Los diseños en miniatura a menudo requieren más previsión y una ingeniería delicada que los diseños grandes. Por ejemplo, piense en lo difícil que sería diseñar un vehículo nano aéreo (VNA) que pudiera voltearse y aterrizar con los pies en un techo de vidrio. Sin embargo, apenas nos damos cuenta cuando una mosca hace eso. Los científicos que miran más de cerca estas cosas a menudo se asombran de lo que hacen los animales. Aquí hay algunas pequeñas maravillas que merecen nuestra admiración y respeto.
La mosca
Los científicos de los EE. UU. y la India disminuyeron la velocidad y magnificaron cómo las moscas podrían aterrizar en un techo. En su artículo «Las moscas aterrizan boca abajo en un techo utilizando rápidas maniobras de rotación visualmente mediadas», publicado en la revista de acceso abierto de la AAAS Science Advances, comparten lo que aprendieron.
Las moscas y otros insectos habitualmente aterrizan boca abajo en el techo. Estas maniobras de aterrizaje invertido se encuentran entre las hazañas acrobáticas más notables, sin embargo, el rango completo de estos comportamientos y sus procesos sensoriales-motores subyacentes siguen siendo en gran parte desconocidos. Aquí, informamos que el aterrizaje invertido exitoso en moscas implica una secuencia en serie de módulos de comportamiento bien coordinados, que consiste en una aceleración inicial hacia arriba seguida de una rápida rotación del cuerpo y extensión de la pierna, antes de terminar con un giro del cuerpo asistido y girado alrededor de las piernas firmemente unidas al techo. Los análisis estadísticos sugieren que las maniobras de rotación se activan cuando la velocidad relativa de expansión retiniana de las moscas alcanza un umbral. Además, las moscas exhiben tasas de inclinación y balanceo muy variables, que están fuertemente correlacionadas y probablemente mediadas por múltiples señales sensoriales. Cuando vuela con velocidades más altas hacia adelante o hacia abajo, las moscas disminuyen la velocidad de cabeceo pero aumentan el grado de oscilación asistida por las piernas, aprovechando así la transferencia del impulso lineal del cuerpo. [Énfasis añadido.]
Los investigadores de Penn State, que participaron en el estudio, llaman a esto «posiblemente la maniobra acrobática más difícil y menos comprendida realizada por insectos voladores». El autor principal, Bo Cheng, dijo: «En última instancia, queremos replicar eso en ingeniería, pero tenemos que entiéndelo primero”. El equipo se sorprendió al ver cómo la mosca podía lograr cuatro “maniobras perfectamente sincronizadas” para aterrizar boca abajo en un abrir y cerrar de ojos: aceleración, volteretas, extensión de piernas y balanceo de todo el cuerpo asistido por las piernas.
Las maniobras de la mosca «exhibieron una velocidad angular notablemente alta», encontraron los científicos, mientras observaban cómo el pequeño insecto «voltea» alrededor de sus patas delanteras. Su cuerpo viene bien equipado para manejar la tensión. «Este proceso depende en gran medida de la adherencia de las almohadillas en forma de cojín en sus pies (llamadas pulvilli), lo que garantiza un agarre firme y la viscoelasticidad de las articulaciones de las piernas, lo que amortigua el impacto al contacto«. El equipo de investigación estaba, aparentemente, tan fascinado con la aerodinámica para especular sobre la evolución.
