Anatomía del colmillo del narval: revelan el fascinante 'truco' que le permite crecer recto y alcanzar los 3 metros

El colmillo del narval, que puede alcanzar hasta 3 metros de longitud, ha fascinado a diversas culturas a lo largo de la historia e, incluso, en la Edad Media se hacía pasar por cuerno de unicornio. A pesar de su forma en espiral, es el único colmillo de la naturaleza que crece recto y tiene una enorme resistencia, aunque se desconocían los motivos por los que lo hace de esta forma.

Un equipo internacional de investigadores liderado por Henrik Birkedal, de la Universidad de Aarhus, acaba de resolver el misterio, que además viene con sorpresa: al examinar su estructura interna a nanoescala mediante técnicas avanzadas de rayos X en 3D con varios aceleradores de partículas, han encontrado que el diente no contiene una sola espiral, sino dos estructuras helicoidales opuestas que crecen simultáneamente y componen un sistema más complejo de lo que se creía.

“Cuando encontramos este resultado, pensé que la había liado en algún momento, que había puesto un signo menos donde no iba”, reconoce el investigador español Adrián Rodríguez-Palomo, autor principal del estudio, a elDiario.es. “No esperábamos nada de eso. Tuvimos que volver a recopilar todos los resultados que teníamos, volverlos a analizar, reprocesar y poner todo en 3D otra vez. Hasta que confirmamos que era cierto”.

Bajo la luz del sincrotrón

El colmillo del narval es el diente canino izquierdo, que crece a través de la mandíbula y sale por la parte frontal, por lo que a menudo ha sido confundido con un cuerno. “Los machos son los que tienen colmillos, aunque también aparece en alguna hembra, normalmente solo les crece uno, que siempre es el izquierdo y siempre gira hacia la izquierda”, señala Rodríguez-Palomo. “En los raros casos en que crecen dos colmillos en los dos lados, ambos giran hacia la izquierda, lo que rompe completamente la simetría que vemos en los mamíferos y nos intrigaba”.

Para el trabajo, publicado este martes en la revista Nature Communications, los autores emplearon una técnica especial llamada tomografía tensorial, que consiste en enviar rayos X de alta potencia a través del diente y analizar su interior a escala nanométrica. Los investigadores obtuvieron tres colmillos de cazadores de Groenlandia tras una larga serie de permisos y, debido a su gran tamaño, tuvieron que usar tres enormes sincrotrones (fuentes de rayos X con aceleradores de partículas) en Suecia, Suiza y Francia, con resolución y potencia suficientes para mapear el interior del diente en tres dimensiones.

Las imágenes resultantes han revelado que los componentes básicos del colmillo —el cemento externo y la dentina— se desvían sistemáticamente en dos haces que generan la estructura retorcida. En el cemento externo, las fibrillas forman una espiral levógira, mientras que en la dentina interna forman una espiral dextrógira, una combinación de dos estructuras helicoidales opuestas que explica, según los autores, el crecimiento del colmillo en espiral y en línea recta, además de su enorme resistencia.

Mejores propiedades mecánicas

Para ser precisos, la forma del colmillo del narval no es exactamente una espiral, sino una curva helicoidal con forma cónica, lo que significa que, a diferencia de una espiral clásica en un solo plano, la estructura se retuerce tridimensionalmente alrededor del eje longitudinal del diente. “Lo que vemos es que el mismo material tiene como dos dominios, una región por fuera que va hacia la izquierda y una región por dentro que va hacia la derecha”, explica Rodríguez-Palomo. “Es la primera vez que la vemos en la naturaleza y es lo que permite que una estructura tan larga, que puede llegar a [medir] tres metros y soporta una gran tensión, no se parta”.

Según este resultado, esta estructura de doble hélice confiere al colmillo mejores propiedades mecánicas y mayor estabilidad frente a la flexión y la torsión que una espiral simple o una varilla recta. Este tipo de arquitectura, señalan los investigadores, también se encuentra en otros materiales biológicos que deben soportar grandes fuerzas.

