Por si no conoces Hablando de…, en esta larga serie de artículos recorremos diferentes aspectos de ciencia y tecnología de manera aparentemente aleatoria, haciendo especial énfasis en aspectos históricos y enlazando cada artículo con el siguiente. Tratamos, entre otras cosas, de poner de manifiesto cómo absolutamente todo está conectado de una manera u otra.
En las últimas entradas de la serie hemos hablado acerca del proyecto nuclear Nazi, algo que nunca llegó a ocurrir posiblemente gracias a Werner Heisenberg, aunque el bando aliado sí utilizó armas atómicas en los bombardeos de Hiroshima y Nagasaki, llevados a cabo por bombarderos B-29 Superfortress, cuyos motores estaban construidos por la empresa fundada por los famosos hermanos Wright, los primeros en hacer volar un aeroplano, máquinas que se convertirían en armas en la Primera Guerra Mundial, aunque no tan terroríficas como el gas mostaza, que en el mar se polimeriza y puede ser confundido con ámbar gris, utilizado en la Edad Media como amuleto de protección contra la Peste Negra, posiblemente causada por la bacteria llamada originalmente Pasteurella pestis en honor de Louis Pasteur, una de cuyas hazañas fue terminar con la plaga que estaba acabando con los gusanos de seda franceses. Pero hablando de la seda…
Bombyx mori. Crédito: Gerd A.T. Müller/Wikipedia (GPL).
Los gusanos de seda franceses de la época de Pasteur son los mismos que producen seda comercialmente hoy en día: se trata de la especie Bombyx mori, también llamada polilla de la seda o mariposa de la seda. Esta especie no existe en libertad desde hace milenios: hace mucho tiempo que la convertimos puramente en una fábrica de seda para nosotros. Tras miles de generaciones de selección de los ejemplares más grandes y rollizos, los ejemplares adultos ni siquiera pueden volar. Lo que sí son capaces de hacer los gusanos de seda –y, como veremos, muchos otros invertebrados– es hilar una fibra proteica extraordinaria que, por mucho que lo intentamos, no logramos reproducir.
Los “gusanos de seda”, desde luego, no son gusanos propiamente dichos, sino orugas. Durante sus cinco o seis semanas como tales, se dedican (como todas las demás orugas) a comer sin descanso. Esta especie en particular suele alimentarse –en cautividad, por supuesto, pues no viven de ningún otro modo– de hojas de morera. Aparte de la función nutritiva elemental de lo que comen, hacia el final de su vida como orugas utilizan gran parte del almidón de las hojas para fabricar dextrina, a partir de la cual fabricarán la seda.
Ahí es donde empieza la maravilla de estas criaturas: cuando llega el momento, la oruga empieza a fabricar una de las sustancias más fascinantes del mundo animal. Unas glándulas salivares modificadas, llamadas glándulas sedosas, producen una especie de “saliva” que está compuesta por dos proteínas, la fibroína y la sericina (que se llama así, por cierto, por la seda). Las glándulas producen la fibroína en el centro, y la rodean luego de sericina; finalmente, expulsan al exterior este líquido amarillento a través de agujeros muy finos denominados hileras que se encuentran bajo la boca.
Gusano de seda próximo a la metamorfosis (Creative Commons 2.5 Sharealike License).
Ambas proteínas son especiales: la fibroína del interior, como veremos luego, es de unas propiedades mecánicas y ópticas muy peculiares. La sericina del exterior tiene sus propias peculiaridades: en cuanto sale de la fina hilera y se pone en contacto con el aire, se solidifica y se vuelve extraordinariamente pegajosa en muy poco tiempo, con lo que esa “saliva” se va convirtiendo, según sale al aire, en un hilo fino y pegajoso. El hilo de seda es de unas 10 micras de diámetro, mucho más fino que un pelo humano, y la oruga lo va exudando sin descanso, dedicándose a la tarea durante dos o tres días con tanto entusiasmo como se dedicó a comer durante semanas.