Una mosca también está bien equipada para volar estable. Michael Dickinson ha estado estudiando vuelo de insectos durante años en su laboratorio especializado en Caltech. Su equipo publicó otro artículo «notable» en Current Biology, informando que «Las moscas regulan el movimiento de las alas a través del control activo de un giroscopio de doble función». Las moscas de la fruta son miembros de Diptera (dos alas), porque sus alas traseras se arrugan, llamados halteres, se han considerado vestigiales alas de vuelo. Algunos han pensado que funcionan como giroscopios. Dickinson decidió probar esa idea:
Las moscas ejecutan sus notables maniobras aéreas utilizando un conjunto de músculos de dirección del ala, que se activan en fases específicas del ciclo de carrera. La fase de activación de estos músculos, que determina su producción biomecánica, surge a través de la retroalimentación de los mecanorreceptores en la base de las alas y las estructuras únicas de las moscas llamadas halterios. Evolucionados desde las alas posteriores, los pequeños halterios oscilan a la misma frecuencia que las alas, aunque no cumplen una función aerodinámica y se cree que actúan como giroscopios. Al igual que las alas, los halterios poseen músculos de control diminutos cuya actividad se modifica mediante la entrada visual descendente, lo que aumenta la posibilidad de que las moscas controlen el movimiento del ala ajustando la salida motora de sus halterios, aunque esta hipótesis nunca se ha probado directamente.
Los evolucionistas que han tratado a los halterios como órganos vestigiales inútiles ahora tendrán que explicar incluso más funciones de lo que se pensaba anteriormente.
Nuestros resultados sugieren que, en lugar de actuar únicamente como un giroscopio para detectar la rotación del cuerpo, los halterios también funcionan como un reloj ajustable para establecer el tiempo de pico de las neuronas motoras del ala, una capacidad especializada que evolucionó a partir de los circuitos de vuelo genéricos de sus antepasados de cuatro alas. Además de demostrar cómo el circuito de control eferente de una estructura sensorial regula el movimiento del ala, nuestros resultados proporcionan una idea del escenario selectivo que dio lugar a la evolución de los halterios.
Pero si los halterios cumplen funciones útiles de temporización y control ahora, ¿quién puede decir que no eran equipos originales? Después de todo, los dipterans en general se encuentran entre los volantes más versátiles del mundo de los insectos. Si algo funciona, como ha señalado Paul Nelson, no está sucediendo por accidente. «Aunque el halterio se describe comúnmente como un giroscopio», dice el equipo de Dickinson, «la estructura se interpreta mejor como un órgano sensorial multifuncional«. En comparación con otros insectos con cuatro alas, las moscas tienen esta ventaja: «los mecanorreceptores de ala nunca pueden proporcionar tan directamente una señal de reloj como los mecanorreceptores en un halterio”. En el mejor de los casos, el beneficio puede verse como una subfuncionalización de las alas traseras en funcionamiento. Eso representaría un ejemplo de involución, no de evolución de nuevos rasgos funcionales. Como un conductor con poco combustible, eliminó el maletero para obtener un mejor rendimiento de combustible.
Travesuras rápidas
Se ha descubierto un nuevo récord de velocidad en tierra en hormigas. En la revista New Scientist se escribe: «La hormiga del desierto corre tan rápido que cubre 100 veces la longitud de su cuerpo por segundo». El reportero Michael Marshall no dice si la hormiga grita «¡Ay!» A cada paso en la arena caliente del Sahara, pero esta hormiga parece un desesperada mientras corre, imitando al corre caminos de la fama de los dibujos animados. El truco de la hormiga es sincronizar las seis patas y tomar hasta 47 pasos por segundo. Al cazar insectos agotados por el calor durante el día, la hormiga de plata sahariana tiene otra adaptación: su cuerpo está cubierto de pelos plateados que luchan contra el calor.
La cobertura de Nature incluye un video que muestra la técnica de carrera de la hormiga ralentizada por un factor de 44, y que todavía es casi demasiado rápido para concentrarse. Galopando a 85 centímetros por segundo, la hormiga prácticamente vuela con todos sus pies fuera del suelo en algunos puntos de su andar. Aterrizar con tres pies en el suelo a la vez también le da estabilidad, como un trípode, que ayuda a evitar que la hormiga se hunda en la arena.
