sus cuerpos. Incluso, las abejas pueden detectar campos eléctricos por medio de sus antenas. De manera similar, se sabe que los abejorros pueden descubrir dónde se encuentra el sitio más rico en néctar, a partir de diferenciar el campo eléctrico de sus flores.



¡Tú la traes!



Debido a la gran abundancia y alto valor nutrimental de los insectos, tanto vertebrados como invertebrados no han desaprovechado la oportunidad y se las han ingeniado para incluirlos en sus dietas. Curiosamente son las arañas las reconocidas como mayores depredadores de insectos por antonomasia.

Las arañas han tejido redes aéreas desde hace más de cien millones de años, siguiendo un solo patrón: radios que convergen en el centro, cubiertos por hilos de seda adherente que corren en forma de espiral. No obstante, si se observa a detalle, será evidente que existen dos tipos de telas que difieren tan sólo en la seda adherente que las constituye.

La tela de las arañas cribeladas (nombre que hace alusión al cribelo, un órgano productor de seda presente en este grupo de arañas) es seca, gruesa, comparativamente rígida y de aspecto desenmarañado, mientras que la seda de las arañas no cribeladas se encuentra cubierta de agua, es delgada, muy flexible y con pequeñas gotas de pegamento. En la tela de las primeras, la captura del insecto se debe a la adherencia de éste a la maraña de seda por la cual su cuerpo queda enredado, mientras que en las segundas, la adherencia es causada por las gotas de pegamento: la víctima queda pegada a la tela.

La gran elasticidad y finura propias de los hilos de seda de las arañas no cribeladas podría dar una falsa idea de fragilidad; sin embargo, su textura es capaz de absorber impactos similares a los que resiste la seda no flexible y gruesa; incluso, por exhibir una gran flexibilidad, la seda no cribelada puede deformarse más fácilmente por acción de fuerzas externas, como el arrastre producido por el viento o la fuerza eléctrica ocasionada por un insecto cargado eléctricamente, lo cual resultaría ser una ventaja, si esto evita el rompimiento de la tela, pues de lo contrario, la araña tendría que hacer un trabajo doble, al remplazar la seda y tejerla nuevamente.

Pero, ¿será posible que la ínfima carga de los insectos sea suficiente para atraer los flexibles y pegajosos hilos de la seda no cribelada?



Juego de niños


Este problema electrostático, para ser sincero, difícilmente hubiera cruzado por mi mente de no ser por una afortunada tarde de juegos electrostáticos que pasé con la más pequeña de mis hijas. Hicimos levitar figuras hechas de papel metálico por repulsión electrostática, empleando un juguete conocido popularmente como varita mágica y que en realidad es un generador electrostático de Van de Graaff.

Después de hacer levitar objetos por varias horas, y ya entrados en el asunto, empezamos a sentir curiosidad por ver qué pasaba si la varita era acercada a otros objetos. Al salir del departamento, notamos una enorme telaraña aérea adornando las escalinatas que conducen a la planta baja de nuestro edificio. Cuando le acercamos el generador, el efecto fue sorprendente: la tela fue atraída por la varita de una forma impresionante, hasta pegarse a ella firmemente.

En ese momento me pregunté si sería posible que los insectos —los cuales adquieren una carga eléctrica durante el vuelo— pudiesen llegar a generar atracción sobre la telaraña y, en consecuencia, ser capturados por ésta... Acto seguido, comenté la anécdota con Robert Dudley, investigador de la Universidad de California, Berkeley, quien se sumó inmediatamente a la idea de investigarlo y echamos manos a la obra.


Las dos caras de la moneda



Con esto en mente, capturamos en video (a 1500 cuadros por segundo) la caída libre de abejas, moscas, pulgones e, incluso, gotas de agua (que previamente habíamos cargado positivamente con un generador electrostático) sobre una tela de la araña de jardín (Araneus diadematus) eléctricamente neutra (figura 1). Las tomas de video mostraron algo increíble: durante dos milésimas de segundo, antes de que el insecto o las gotas tocaran la tela, los pegajosos hilos espirales eran atraídos hasta medio cuerpo de distancia (figura 2). En contraste, cuando repetimos los experimentos tirando insectos eléctricamente neutros sobre la telaraña, no observamos efecto alguno. 

