Un paso adelante en la ciencia Stingray

Una copia del cuerpo del artículo.

Stingray 12 es sorprendentemente tranquilo para un animal al que están limpiando. La raya, aproximadamente del tamaño de un plato, está sumergida en la arena de un tanque del tamaño de un congelador; Incluso los ojos dorados de su cabeza están enterrados en el sedimento. Ella permanece inmóvil mientras Ben Perlman, investigador de la Universidad Estatal de California en Long Beach (CSULB), empuja con cuidado la arena de su cuerpo marrón moteado: la escobilla de goma que ofrece al científico cierta protección contra las púas de aspecto peligroso que sobresalen del centro de la cola de la mantarraya. 12. .

«Perdón por molestarte», grita Perlman.

Seis estudiantes universitarios miran por encima de su hombro y una, Carly Brenner, da un paso adelante sosteniendo un pie humano de silicona impreso en 3D pegado a un tubo de PVC.

«Un poco más cerca, un poco más cerca», entrenó Perlman, mientras Brenner acercaba su pierna a centímetros del cuerpo de la raya. «Adelante», dice, y Brenner apunta a la aleta pectoral izquierda de la raya y la pisotea con un pie flexible.

El rayo no se mueve en absoluto.

«No hay respuesta», dice Perlman. El resultado se registrará en el estudio de su laboratorio sobre lo que hace que las mantarrayas ataquen: la ciencia que Perlman espera que eventualmente ayude a las personas a evitar las dolorosas picaduras de las púas dentadas, cada una del largo de un pie de un hombre adulto.

El laboratorio de Perlman en Long Beach, California, acertadamente llamado STABB, por Stingray and Butterfly Biomechanics Lab (el proyecto de mariposas está actualmente en suspenso), explora cómo y por qué las mantarrayas se mueven y se comportan como lo hacen. Seal Beach, uno de los lugares más populares para practicar surf en la ciudad, a cinco kilómetros del laboratorio, se conoce coloquialmente como Ray Bay. A las mantarrayas les encanta congregarse allí en las tranquilas y cálidas aguas de la desembocadura del río San Gabriel, y los socorristas documentan más de 500 dolorosas lesiones de mantarrayas cada año. Estudiar el comportamiento de las rayas y su proceso de picadura puede abrir una nueva ventana a las interacciones humanas con lo que el laboratorio llama «panqueques del peligro», dice Perlman.

Su investigación se centra en las rayas redondas, las especies de rayas más abundantes que viven en las aguas de California. Su comportamiento también los convierte en los más peligrosos para los transeúntes desprevenidos. Mientras que otras rayas huyen rápidamente ante el indicio de peligro, las rayas redondas permanecen enterradas en la arena e incluso contienen la respiración cuando un depredador como un pequeño gran tiburón blanco, o un depredador percibido como un humano, pasa, confiando en la caballa suya. color camuflaje. Es este comportamiento protector el que los hace mucho más propensos a ser atropellados y explica por qué la gran mayoría de las lesiones por rayos en California se atribuyen a rayas redondas, en lugar de rayas murciélago o rayas diamante que también viven en la zona.

Las púas de mantarraya son un tipo de dentículo dérmico, como un diente, en la cola que se puede mover. En un golpe, el animal libera una toxina de las células glandulares en la base de una de las púas. La toxina viaja a través de un revestimiento mucoso y se envenena (se inyecta) en el receptor a través de la herida punzante. Algunas especies de rayas tienen púas con muescas dentadas, que pueden hacer que la púa se pegue a la piel de su atacante.

El borde dentado de la púa de una mantarraya puede perforar y adherirse a la piel de una persona. Foto de Thomas R. Cordova/Lugar de playa larga

Chris Lowe, biólogo de tiburones que dirige el Shark Lab de CSULB, estima que unas 10.000 personas al año resultan heridas por las mantarrayas en el sur de California. Las rayas redondas son como hamburguesas para los tiburones blancos juveniles, que es una de las razones por las que Lowe y sus colegas científicos de tiburones están tan interesados ​​en las distribuciones y poblaciones de rayas. El Shark Lab, fundado en la década de 1960, ha estudiado las rayas durante años, pero nunca la mecánica de sus picaduras.