Al ser la sericina tan pegajosa según sale, el gusano de seda es capaz de hilar una fibra proteica muy, muy larga. Va moviendo la cabeza realizando una especie de 8 muchas veces alrededor de todo el cuerpo, hasta que está totalmente encerrado en un capullo formado por un solo hilo de seda de hasta 1 km de longitud. Al ser la sericina tan pegajosa, el capullo queda sellado. ¿Por qué la seda que probablemente has tocado alguna vez no es pegajosa? En un momento llegamos a eso.
Capullo de gusano de seda. Crédito: Wikipedia/GPL.
Si las cosas siguen su curso, la oruga sufre la metamorfosis dentro del capullo de seda y se convierte en polilla, protegida por esta “coraza” proteínica. Sin embargo, ¿cómo salir, una vez la metamorfosis se ha completado? La polilla produce ahora, en vez de seda, una enzima proteolítica (es decir, que se “come las proteínas”) que disuelve la fibroína y la sericina: con este “líquido corrosivo” hace un agujero en el capullo y sale, por fin, convertida en una hermosa mari… bueno, no tan hermosa: en una polilla bastante anodina y que no puede ni siquiera volar.
Polillas de seda (Creative Commons 2.5 Sharealike License).
Sin embargo, como puedes comprender, algo aquí no encaja desde el punto de vista de la sericultura –la producción de seda por el hombre–. Una de las propiedades más extraordinarias de la seda es que sea un único hilo tan fino y largo: al hacer un agujero en el capullo, la polilla ha destruido gran parte de su valor. Es por eso que no dejamos que ese último paso tenga lugar, excepto en unos pocos casos (para producir la siguiente generación de polillas): los capullos se introducen en agua hirviendo o en hornos, para matar a las larvas antes de que se conviertan en polillas.
De hecho, esta parte de la producción de la seda ha hecho que las personas más sensibles a los derechos de los animales se hayan decantado por fibras sintéticas, menos delicadas y hermosas que la seda natural. Como veremos más adelante, tal vez algún día podamos fabricar seda artificial que no suponga problemas morales de este estilo, aunque hoy en día existen alternativas a la seda industrial que utilizan capullos rotos naturalmente por especies de polillas salvajes, que no involucran sumergir a ninguna larva en agua hirviendo; eso sí, naturalmente la calidad y el precio hacen menos práctico este tipo de explotación.
La introducción en agua hirviendo tiene, además, una segunda utilidad, que tiene que ver con la segunda propiedad curiosa de la sericina además de lo pegajosa que es: es muy soluble en agua. De manera que, al meter el capullo en agua, la sericina que recubre la fibroína se disuelve, el hilo deja de ser pegajoso y, de manera casi milagrosa, se desenreda fácilmente y se convierte en un hilo suave al tacto y de una longitud enorme.
Aunque existen muchas leyendas sobre cómo se descubrió esta propiedad de la sericina que nos permite disponer de la seda, lo que parece claro es que sucedió entre los años 5000 y 3000 a.C. en China. Mi versión favorita de la leyenda es la que dice que la Emperatriz Xi Ling-Shi se encontraba bebiendo té bajo un árbol cuando un capullo de seda cayó en su té. Al sacarlo, observó cómo un hilo fino y sedoso (nunca mejor dicho) se enrollaba en su dedo… la producción de seda había nacido.
Hombre, supongo que no sería algo tan poético, pero no es descabellado pensar que alguien se diera cuenta accidentalmente (tras ver un capullo mojado por la lluvia o sumergir uno en agua sin querer) de la solubilidad de la sericina en agua y lo fácil que es entonces obtener el hilo de seda del capullo.
El secreto de la seda fue guardado celosamente por los chinos, y durante mucho tiempo otros pueblos desconocían el origen de tan maravilloso tejido. Inevitablemente, llegó un momento en el que la sericultura se extendió (como es evidente por la historia de Pasteur y sus gusanos de seda), pero incluso hoy en día más de la mitad de la producción mundial de seda se sigue realizando en China. Por cierto, cada año se producen unas 35.000 toneladas de seda. Puede no parecer mucho en peso –porque la seda es tan ligera– pero eso significa que, si fuera un solo hilo, tendría una longitud de unas 600 Unidades Astronómicas: ¡600 veces la distancia de la Tierra al Sol!
