Los engranajes mecánicos descubiertos en los insectos fulgoromorfos brindan una oportunidad para reconocer o negar el Diseño Inteligente.

La historia ha atribuido el desarrollo de los engranajes a los antiguos griegos, hace más de dos mil años. Pero ahora resulta que los seres humanos, de hecho, no inventaron el engranaje. Si la selección natural o la agencia inteligente merecen el crédito puede estar en disputa, pero recientemente se han descubierto engranajes mecánicos en el ámbito biológico. Señoras y señores, conozcan al insecto fulgoromorfos.

Los engranajes en cuestión se encuentran en una estructura cerca de la parte superior de cada una de las patas traseras del insecto, llamada trocánter. Los humanos tienen un trocánter, que está cerca de la parte superior del fémur que se conecta al hueso de la cadera. Cuando las personas se someten a una cirugía de reemplazo de cadera, parte de lo que normalmente se reemplaza es el trocánter. Los artrópodos tienen una estructura análoga en sus piernas, que está unida rígidamente al fémur y se articula con la versión de insecto de la cadera, llamada coxa. La siguiente imagen de Wikipedia etiqueta la anatomía básica de una pierna de artrópodo:

Ahora que sabes un poco acerca de la anatomía de la pierna artrópoda, la próxima vez que comas patas de cangrejo, puedes impresionar a tus amigos (o dárselos) nombrando las partes, ¡incluido el trocánter!

En cualquier caso, la trocantera de las patas traseras de las ninfas de ísidos tienen engranajes entrelazados, de modo que una pierna no puede moverse sin que la otra se mueva también. Algunas hermosas imágenes de National Geographic y otros lugares se ven a continuación:

El documento técnico en la revista Science explica cómo los engranajes coordinan el movimiento para garantizar que los pequeños insectos salten en línea recta:

Cuando una pierna se mueve primero al comienzo de un salto, los dientes del engranaje se acoplarán y transmitirán energía a la otra pierna estacionaria, lo que hará que se mueva. Los músculos izquierdo y derecho que producen energía están inervados por conjuntos independientes de dos neuronas motoras, pero las cuatro neuronas motoras llevan patrones de picos altamente sincronizados que deberían ayudar a garantizar que se genere la misma cantidad de fuerza en cada pierna. Este mecanismo neural ayuda a la sincronía de los movimientos de las piernas, pero no puede proporcionar el nivel de sincronía medido durante el salto. Por lo tanto, la función principal de los engranajes es garantizar que las patas traseras se muevan de forma síncrona dentro de microsegundos entre sí.

La revista Popular Mechanics añade algunos detalles adicionales sobre el engranaje:

Los engranajes en sí son una rareza. Con engranaje dentados en forma de olas, no se parecen en nada a lo que encontrarías en tu auto o en un reloj elegante. (El estilo con el que probablemente esté familiarizado se denomina equipo involutivo, y fue diseñado por el matemático suizo Leonhard Euler en el siglo XVIII). Podría haber dos razones para esto. A través de una rareza matemática, hay un número ilimitado de formas de diseñar engranajes entrecruzados. Entonces, ya sea que la naturaleza haya desarrollado una solución al azar o, como Gregory Sutton, coautor del artículo e investigador de insectos de la Universidad de Bristol, sospecha, la forma del engranaje de los ísidos es particularmente adecuada para el trabajo que realiza. Está construido para «alta precisión y velocidad en una dirección», dice. «Es un prototipo para un nuevo tipo de engranaje».

En National Geographic, Sutton explica que al imitar estos engranajes en tecnología humana, podemos mejorar la función de la máquina y minimizar la fricción entre engranajes:

Las máquinas modernas, como las impresoras 3D, podrían crear fácilmente engranajes con estos dientes de aleta de tiburón. Sutton está realmente entusiasmado con la perspectiva y sospecha que pueden tener un mejor desempeño en máquinas muy pequeñas. «La maquinaria moderna a menudo no funciona a escalas muy pequeñas», dice. «La fricción no importa mucho cuando tienes dos grandes engranajes uno al lado del otro, pero cuando te pones pequeño, la fricción comienza a matarte».
Los fulgoromorfos podrían ayudar a resolver ese problema. «Todavía estamos impresionados y sorprendidos por lo que encontramos en el jardín trasero», dice Sutton.

Entonces, ¿estos engranajes son los únicos conocidos en la naturaleza? Resulta que hay otros ejemplos, como explica el artículo en Science:

En otras partes del reino animal, aparentemente se producen engranajes ornamentales en el caparazón de la tortuga de la rueda dentada Heosemys spinosa y en el pronoto del insecto de la rueda Arilus cristatus (Hemiptera, Reduviidae). Los corazones de los cocodrilos tienen una válvula de rueda dentada que se cierra durante cada latido del corazón y puede aumentar la resistencia en el flujo pulmonar. En algunos insectos, una fila de salientes espaciados regularmente funcionan como mecanismos de escape de un reloj para producir sonido. En tales mecanismos de estridulación, un plectro se mueve a través de la fila de dientes a una velocidad de 2500 a 5000 dientes por segundo, mientras que los dientes de engranajes de tamaño similar de los ísidos giran unos a otros a casi 50,000 dientes por segundo. A pesar de trabajar bajo condiciones mecánicas muy diferentes, las morfologías dentales similares de las dos estructuras sugieren restricciones que imponen una geometría particular.

A pesar del hecho de que hay otros engranajes en la naturaleza, la revista Smithsonian tiene un artículo titulado This Insect Has The Only Mechanical Gears Ever Found in Nature [Este insecto tiene los únicos engranajes mecánicos que se han encontrado en la naturaleza], que observa que «Este parece ser el primer diseño natural que funciona mecánicamente como nuestros sistemas adaptados». ¿Qué es eso de un «diseño natural»? Preocupado de que los lectores puedan comenzar a pensar que el «diseño natural» implica un diseño real, la revista agrega rápidamente:

«Por lo general, pensamos que los engranajes son algo que vemos en la maquinaria diseñada por el hombre, pero hemos descubierto que eso se debe a que no buscamos lo suficiente», dijo Sutton. “Estos engranajes no están diseñados; se han desarrollado, representando máquinas de alta velocidad y precisión desarrolladas para la sincronización en el mundo animal».

El artículo en Science trató de evitar el mismo tipo de pensamientos amigables con el Diseño Inteligente, diciendo: «Los engranajes en los ísidos, como el tornillo en la fémora de los escarabajos, demuestran que los mecanismos que antes se pensaban que solo se usan en las máquinas hechas por el hombre han evolucionado en naturaleza.»

Espera un minuto. ¿Cómo sabemos que estos engranajes evolucionaron, en lugar de haber sido diseñados? Porque sabemos que todo en biología evolucionó. ¿Y cómo sabemos que todo evolucionó? Porque sabemos que nada fue diseñado. Está bien. Pero, ¿cómo sabemos que nada fue diseñado? Porque sabemos que todo evolucionó.

Ah, lo tengo ahora. ¿Todos claros?

Artículo publicado originalmente por Casey Luskin