Lo que estas observaciones sugieren es que la carga eléctrica es un factor que puede llegar a incrementar el riesgo de captura de un insecto sobre una telaraña. Incluso, Fritz Vollrath, una leyenda en el estudio de las arañas, posteriormente, realizó experimentos de laboratorio cuyos resultados sugieren que los insectos voladores difícilmente podrían hacer uso de sus sentidos para detectar e iniciar a tiempo maniobras evasivas, ya que la distorsión eléctrica producida por la telaraña en su periferia es de apenas unos cuantos milímetros.

Pero, visto en detalle, este efecto electrostático muestra las dos caras de la moneda, tomando en cuenta que puede traer consigo perjuicios para las arañas, ya que el polvo, las esporas y el polen (usado por arañas jóvenes como alimento) que flotan en el aire, usualmente se encuentran cargados positivamente, por lo que tenderán —en consecuencia— a depositarse sobre los hilos de seda a un ritmo mayor que si no tuvieran carga. Esto provocaría que la seda pierda su adherencia, y por ello, la araña se vería obligada a repararla o, en caso extremo, a remplazarla por completo.
Por supuesto, este descubrimiento tendrá que esperar a ser confirmado en la Naturaleza, pero hay razones de peso para pensar que este efecto de atracción sea aún mayor en vida libre, ya que las plantas —donde las arañas fijan sus telas— están usualmente cargadas negativamente, por lo que no son neutras, como en el experimento. De manera similar, se espera un mayor efecto en sitios con una humedad relativa baja, pues es bien conocido que, a menor humedad, los efectos electrostáticos se intensifican.

Me pregunto cuántos secretos eléctricos guardarán tanto insectos como arañas, si tomamos en cuenta que su relación lleva añejándose por más de cientos de millones de años. Paciencia, que esta aventura está apenas iniciando.

Curriculum 

Víctor M. Ortega es egresado del doctorado en Ecología Marina del CICESE y actualmente es investigador posdoctoral en el Departamento de Biología de la Universidad de California, campus Berkeley. Su investigación se centra en el control y maniobrabilidad de animales pequeños en flujos complejos y turbulentos. C. e.: ornithopterus@gmail.com


Agradecimientos

A Sarahí, Aztli e Ixchel, quienes me alentaron a escribir el presente artículo, el cual dedico a Ana Paola Ortega, por el paso decidido a la universidad

Para conocer más 



◂ Clarke, D., H. Whitney, G. Sutton y D. Robert (2013). “Detection and Learning of Floral Electric Fields by Bumblebees”. Science 340: 66–69.

◂ Colin, M. E., D. Richard y S. Chauzy (1991). “Measurement of Electric Charges Carried by Bees: Evidence of Biological Variations”. J. Bioelectricity 10, 17–32.

◂ Dudley R. (2000). The Biomechanics of Insect Flight: Form, Function, Evolution. Princeton: Princeton Univ. Press.

◂ Edwards, D. K. (1962) “Electrostatic Charges on Insects Due to Contact with Different Substrates”. Can. J. Zool. 40: 579–584.

◂ Lin, L. H., D. T. Edmonds y F. Vollrath (1995). “Structural Engineering of an Orb-Spider’s Web”. Nature 373: 146–148.

◂ Ortega-Jiménez, V. M. y R. Dudley (2013). “Spiderweb Deformation Induced by Electrostatically Charged Insects”. Sci. Rep 3: 2108.

◂ Peters, H. M. (1984). “The Spinning Apparatus of Uloboridae in Relation to the Structure and Construction of Capture Threads (Arachnida, Araneida)”. Zoomorphology 104: 96–104.

◂ Vollrath, F. y P. Selden (2007). “The Role of Behavior in the Evolution of Spiders, Silks, and Webs”. Annu. Rev. Ecol. Evol. Syst. 38: 819-46.


Fuente: CONACYT
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