Exoesqueleto pasivo

La quitina es el principal componente de los exoesqueletos de insectos, arañas y crustáceos y garantiza, por ejemplo, que el exoesqueleto de un insecto sea a la vez robusto y flexible. Un grupo de investigación dirigido por la profesora Sabine Laschat en la Universidad de Stuttgart quiere utilizar la quitina y sus derivados para desarrollar materiales en un proceso basado en el agua que sean adecuados para aplicaciones especiales en la industria de la construcción para reducir el consumo de energía de manera sostenible. La Fundación Carl Zeiss apoya el proyecto con unos dos millones de euros dentro de su línea de financiación “Perspectivas”.

Como polímero, la quitina está muy extendida en la naturaleza y tiene fascinantes propiedades mecánicas y ópticas que los científicos quisieran hacer técnicamente utilizables. Los materiales a base de quitina serían especialmente atractivos porque son hidrofóbicos y, a diferencia de los materiales a base de celulosa, no pueden absorber agua, lo que los hace resistentes al moho. Además, se vuelven ignífugos mediante modificaciones químicas, son mecánicamente muy robustos y, a diferencia de los polímeros sintéticos, son compostables.

Significado del exoesqueleto

Los artrópodos están cubiertos por un tegumento duro y resistente o exoesqueleto de quitina. Por lo general, el exoesqueleto tiene zonas engrosadas en las que la quitina está reforzada o endurecida por materiales como minerales o proteínas endurecidas. Esto ocurre en partes del cuerpo donde se necesita rigidez o elasticidad. Normalmente, los cristales minerales, principalmente el carbonato de calcio, se depositan entre las moléculas de quitina y proteínas en un proceso denominado biomineralización. Los cristales y las fibras se interpenetran y se refuerzan mutuamente; los minerales aportan la dureza y la resistencia a la compresión, mientras que la quitina aporta la resistencia a la tracción. La biomineralización se produce principalmente en los crustáceos. En los insectos y arácnidos, los principales materiales de refuerzo son diversas proteínas endurecidas mediante la unión de las fibras en procesos denominados esclerotización y las proteínas endurecidas se denominan esclerotina. El tergum dorsal, el esternón ventral y la pleura lateral forman las placas endurecidas o escleritos de un segmento corporal típico.

Traje exoesqueleto

Los exoesqueletos contienen componentes rígidos y resistentes que cumplen una serie de papeles funcionales en muchos animales, como la protección, la excreción, la detección, el apoyo, la alimentación y la actuación como barrera contra la desecación en los organismos terrestres. Los exoesqueletos desempeñan un papel de defensa frente a plagas y depredadores, de soporte y de marco de sujeción para la musculatura[2].

Los exoesqueletos de los artrópodos contienen quitina; la adición de carbonato cálcico los hace más duros y resistentes, a costa de un mayor peso[3]. Estas estructuras están compuestas de quitina y son aproximadamente seis veces más fuertes y dos veces más rígidas que los tendones de los vertebrados. Al igual que los tendones, los apodemas pueden estirarse para almacenar energía elástica para saltar, sobre todo en las langostas[4] Los carbonatos de calcio constituyen las conchas de los moluscos, los braquiópodos y algunos gusanos poliquetos que construyen tubos. El sílice forma el exoesqueleto de las diatomeas microscópicas y los radiolarios. Una especie de molusco, el gasterópodo de pie escamoso, utiliza incluso los sulfuros de hierro greigita y pirita.

Insecto de la cutícula

El exoesqueleto (tegumento) de un insecto no sólo sirve como cubierta protectora del cuerpo, sino también como superficie de fijación de los músculos, como barrera impermeable contra la desecación y como interfaz sensorial con el entorno. Se trata de una estructura de varias capas con cuatro regiones funcionales: epicutícula, procuícula, epidermis y membrana basal.

La epidermis es principalmente un tejido secretor formado por una sola capa de células epiteliales. Es responsable de la producción de al menos una parte de la membrana basal, así como de todas las capas superpuestas de la cutícula. La membrana basal es una bicapa de soporte de mucopolisacáridos amorfos (lámina basal) y fibras de colágeno (capa reticular). La membrana sirve de soporte para las células epidérmicas y separa eficazmente la hemocélula (cavidad principal del cuerpo del insecto) del tegumento.

La procuticula se encuentra inmediatamente por encima de la epidermis. Contiene microfibras de quitina rodeadas por una matriz de proteínas que varía en su composición de un insecto a otro e incluso de un lugar a otro dentro del cuerpo de un mismo insecto.