Las propiedades de la seda que conocemos, por supuesto, no tienen nada que ver con la sericina (que se queda en el agua cuando los capullos se introducen en ella), sino con la fibroína. Esta proteína forma fibras de sección triangular (en vez de redondas, como muchas otras fibras naturales y artificiales), con lo que, según le dé la luz, la refleja de diferentes maneras casi como tres mini-espejos. Eso le da a la seda su brillo particular. Además, las fibras de esta proteína son muy, muy resistentes para lo poco que pesan.
Puede parecer raro, pero los mongoles llegaron a utilizar la seda como “armadura ligera”: Genghis Khan proporcionaba a sus jinetes camisas de seda para protegerlos de las flechas. Evidentemente, una camisa de este material no va a detener una espada, pero a menudo evitaba que la punta de la flecha penetrase directamente en la piel: la seda no se rompía, sino que penetraba en la carne “envolviendo” la flecha, de modo que se hacía más fácil extraerla, a la vez que se disminuía mucho el riesgo de infección.
De hecho, aunque lo de los chalecos antibalas de seda suenan a modernidad, llevan usándose mucho tiempo. En 1881 el doctor George Emery Goodfellow fue testigo de un duelo a revólver en Arizona. Uno de los dos participantes tenía un pañuelo de seda en el bolsillo de su chaqueta, y el pañuelo frenó la bala lo suficiente para salvar su vida. A lo largo de varios años, Goodfellow documentó otros casos de prendas de seda que habían salvado a sus propietarios: en uno de ellos, un pañuelo de seda alrededor del cuello evitó que una bala perforase la carótida de su propietario.
Todo esto llevó a un empresario de Chicago, Casimir Zeglen, a diseñar un chaleco antibalas hecho de muchas capas de seda: una idea excelente, pues se trataba de algo muy ligero pero resistente… pero, por supuesto, a un precio exorbitante. Un chaleco de Zeglen de 1914 costaba 800$ de entonces… ¡unos 15.000$ de ahora! Sólo los más ricos podían permitirse uno, pero era algo sencillo de llevar y prácticamente invisible.
Francisco Fernando de Austria: la seda no pudo salvarlo.
De hecho, como probablemente sabes, el suceso detonante del comienzo de la Primera Guerra Mundial fue el asesinato del Archiduque Francisco Fernando de Austria, heredero al trono del Imperio Austrohúngaro. Bien, el Archiduque llevaba en ese momento un chaleco antibalas de seda de este tipo. Desafortunadamente para él su asesino, Gavrilo Princip, le disparó en el cuello con su pistola. Por si te lo estás preguntando, un chaleco de seda no detendría las balas de un M-16, así que hoy en día hacen falta otras cosas para fabricar chalecos antibalas.
Pero la resistencia no es la única propiedad interesante de la fibroína: es además muy suave al tacto, y la delgadez de los hilos permiten un tejido extraordinariamente fino – todas estas propiedades han hecho de la seda uno de los tejidos más valiosos; tanto que la famosa Ruta de la Seda recibió su nombre en el s. XIX precisamente por ella, y el comercio de la seda ha movido verdaderas fortunas entre países a lo largo de los siglos.
Me pregunto si las refinadas damas del Medievo que vestían costosos ropajes de seda oriental se hubieran deleitado tanto en el suntuoso tejido si hubieran imaginado que era, realmente, saliva coagulada de una oruga. Probablemente no – pero, al fin y al cabo, dicho de la misma manera, ¿qué son la miel y la leche, dicho mal y pronto, sino vómito de abeja y sudor de vaca? Los más tiquismiquis tal vez no deberían preguntarse demasiado sobre el origen de las cosas.
