Las termitas y la inspiración biotecnológica

1 de enero de 2016

Termitas en madera

Las termitas, llamadas también hormigas blancas o comejenes, son un grupo de insectos que pertenecen al orden Isoptera. Este nombre se refiere a que los adultos presentan dos pares de alas de igual tamaño. Son insectos sociales que construyen nidos (termiteros). Viven en colonias que pueden tener hasta tres millones de individuos.
La mayor parte de las termitas son de climas tropicales o subtropicales, pero unas pocas viven en climas templados. Se conocen unas 3.000 especies.

Se alimentan de la celulosa contenida en la madera y sus derivados, la que degradan gracias a la acción de los protozoos de su sistema digestivo, con los que viven en simbiosis, pues ellas, por sí mismas son incapaces de digerir la celulosa. Pero sí pueden aprovechar sus nutrientes, una vez que ha sido digerida. La alimentación del termitero se produce por trofalaxia: es el mecanismo mediante el cual los insectos sociales se alimentan unos a otros. Es una alimentación de boca en boca, en la cual, los aparatos bucales de los insectos entran en contacto y traspasan nutrientes. Puede tener lugar entre dos adultos o entre adulto y larva.
En las termitas se transporta el alimento en el estómago, y lo transmiten a otros individuos a través del conducto anal o de la boca.
Es difícil saber si una colonia de termitas está atacando una viga o cualquier otra armazón, debido alpequeño tamaño de estos insectos y a que poseen fototropismo negativo, huyen de la luz.Comienzan a consumirla madera y avanzan por toda la pieza; pudiendo esta, presentar un aspecto exterior normal y, sin embargo, estar horadada en su interior. Las termitas atraviesan cualquier cosa para llegar hasta la madera, incluso el hormigón si es preciso. Al realizar esta acción, muchas veces aprovechan las juntas del hormigón para atravesar muros supuestamente infranqueables, otras veces desgranan el material y cavan una galería que atraviesa la pared sin problemas.
Actualmente, existen aparatos especializados para poder escucharlas a través de un tabique, y descubrir si realmente hay actividad termítica.
Las termitas comen la madera con las mandíbulas, ingieren las partículas y realizan una segunda trituración en una estructura llamada molleja. Seguidamente, la madera triturada pasa al estómago (intestino medio) donde sufre la acción de enzimas proteolíticas y amilolíticas. De aquí pasa a otra estructura, la cámara de fermentación, donde la ingieren los protozoos, responsables de proporcionarles energía.

Las termitas pueden actuar como una refinería de biocombustibles.

Durante mucho tiempo se ha ignorado el sistema digestivo de las termitas como fuente de enzimas para la producción de biocombustibles. Hace unos años, investigadores de la Universidad de Purdue, Indiana, Estados Unidos, descubrieron el cóctel de enzimas en el intestino de las termitas que les permitía digerir plantas leñosas. Estos científicos, concluyeron que las termitas podrían tener el secreto para desarrollar los biocombustibles del futuro. Pues su aparato digestivo funciona como una verdadera refinería, de manera que esas enzimas podrían ser más eficientes que otros métodos utilizados hasta ahora en la producción de esos combustibles.
Por primera vez, los científicos midieron los azúcares generados tanto por enzimas producidas por las propias termitas como por otras enzimas generadas por protozoarios, organismos unicelulares que viven en simbiosis en el intestino de los insectos, y demostraron que cuando se combina la función de las enzimas producidas por las termitas con la función de las enzimas producidas por simbiontes, es como si uno más uno equivaliera a cuatro.
Los científicos de Purdue descubrieron diferentes enzimas que desempeñan distintas funciones. Algunas se especializan en la liberación de glucosa y pentosa. Otra descompone la lignina, el compuesto que da firmeza a las paredes celulares de las plantas. Precisamente, la lignina ha sido una de las barreras que ha dificultado hasta ahora el acceso a los azúcares contenidos en las plantas leñosas. Estos azúcares son fermentados para producir combustibles como el etanol.

Una vez que se identificaron las enzimas, una compañía productora de proteínas, comenzó el proceso para crear una versión sintética.Las enzimas sintéticas también demostraron ser muy buenas en la liberación de azúcares a partir de la biomasa correspondiente.

¿Cuál es el próximo paso? Es identificar qué combinación de enzimas es la más eficiente en la liberación de azúcares.