Mientras tanto, Perlman no se ha dedicado a la investigación de las rayas: es un biomecánico de peces que ha estudiado cómo nadan las percas en los bosques de algas y cómo los peces anfibios de los trópicos usan sus músculos para impulsarse fuera del agua. También estudió cómo las alas de los pájaros pueden cambiar de forma durante el vuelo y cómo los toros cargan sus raíces para aumentar la potencia de sus saltos. En 2018, aceptó un trabajo en CSULB como profesor de docencia y dejó la investigación durante unos años.

Luego, alguien llamó a su puerta en el otoño de 2021. Lowe tenía una pregunta. Quería saber si Perlman podría ayudar a probar un nuevo material para botas de surf desarrollado por un inventor cuyos hijos tenían miedo a la radiación y un colaborador con experiencia en ciencia de materiales. ¿Los botines protegen contra los ataques de mantarrayas, como están diseñados? Después de recibir financiación de un donante anónimo y un amante del surf, Perlman contrató a un estudiante y juntos recolectaron rayas de Seal Beach para que sirvieran como sujetos de prueba.

Para descubrir si el material podría proteger contra los golpes, Perlman primero tuvo que comprender la dinámica del comportamiento defensivo de la mantarraya. Su objetivo inicial de investigación era capturar los ataques con la cámara y usar las imágenes para medir la velocidad y la aceleración, que luego podría usar para calcular la fuerza. Compró una pierna sin cuerpo en la tienda Spirit Halloween, la llenó de arena y la pegó con epoxi a un trozo de tubo de plástico para imitar una pierna humana para los ensayos. «Ese fue un gran punto de partida», dice Perlman.

Para aprender más sobre lo que hace que una raya decida atacar, diseñó un experimento que dividió el cuerpo de la raya en cuatro regiones diferentes: la parte media del cuerpo, la aleta pectoral izquierda, la pectoral derecha y la nariz (básicamente equivalente a una nariz). Su equipo utiliza la pierna del zombi, que en 2023 se actualizó a una pierna de silicona impresa en 3D porque es más realista, para «pisar» las diferentes partes del cuerpo y registrar la reacción del animal.

Ben Perlman comenzó sus experimentos con rayos redondos utilizando una pierna de zombie de Halloween. Desde entonces, actualizó su modelo a un modelo impreso en 3D. Foto de Thomas R. Cordova/Lugar de playa larga

Los primeros resultados son contundentes: los rayos sólo inciden si alguien pasa por la mitad del cuerpo, donde se encuentran todos los órganos. Esto hace que acierten el 85 por ciento de las veces. El paso de costado sólo los hace alejarse nadando; un golpe en la barbilla tampoco provoca una reacción. Los hallazgos son consistentes, independientemente del tamaño, edad o género del rayo.

El laboratorio también estaba realizando estudios del nuevo material que Lowe llevó a Perlman (neopreno con un revestimiento compuesto de caucho) para ver si podía resistir las fuerzas del impacto de una mantarraya. Los investigadores cortan las púas (como si se cortaran una uña, ya que las púas a base de queratina vuelven a crecer al cabo de unos meses) y utilizan una máquina para introducirlas en el material con una presión cada vez mayor. Hasta ahora, han encontrado el material capaz de resistir la fuerza de la mayoría de los rayos. (Otra empresa que espera crear un botín antirradiación está fabricando un producto con un material similar este año).

Además de sus púas, algunas mantarrayas tienen dentículos grandes, espinosos y en forma de escamas que brindan protección pasiva, dice Chris Martínez, biólogo de peces de la Universidad de California, Irvine, que estudia la morfología de las mantarrayas. Las espinas pueden perforar la piel y hacer la vida de un depredador desagradable, dice, pero el aguijón es algo más: un arma dirigida que el animal puede controlar activamente para causar daño.

