junio 9, 2023

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Uno de los saltadores más impresionantes de la naturaleza: el Springtail

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Entre las maravillas del mundo natural que pocas personas han notado: un colémbolo semiacuático en movimiento.

Hay alrededor de 9,000 especies conocidas de colémbolos, pequeños invertebrados parecidos a pulgas, en todo el mundo. Muchos viven en hábitats oscuros y húmedos, pero se pueden encontrar en los siete continentes; algunos incluso migran sobre la nieve. Los artrópodos deambulan por la tierra lanzando sus cuerpos al aire, a veces girando 500 veces por segundo, como artistas de circo disparados con cañones autónomos. Pero buena suerte echando un vistazo al espectáculo de trapecio: la mayoría de los colémbolos son «tan pequeños como un grano de arena», dijo Víctor Ortega Jiménez, investigador de biomecánica de la Universidad de Maine que ha estudiado a las criaturas.

Ahora, una serie de videos más lentos y ampliados de estos saltos de alto octanaje, publicados por el Dr. Ortega Jiménez y colegas en un artículo publicado el lunes en Proceedings of the National Academy of Sciences, revela un elemento de control corporal diminuto que es casi elegante. La imagen ayuda a explicar en detalle cómo los colémbolos saltan por el aire y terminan de pie casi cada vez que aterrizan.

Dr. Ortega Jiménez dijo que el control de los colémbolos provenía en gran parte de su característica más distintiva y enigmática, el colóforo, un tubo que sobresale de sus abdómenes. Este tubo interactúa de diferentes maneras con las fuerzas que rodean a los animales: arrastre, tensión superficial, gravedad. “Están aprovechando el agua y el aire”, dijo el Dr. Ortega Jiménez.

Los colémbolos no son insectos, aunque durante mucho tiempo han sido clasificados como tales debido a sus seis patas, cuerpos segmentados y antenas. Debido a sus bocas, que están retraídas dentro de sus cabezas, ahora constituyen la mayoría de una clase taxonómica diferente: entognatha.

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Taxonómicamente, los colémbolos se llaman Collembola, una etiqueta que les dio John Lubbock, un erudito inglés del siglo XIX y principios del XX. La palabra proviene de las palabras griegas para «pegamento» y «clavija». Lubbock lo nombró así por el comportamiento que observó después de dar vuelta a los colémbolos sobre sus espaldas y colocar un trozo de vidrio sobre sus estómagos. Los animales alcanzarían el fragmento con sus patas mientras simultáneamente emitían un fluido desde las puntas de sus colóforos y lo empujaban hacia la superficie. Este fluido, Lubbock el escribio“Sin duda da una mejor fijación”.

Más tarde, otros científicos cuestionaron esta explicación de la función del colóforo. En el siglo XX, la explicación funcional más ampliamente aceptada para el colóforo, la única parte del cuerpo del colémbolo que atrae el agua, era como un manera de chupar nutrientes. En el siglo XXI se han propuesto otros usos: podría ser un herramienta de autolimpieza o una forma de salto directo de colémbolo.

el medico Ortega Jiménez, cuya investigación se centra en cómo se mueven los animales, se interesó en los colémbolos cuando los vio saltar cerca de un arroyo. Si bien se pensaba que los animales solo podían apuntar en una dirección y luego dar vueltas salvajemente por el aire, cuando los artrópodos saltaron de la orilla al agua y de regreso, el Dr. Ortega Jiménez notó que parecían aterrizar exactamente donde habían comenzado. Hacerlo requeriría algún tipo de control durante todo el salto.

Volviendo al laboratorio, el Dr. Ortega Jiménez comenzó a filmar colémbolos en vuelo y diseñó un pequeño túnel de viento para ver cómo los animales manejaban las diferentes condiciones del aire. Descubrió que el colóforo de un colémbolo estaba involucrado en todas las partes del salto.

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Durante el despegue, cuando los colémbolos golpearon sus espoletas en el agua, los colóforos atraparon una gota de agua. A medida que los animales giraban por el aire, curvaban sus cuerpos en forma de U, lo que ralentizaba su rotación y finalmente les permitía volar por el aire en línea recta, como minihéroes.

Cuando se les dio la vuelta en el túnel de viento, los colémbolos con gotas de agua en sus colóforos pudieron darse la vuelta en menos de 20 milisegundos, más rápido que cualquier otro animal registrado anteriormente. Pechos fuera, los colémbolos aterrizaron y el colóforo acuoso les dio una base más estable y una adherencia pegajosa a la superficie.

“Estaban saltando en paracaídas y aterrizando de pie”, dijo el Dr. Ortega Jiménez.

Usando modelos matemáticos, los investigadores encontraron que los colémbolos con gotas de agua en sus colóforos se agitaron mucho menos cuando aterrizaron que los colémbolos secos; podrían terminar de pie en la mitad del tiempo. Saad Bhamla, un investigador de biomecánica del Instituto de Tecnología de Georgia que también trabajó en la investigación, dijo que si bien es probable que el colóforo tuviera otras funciones, su papel en el salto, durante el despegue, el vuelo y el aterrizaje, parecía ser crucial. “Esa, para mí, es la característica fantástica aquí”, dijo.

Dr. Bhamla ayudó a traer a los especialistas en robótica, quienes diseñaron un robot basado en el colémbolo que podía enderezarse en el aire y aterrizar sobre sus pies el 75% del tiempo. Este tipo de control, dijo, ha sido poco estudiado en robótica, que generalmente se enfoca en el despegue. Construir una máquina que pueda aterrizar consistentemente significa construir una máquina que pueda estar lista para saltar antes. «Porque si pueden controlar el salto, pueden seguir haciéndolo una y otra vez», dijo Bhamla. “Y esto es mucho más interesante”.

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Esto, dijo Ortega Jiménez, también puede ofrecer una explicación evolutiva para los saltos de los colémbolos. Si bien hay mucha especulación en este punto y «la evolución de estos animales que saltan es un misterio», una recuperación rápida de un salto permite que los colémbolos escapen mejor de los depredadores. “Estar preparado es esencial para la supervivencia”, dijo el Dr. Ortega Jiménez.

Sorprendió a los investigadores encontrar tanto control en animales tan pequeños. Pero la dinámica a pequeña escala suele ser contraria a la intuición, e incluso las características básicas pueden pasarse por alto fácilmente. Un poco de agua en el abdomen puede cambiarlo todo.

«En términos de diseño, es tan ridículamente simple», dijo Bhamla. «Es como, ‘¿Por qué no pensé en eso?'»

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