Maestros de escondrijos
Los ingenieros de la NASA están tratando de resolver un problema con su nuevo módulo de aterrizaje en Marte, llamado Insight. Su «topo», un instrumento diseñado para excavar 16 pies en el suelo marciano para medir maremotos, está atascado en 14 pulgadas. Estaba equipado con un martillo inercial para excavar, pero el suelo está resultando más duro de lo esperado, dice JPL. Quizás deberían haber imitado las lombrices de tierra en su lugar. ¿Cómo logran los animales frágiles y blandos aflojar el suelo de manera tan efectiva?
Helen Briggs de BBC News informa que «El primer atlas mundial de lombrices de tierra se ha compilado, basado en encuestas en 7,000 sitios en 56 países». El atlas de diversidad global de lombrices de tierra, publicado por la AAAS en Ciencia, comienza explicando por qué esto es importante . «Las lombrices de tierra son componentes clave de las comunidades ecológicas del suelo, que realizan funciones vitales en la descomposición y el ciclo de nutrientes a través de los ecosistemas«.
Por separado, Liu et al. en Current Biology investigó cómo «las lombrices de tierra coordinan la biota del suelo para mejorar las funciones de múltiples ecosistemas». Su concepto clave era la «multifuncionalidad» de los suelos, que se refiere a «medidas agregadas de la capacidad de los ecosistemas para proporcionar simultáneamente múltiples funciones del ecosistema». mostraron que los gusanos ofrecen su contribución vital principalmente al «cambiar la composición funcional hacia una comunidad del suelo que favorece el canal de energía bacteriana y fortalecen las asociaciones bióticas de las comunidades microbianas y microfaunales del suelo». Menos importantes fueron sus efectos sobre la estructura del suelo y el pH. En otras palabras, las lombrices de tierra cooperan con la biota del suelo para promover las funciones del ecosistema más posibles.
Un metro cúbico de tierra puede contener 150 lombrices de tierra individuales, dice la BBC. ¿Cómo las lombrices de tierra suaves y flexibles se exprimen a través de suelos duros, y luego logran tanto bien multifuncional con cerebros pequeños y sin ojos? Estos documentos no entran en eso, pero es suficiente decir que, sin ellos, el suelo de la Tierra probablemente sería tan inhóspito como el de Marte.
Un planeta dinámico
En muchos niveles, nuestro planeta es privilegiado, ya que fue diseñado con la previsión de promover la habitabilidad. Es probable que los entornos en un planeta dinámico cambien. Cuando el hábitat cambia, los organismos deben ser lo suficientemente flexibles como para adaptarse. La teoría del diseño inteligente puede apoyar la diversificación, el «césped» de la vida que se ramifica en las puntas, en lugar del árbol de Darwin con una sola raíz. La hormiga plateada del Sahara, por ejemplo, podría haberse diversificado de otras hormigas una vez que el Sahara se secó de su antiguo hábitat ribereño (como lo demuestran los canales de los ríos detectables bajo la arena). Solo requeriría modificaciones o exageraciones de los rasgos existentes: vello corporal, piernas y comportamientos.
Hay unas 6,000 especies de lombrices de tierra, incluidas especies de solo unos centímetros de longitud para gigantes de hasta 3 metros; estos también podrían haberse diversificado en función de sus entornos locales. Las alas traseras de una mosca podrían encogerse y degradarse si las alas se subfuncionalizan, pasando de múltiples propósitos a enfocarse en lo más importante para sus necesidades. Esto no es muy diferente de los peces cavernarios ciegos que, habiendo perdido los ojos, compensan con sentidos exagerados de tacto y olfato.
Ninguna de estas consideraciones afecta el argumento del diseño. Las alas, las piernas y la capacidad de excavar no ocurren por accidente. Podemos maravillarnos de la previsión incorporada en estas criaturas que se convierten en campeones de rasgos particulares en sus respectivos concursos familiares.
Crédito de la imagen: Penn State (Redimensionada)
Artículo originalmente publicado por Evolution News