Martínez dice que el trabajo de Perlman es «realmente fantástico y definitivamente muy relevante para dar la bienvenida a los bañistas del sur de California». Planea colaborar con Perlman en el futuro para investigar la base neuromuscular de los golpes.

La máxima esperanza, dice Perlman, es que la investigación se traduzca en mejores prácticas para los bañistas. Durante décadas, los surfistas del sur de California han utilizado una técnica llamada «stingray shuffle», en la que dan pequeños pasos a través de la tierra en lugar de grandes pasos, para advertir a las mantarrayas que pueden quedar enterradas en la arena.

Perlman dice que sus experimentos respaldaron científicamente el movimiento de la mantarraya: cuando alguien da pequeños pasos, no entrará en contacto con la sección media del cuerpo de la raya, por lo que no será golpeada. Las vibraciones a través de la arena también pueden darle al animal la oportunidad de ponerse a salvo. «[The rays are] simplemente huirá o no responderá”, dice Perlman.

Perlman camina con la estudiante Trinity Lozano mientras transporta una viga entre tanques. Foto de Thomas R. Cordova/Lugar de playa larga

Él sabe exactamente lo que está en juego. El verano pasado, estaba sosteniendo la cola de una raya con una red mientras usaba un bisturí para hacer pequeñas incisiones de identificación en el cuerpo del animal, que deben volver a hacerse cada pocos meses a medida que crecen las nueces, cuando su mano se resbala y la cola del pez vuela. se dio la vuelta y golpeó una arteria en su muñeca. Inmediatamente empezó a sangrar por todas partes y el dolor era «siete y medio sobre 10». Utilizó el único tratamiento conocido, que consistía en sumergir su mano en agua caliente para desnaturalizar el veneno. Pasaron casi dos horas hasta que el dolor desapareció. Su muñeca todavía tiene cicatrices.

El laboratorio se dedica ahora a muchas actividades de investigación que pueden mantener ocupados a Perlman y sus colegas durante el resto de la década. Están probando cómo el tamaño de una pata influye en la probabilidad de que una mantarraya ataque, para ver si alguien que es más liviano y más pequeño tiene menos probabilidades de ser atacado. Hasta ahora, el tamaño del pie no parece tener ningún impacto en la respuesta del haz. En los próximos meses repetirán los experimentos en la oscuridad y con agua a diferentes temperaturas. El laboratorio alberga 18 rayas y los animales tienen al menos dos días libres entre experimentos para asegurarse de que no se condicionen.

Los investigadores también están estudiando las rayas mientras se esconden en la arena para comprender por qué y cómo los animales mueven las partículas de arena. Con el tiempo, el laboratorio también utilizará imágenes 3D de exploraciones microCT para observar la curvatura, la nitidez y el ángulo de las estrías en diferentes púas de rayos redondos. Esto les ayuda a comprender la variación dentro de la especie e incluso dentro de un individuo: a veces, después de ser cortada, una púa vuelve a crecer con una forma o tamaño diferente.

Los tiburones tienden a ser más grandes que las rayas en la conciencia de los californianos, dice Martínez. «Las rayas no reciben tanta atención porque no son tan grandes, no tienen dientes grandes como algunos de los grandes tiburones», dice. «Pero es más probable que te dañe uno de estos que un tiburón grande». Las estadísticas demuestran su punto: en 2022, se produjeron 57 ataques de tiburones en todo el mundo y las lesiones de mantarrayas probablemente ascendieron a decenas de miles.

Después de encontrarse con el pie de silicona, Stingray 12 se toma un descanso de 10 minutos antes de que el otro interior pectoral se ablande. Perlman observa mientras ella se entierra nuevamente en la arena. Se siente bien dar un paso figurado para ayudar a los californianos a evitar puñaladas y picaduras, dice. En última instancia, si los surfistas y nadadores pueden utilizar su investigación para evitar los peligros, el tiempo de todos en la playa (rayos incluidos) será más armonioso.