El estudio muestra que la estructura de doble espiral se conserva a lo largo de las capas de crecimiento anuales del diente, como los anillos de un árbol, pero con una torsión constante. Esto sugiere que el patrón de crecimiento levógiro está programado genéticamente y permanece estable durante toda la vida del animal, que puede extenderse hasta aproximadamente 80 años. “Dado que las ballenas pueden vivir hasta 80 años, sus dientes constituyen una especie de registro histórico de las condiciones ambientales cambiantes a lo largo de su vida”, apunta Birkedal, que trabaja en el Departamento de Química de la Universidad de Aarhus y ya tiene en marcha un estudio en este sentido.

Según los autores, este descubrimiento aporta nuevos conocimientos sobre cómo la naturaleza crea materiales avanzados con propiedades mecánicas extremas y podría inspirar el diseño de nuevos compuestos para campos como la construcción y la medicina. Ahora queda resolver el otro gran misterio, que es para qué utilizan los narvales estos enormes colmillos, algo que tiene despistados a los biólogos desde hace siglos.

La opinión más extendida es que se trata de un atributo de selección sexual, ya que normalmente son los machos los que lo poseen, pero algunas hembras también lo desarrollan y no está presente en todos los machos. Algunos investigadores han sugerido que el colmillo podría detectar cambios de temperatura, salinidad y composición química en el agua e incluso que podría tratarse de una herramienta de caza o para las peleas entre los narvales machos, pero de todo esto no hay pruebas concluyentes.

“No es un simple diente largo”

Luis María Escudero, catedrático de biología celular de la Universidad de Sevilla (US) y descubridor de los escutoides, cree que este trabajo es muy interesante porque aborda uno de los “misterios sin resolver” de la geometría en la naturaleza: el hecho de que el colmillo del narval sea tan recto, tan resistente y a la vez gire en espiral. “La respuesta ha tardado en aparecer ya que era necesario un trabajo multidisciplinar combinando muchas técnicas”, explica. “Los autores consiguen relacionar todos los pasos desde la escala nanométrica hasta la macroscópica para explicar como las fibras de colágeno se ordenan para dar dos hélices opuestas formada cada una por un tipo de material (la dentina y el cemento)”, señala. “Un maravilloso puzzle del que ahora queda por conocer cuáles son los mecanismos de la biología del desarrollo que dirigen su formación”.

Para María Almuedo-Castillo, investigadora del Centro Andaluz de Biología de Desarrollo (CABD - CSIC), el principal atractivo de este trabajo reside en el despliegue de tecnologías de visualización muy punteras como el sincrotrón. “La compensación de giros opuestos que han hallado cancela las tensiones internas y contrarresta las fuerzas mecánicas de torsión consiguiendo que la estructura se alargue sin retorcerse”, destaca. Esto demuestra, a su juicio, que “el colmillo del narval no es simplemente un diente largo, sino que es una lección de ingeniería de materiales de la naturaleza, que emplea principios de la mecánica de materiales que a día de hoy se usan, por ejemplo, en el diseño de estructuras aeroespaciales”.

Esta arquitectura, añade Elena Camacho-Aguilar, del CABD-CSIC, recuerda a soluciones de ingeniería usadas para resistir torsión y flexión combinadas, y aporta un gran valor desde el punto de vista del diseño de materiales. “Entender cómo la naturaleza logra, con fibras orientadas a nanoescala, piezas extremadamente largas, rectas y resistentes a la vez puede inspirar el desarrollo de biomateriales y compuestos artificiales que necesiten combinar rigidez, flexibilidad y resistencia a la torsión sin romperse”, señala. “En ese sentido, los autores dejan abierto cómo se forma esta estructura durante el crecimiento del diente”, concluye. “Sería fascinante ver, en el futuro, estudios que aborden esta pregunta desde la biología del desarrollo”.