Los científicos se inspiran en las las cualidades del mejillón para buscar soluciones a los problemas más diversos, desde la salud y el medio ambiente hasta la ingeniería de superficies. La resistencia de sus «barbas», que sujetan el animal a cualquier sustrato, es la clave
Cuenta la leyenda que fue un marinero irlandés del siglo XIII quien descubrió la sorprendente capacidad de los mejillones para pegarse a cualquier superficie cuando vio a decenas de estos moluscos adheridos a las redes de su barco. Este sencillo y casual descubrimiento dio paso a toda una industria de acuicultura en las costas del Atlántico europeo que hoy sigue alimentando a una gastronomía cada vez más exigente. Pero poco pudo imaginarse el marinero, o quizás lo intuyera en sus sueños más salvajes, que las cualidades del mejillón servirían para muchos otros fines científicos. Tantos, que este bivalvo se ha convertido en una musa inagotable: la ciencia busca en él soluciones para los problemas más diversos, desde la salud hasta la ingeniería, y el prodigioso animal nunca decepciona.
La limpieza del agua es su utilización medioambiental más común y extendida. En tanto que animales filtradores (que se alimentan por filtración, absorbiendo del agua los nutrientes), limpian el agua al comer, siempre que no supongan una plaga. Tener la población adecuada de bivalvos en un ecosistema acuático ayuda a mantenerlo sano, sobre todo en sistemas de agua dulce.
Pero uno de los aspectos que más intrigan del mejillón sigue siendo el mismo que fascinó al marinero legendario siglos atrás. La ciencia lleva ya un tiempo estudiando cómo el bivalvo logra adherirse a diversas superficies bajo el agua y resistir las embestidas de las olas y otras presiones ambientales. Esto lo hace a través de sus bisos, popularmente conocidos como las “barbas”; unos hilos extraordinariamente resistentes que pueden sujetar al animal a cualquier sustrato.
Los mecanismos químicos de esta potencia adhesiva se están tratando de emular en laboratorio para distintos fines: como “pegamento” biodegradable para pegar tejidos humanos, o para crear hemoglobinas universales compatibles con cualquier grupo sanguíneo. Esto en el campo de la salud. Pero es sobre todo en el ámbito de la ingeniería de superficies y las ciencias ambientales donde más se está aprovechando su potencial con la fabricación de materiales para descontaminar el agua, por ejemplo. Una revisión de los últimos avances en este ámbito se publica hoy en la revista Matter de Cell Press Reviews (Wang et al., “Ingeniería de superficies para materiales de remediación de agua inspirados en el mejillón”, Matter (2019)).
Inspiración para encontrar soluciones
“Los mejillones suelen ser considerados un problema en la industria marítima porque colonizan superficies sumergidas, pero la verdad es que se puede aprender mucho de ellos. Ofrecen soluciones que la naturaleza ha desarrollado para desafíos para los que nosotros todavía no tenemos soluciones. Podemos imitarlos y buscar inspiración en ellos para encontrar soluciones relacionadas con el agua. Lo que hacen los mejillones es que se pueden fijar a una variedad enorme de superficies bajo agua. Eso es algo muy, muy difícil de conseguir. Entender cómo lo hacen nos permite manipular superficies en sistemas acuáticos para darles las propiedades que queremos. Hay muchos tipos de materiales que utilizamos en sistemas acuáticos cuyas superficies son muy difíciles de manipular. Son básicamente no-reactivas en su superficie, no podemos jugar con ellas para darles las propiedades que necesitan. Imitando la química que utilizan los mejillones es más fácil manipular esas superficies a nuestro gusto. Inspirarnos en el mejillón nos ofrece esa funcionalidad”, explica a EL ÁGORA Seth Darling, coautor del estudio e investigador de la Universidad de Chicago.
Estudio de la dopamina
El componente “estrella” que más está llamando la atención de los científicos es la dihidroxifenilalanina (DOPA), un grupo de aminoácidos presente en el mejillón que permite el mecanismo de adhesión mediante una serie de interacciones con la superficie y otros procesos químicos capaces de crear enlaces de hidrógeno o de repeler el agua. Por sus funcionalidades parecidas a la DOPA, los investigadores están utilizando la dopamina, que ha demostrado tener la capacidad de adherirse a prácticamente cualquier superficie con efectos igualmente hidrofóbicos.
Un ejemplo de materiales inspirados en el mejillón son los llamados materiales superhidrofílicos y superhidrofóbicos. El estudio menciona esponjas que absorben petróleo dejando fuera el agua, o embarcaciones hechas de un material superhidrofóbico que, a su paso por el agua, va “recogiendo” las moléculas de petróleo, fijándolas a la superficie de la barca. Los investigadores aseguran que la adhesión es tan fuerte que no se escapa ni una gota de gasóleo, ni siquiera cuando levantan la embarcación en el aire.
De la misma manera, la polifacética dopamina está ayudando a desarrollar materiales de adsorción (la “fijación” de moléculas líquidas o gaseosas a un material sólido) tanto para depurar aguas residuales industriales, separando del agua los metales pesados y otras sustancias nocivas, como para degradar componentes tóxicos de forma limpia y eficiente. También se han combinado distintas de estas estrategias para crear un único material mutifuncional. Otro aspecto prometedor de la dopamina es su capacidad fototérmica, muy útil en las tecnologías de desalación de agua marina mediante energía solar.
Buena parte de estos avances están todavía en fase de laboratorio. Quedan todavía muchos obstáculos que superar, principalmente el elevado coste de la dopamina y sus posibles consecuencias sobre la salud y el medio ambiente.
“La dopamina es un material muy caro, vale para investigación de laboratorio pero no necesariamente para una aplicación comercial a gran escala. La buena noticia es que hay investigadores que han empezado a explorar otras familias de químicos que guardan similitudes con la dopamina y la polidopamina, y que son más baratos y podrían ofrecer otras ventajas. Un ejemplo son los polifenoles, como el ácido tánico. En laboratorio, la dopamina está polimerizada. Ya no es dopamina sino polidopamina, la cual no tiene una funcionalidad biológica. Pero siempre puede quedar dopamina en la superficie, que caiga en el sistema acuático y se extienda. Ya sabemos que la dopamina afecta a la psicología humana, por lo que podría tener consecuencias indeseadas. En cambio los polifenoles y el ácido tánico no conllevan ese problema biológico o ecológico. Es algo que se está explorando”, añade Darling.
Mientras tanto, los ingenieros seguirán buscando en el mejillón las respuestas a sus preguntas.
