Bolas enredadas de gusanos arrojan luz sobre la topología de la materia filamentosa enredada

Según informan los investigadores, el estudio de la forma en que las masas de gusanos negros de California, que se enredan en un revoltijo, son capaces de desenredarse rápidamente ha revelado nuevos conocimientos sobre los mecanismos y principios subyacentes a la topología de la materia activa enredada. Estos hallazgos podrían ayudar a guiar el diseño de materiales activos multifuncionales con propiedades topológicas únicas y ajustables. Los materiales y objetos filamentosos largos –desde las largas hebras de polímero hasta un conjunto de cables sueltos de carga eléctrica– tienen una extraña habilidad para formar estructuras complejas y nudosas, creando enredos altamente desordenados que pueden parecer casi imposibles de desenmarañar. Algunas especies biológicas, como el gusano negro de California (Lumbriculus variegatus), han desarrollado formas de gestionar el enredo y desenredar sus cuerpos de manera muy eficiente, a pesar de disponer únicamente de un conjunto relativamente simple de músculos y neuronas. Estos gusanos se autorganizan rutinariamente en bolas intrincadamente enredadas que contienen entre 5 y 50.000 individuos. Si bien estas estructuras enredadas se forman en un lapso de unos pocos minutos, pueden desenredarse completamente en apenas milisegundos. Si bien la forma en que son capaces de lograr tanto un enredo robusto como un desenredo ultrarrápido sigue siendo poco conocida, los autores afirman que las observaciones de esta capacidad podrían proporcionar información para el diseño de la próxima generación de materiales inteligentes o activos. A fin comprender mejor cómo estas criaturas logran un enredo robusto y un desenredo ultrarrápido, Vishal Patil et al. utilizaron imágenes por ultrasonido para crear una reconstrucción 3D de un enredo de gusanos negros y combinaron los datos con análisis teóricos y simulaciones para desarrollar un modelo mecanicista del enredo de los gusanos negros. Patil et al. encontraron que los enredos eran sistemas de alta interacción donde la mayoría de los gusanos estaban en contacto con la mayoría de los otros gusanos. Los autores muestran que las ondas helicoidales sintonizadas resonantemente producidas por el movimiento de gusanos individuales permitieron tanto el enredo colectivo como el desenredo rápido. Según los autores, estos hallazgos revelan un principio dinámico genérico que subyace al rápido desenredo de los materiales filamentosos, lo que podría aplicarse a otros sistemas de fibras confinadas y enredadas. "A través de una combinación de métodos de topología, matemáticas aplicadas e ingeniería, [los autores] derivan un modelo general de enredo y desenredo activo que proporciona nuevos conocimientos sobre la organización de la materia activa", escribe Eleni Panagiotou en un artículo de Perspective relacionado.