Las termitas inspiran a los robots del futuro

En materia construcción no hay nadie mejor que las termitas. Investigadores de la Universidad de Harvard, en Estados Unidos, crearon pequeños robots que se comportan siguiendo el principio básico de las termitas: construir elevadas y complejas estructuras sin seguir muchas reglas ni tener un plan detallado.Pero eso sí, siempre deben trabajar en grupo. Cuando construyen sus famosos termiteros, su método es simple: una termita toma un pedazo de tierra, lo lleva a un lugar dentro del nido. Si esa locación está llena, lo que hace es moverse hasta la siguiente que esté disponible y deja allí la tierra que ha recogido. Esto puede suceder por los trazos químicos que van dejando las termitas durante las jornadas de construcción y que van guiando a sus compañeras de labores.
El equipo de la Universidad de Harvard diseñó los robots siguiendo este principio, pero en vez de tierra el asunto es ubicar bloques. Y funciona así: primero se específica la estructura, que puede ser una pirámide o un castillo.

Robots trasladando bloques

El sistema genera de forma automática una serie de órdenes de construcción de bajo nivel de complejidad que los robots deben seguir para garantizar la producción de esa estructura. Los robots sólo tienen cuatro tipos de sensores: infrarrojo, ultrasonido, un acelerador para escalar y botones táctiles. Esto los hace fácil de programar. Los robots, además, pueden sentir la presencia de bloques, otros robots cercanos y el espacio rectangular, moviéndose a través de él. Básicamente se trata de obtener un comportamiento coordinado en un determinado ambiente.
Como las termitas, estas máquinas captan el entorno inmediato y señales limitadas de los otros ejemplares de los alrededores para crear estructuras mayores.
Los investigadores afirmaron que, en determinadas situaciones, esta forma descentralizada de programación puede tener una gran ventaja sobre otros sistemas más sofisticados.
Los científicos dijeron que, por ejemplo, este“enjambre” de robots podría ser útil en lugares donde no se tuviera acceso, como zonas de desastres y en el espacio. En estos ambientes hostiles, si uno o más robots fueran destruidos, los otros podrían continuar la tarea impuesta.
Los científicos apuntaron que el concepto “termita” se puede usar para construir, por ejemplo, barreras de arena en zonas de inundación, también especularon que esos son los tipos de robots que vamos a querer cuando la situación se ponga difícil, pantanosa o peligrosa.

Formas hechas con los robots

Formar la estrella tomó más de 11 horas, mientras la forma de la derecha se demoró casi seis horas.
Las aplicaciones potenciales van mucho más allá de realizar formas en una mesa muy grande y muy lentamente. Señalan los científicos que podremos ver un gran número de robots trabajando juntos cada vez más seguido, o cientos de robots cooperando en la limpieza ambiental o en la rápida respuesta a un desastre, o millones de vehículos autoconducidos en las carreteras. Investigadores alemanes sostienen que este tipo de aplicaciones robóticas también pueden servir para el estudio de especies vivas y sus mecanismos de evolución. Y que es posible utilizar este programa para evaluar cómo los insectos llegaron a hacer este tipo de cosas de una forma tan eficiente. Y, a la vez, evaluar si la evolución los ha restringido o no en sus habilidades.

Cientos de robots

Actualmente, la robótica de enjambres es un nuevo tipo de aproximación para la coordinación de sistemas de modelos basados en agentes, constituidos por un alto número de robots relativamente simples. La meta de esta aproximación es estudiar el diseño de robots (tanto a nivel físico, como de sus conductas de comportamiento), de forma que emerjan patrones de comportamiento colectivo predeterminados mediante las interacciones entre robots y de robots con su entorno, siguiendo el ejemplo de los patrones de comportamiento emergente que se observan en los insectos sociales, llamados “inteligencia de enjambre”. Aplicado a la robótica, la inteligencia de enjambre es una rama de la Inteligencia artificial que se basa en el comportamiento colectivo de sistemas descentralizados y auto-organizados. Los sistemas de inteligencia de enjambre están constituidos típicamente por agentes simples que interactúan entre ellos y con su ambiente. Los agentes siguen reglas sencillas y, aunque no existe una estructura de control que dictamine el comportamiento de cada uno de ellos, las interacciones locales entre los agentes conducen a la emergencia de un comportamiento global complejo.
La Naturaleza, como casi siempre, nos presenta ejemplos, a partir de los cuales, el ser humano estudia, copia, transforma y utiliza, la mayoría de las veces, para mejorar nuestro propio entorno. En el caso que nos ocupa, las colonias de hormigas y termitas, las abejas, el alineamiento de muchas aves en vuelo, el comportamiento de rebaños, el crecimiento bacteriano y el comportamiento de cardúmenes, nos revelan una inteligencia en enjambre.
Recordemos que…