En cualquier caso, la seda no es propiedad única de Bombyx mori: muchos otros invertebrados producen hilos de seda. Otros lepidópteros además de las polillas de la seda fabrican también capullos de seda. Además, básicamente cualquier sustancia hecha de fibras proteicas que se solidifica al contacto con el aire es seda: la tela de araña, por ejemplo. La estructura de la seda de araña es similar a la de la de los gusanos, aunque utilizan aminoácidos diferentes para producir proteínas distintas pero con la misma función.
De hecho, en muchos sentidos la tela de araña es “seda mejor que la seda”. Posee propiedades ópticas similares –seguro que has visto los brillos iridiscentes de alguna tela de araña al sol; tiene un grosor aún menor que la seda de los gusanos de seda (unas 3 micras, algo difícil de asimilar), y es bastante más resistente. De hecho, a veces se oye por ahí que es más resistente que cualquier fibra natural o artificial, aunque esto no es realmente cierto.
Para empezar, hay varias maneras de comparar la resistencia de un hilo: no es lo mismo comparar hilos del mismo grosor con hilos del mismo peso. Tampoco es lo mismo comprobar cuándo un hilo se rompe o cuándo se estira mucho. Eso sí, de lo que no hay duda es de que la seda de araña tiene una relación resistencia-peso extraordinaria: un hilo de seda del mismo grosor que uno de acero tiene aproximadamente la misma resistencia, ¡pero la seda es mucho más ligera que el acero! Kilo por kilo, la tela de araña es cinco veces más resistente que el acero.
Sin embargo, eso no quiere decir que sea más resistente por kilo que cualquier otra cosa: es parecida al Kevlar, por ejemplo, y mucho menos resistente que los nanotubos de carbono. Lo que hace especial a la tela de araña, más que su resistencia, es el hecho de que nuestras fibras parecidas (como el Kevlar) requieren procesos industriales complejos, con altas temperaturas y elevados precios… para lograr lo que una araña fabrica a temperatura ambiente y sin aspavientos, “escupiendo” discretamente.
¿Por qué seguimos entonces utilizando seda de Bombyx mori y no de araña, si es más resistente y más fina? Por una razón muy sencilla: es fácil y barato tener miles de gusanos de seda viviendo juntos y alimentándose de hojas de morera. Los intentos de producir tela de araña de forma industrial a partir de arañas han sido fracasos estrepitosos: las arañas son agresivas y son depredadores, con lo que se atacan y comen unas a otras cuando se crían en un espacio pequeño.
Por otro lado, aunque parezca mentira, no somos capaces de fabricar seda artificial, ni de la variedad del gusano de seda ni la de la tela de araña. Lo más cerca que hemos llegado fue cuando una empresa canadiense de bioingeniería, Nexia, logró modificar el código genético de cabras (añadiendo un gen de araña) para que produjeran las proteínas adecuadas para generar seda de araña en la leche. Sí, suena a ciencia-ficción, pero así fue hace unos pocos años.
El problema es que la producción del hilo de seda no sólo es compleja químicamente, sino también mecánicamente: por más que la empresa intentó hacer pasar la proteína extraída de la leche por finísimos agujeros similares a las hileras de una araña, no consiguieron hilos de la longitud y el grosor de los de “verdad”. Las hileras de una araña o un gusano de seda son aparatos especializados y minúsculos, que manipulan el líquido de una manera específica para estirarlo y crear gradientes de acidez y humedad adecuados para la producción del hilo.
De manera que, aunque fabricamos nanotubos de carbono y grafeno, somos incapaces aún de replicar algo que muchos artrópodos llevan fabricando durante millones de años. Es posible que los avances en nanotecnología nos permitan imitar las hileras de las arañas mecánicamente, y que podamos tener mini-telares de estas sedas algún día, como una alternativa barata al Kevlar y otros materiales de ese estilo.
Pero, como he dicho antes, la idea de que la seda de araña es más resistente que cualquier cosa que hayamos creado es un mito: los nanotubos de carbono son miles de veces más resistentes que la tela de araña. Pero hablando de los nanotubos de carbono…