La mayoría de las serpientes llegan de A a B doblando sus cuerpos en forma de S y deslizándose hacia adelante de cabeza. Sin embargo, algunas especies, que se encuentran en los desiertos de América del Norte, África y el Medio Oriente, tienen una forma más extraña de llegarConocidas como "sidewinders", estas serpientes conducen con sus secciones medias en lugar de sus cabezas, deslizándose de lado a través de la arena suelta.
Los científicos observaron microscópicamente la piel de los sidewinders para ver si desempeña un papel en su método único de movimiento. Descubrieron que los vientres de los sidewinders están tachonados de pequeños hoyos y tienen pocos, si es que tienen alguno, de los pequeños picos que se encuentran enlos vientres de otras serpientes.
El Actas de la Academia Nacional de Ciencias publicó el descubrimiento, que incluye un modelo matemático que vincula estas distintas estructuras para funcionar.
"La locomoción especializada de los sidewinders evolucionó de forma independiente en diferentes especies en diferentes partes del mundo, lo que sugiere que el sidewinders es una buena solución a un problema", dice Jennifer Rieser, profesora asistente de física en Emory University y primera autora del estudio.. "Comprender cómo y por qué funciona este ejemplo de evolución convergente puede permitirnos adaptarlo a nuestras propias necesidades, como construir robots que puedan moverse en entornos desafiantes".
Los coautores del artículo incluyen a Joseph Mendelson, un herpetólogo y director de investigación en el zoológico de Atlanta; la bióloga evolutiva Jessica Tingle Universidad de California, Riverside; y los físicos Daniel Goldman Georgia Tech y el co-primer autor Taiwán.De Li Universidad de la ciudad de Nueva York.
Los intereses de investigación de Rieser combinan la física de la materia blanda materiales fluidos como la arena y la biología de los organismos. Estudia cómo las superficies de los animales interactúan con los materiales fluidos en sus entornos para moverse. Los conocimientos de su investigación pueden conducir a mejorasen tecnología humana.
Las serpientes y otras locomotoras sin extremidades son particularmente interesantes para Rieser. "Aunque las serpientes tienen un plan corporal relativamente simple, son capaces de navegar con éxito en una variedad de hábitats", dice. Sus cuerpos largos y flexibles son un trabajo inspirador enRobots "serpiente" para todo, desde procedimientos quirúrgicos hasta misiones de búsqueda y rescate en edificios colapsados, agrega.
En un artículo anterior, Rieser y sus colegas descubrieron que diseñar robots para que se muevan en formas serpenteantes puede ayudarlos a evitar una catástrofe cuando chocan con objetos en su camino.
Sidewinders le ofreció la oportunidad de profundizar en cómo la naturaleza ha desarrollado formas de moverse a través de arena suelta y otra materia blanda.
La mayoría de las serpientes tienden a mantener sus vientres en gran medida en contacto con el suelo mientras se deslizan hacia adelante, doblando el cuerpo desde la cabeza hasta la cola. Sin embargo, un sidewinder levanta su sección media del suelo y la desplaza hacia los lados.
Estudios previos han planteado la hipótesis de que el viento lateral puede permitir que una serpiente se mueva mejor en pendientes arenosas ". La idea es que los movimientos laterales esparcen las fuerzas que sus cuerpos imparten al suelo a medida que se mueven para que no provoquen la caída de una duna de arena.avalancha a medida que se mueven a través de él ", explica Rieser.
Para el artículo actual, Rieser y sus colegas investigaron si la piel de los sidewinders también podría desempeñar un papel en su estilo de movimiento único.
Se centraron en tres especies de tortugas marinas, todas ellas víboras, residentes en zoológicos: la serpiente de cascabel Crotalus cerastes, que se encuentra en los desiertos del suroeste de los Estados Unidos y el norte de México; y la víbora cornuda sahariana Cerastes cerastesy la víbora de arena del Sahara Cerastes vipera, ambos de los desiertos del norte de África.
Las pieles desprendidas de los sidewinders se recolectaron y escanearon con microscopía de fuerza atómica, una técnica que proporciona una resolución a nivel atómico, del orden de fracciones de nanómetro. A modo de comparación, también escanearon pieles de serpientes desprendidas de los no sidewinders.
Como era de esperar, la microscopía reveló pequeños picos que apuntan de la cabeza a la cola en la piel de los que no se mueven de lado. Investigaciones anteriores habían identificado estos micro picos en una variedad de otras serpientes deslizantes.
El estudio actual, sin embargo, encontró que la piel de las sidewinders es diferente. Las dos sidewinders africanas tenían micro hoyos en el vientre y no tenían picos. La piel de la serpiente de cascabel sidewinder también estaba tachonada de pequeños hoyos, junto con unos pocos, muchospicos más pequeños, aunque muchos menos picos que los de las serpientes deslizantes.
Los investigadores crearon un modelo matemático para probar cómo estas diferentes estructuras afectan las interacciones de fricción con una superficie. El modelo mostró que los picos que apuntan de la cabeza a la cola mejoran la velocidad y la distancia de la ondulación hacia adelante, pero son perjudiciales para el viento lateral.
"Puedes pensar en ello como las crestas de un material de pana", dice Rieser. "Cuando pasas los dedos por la pana en la misma dirección que las crestas, hay menos fricción que cuando deslizas los dedos por las crestas".
El modelo también mostró que la estructura uniforme y no direccional de los pozos redondos mejoró el viento lateral, pero no fue tan eficiente como los picos para la ondulación hacia adelante.
La investigación proporciona instantáneas en diferentes puntos en el tiempo de evolución convergente, cuando diferentes especies desarrollan independientemente rasgos similares como resultado de tener que adaptarse a entornos similares.
Rieser señala que los desiertos arenosos estadounidenses son mucho más jóvenes que los de África. El Mojave de América del Norte acumuló arena hace unos 20.000 años, mientras que las condiciones arenosas aparecieron en la región del Sahara hace al menos siete millones de años.
"Eso puede explicar por qué a la serpiente de cascabel sidewinder todavía le quedan algunas micropúas en su vientre", dice. "No ha tenido tanto tiempo para desarrollar una locomoción especializada para un entorno arenoso como las dos especies africanas, que ya hanperdió todos sus picos. "
Los ingenieros también pueden querer adaptar sus diseños de robots en consecuencia, agrega Rieser. "Dependiendo del tipo de superficie que necesite un robot para moverse", dice, "es posible que desee considerar diseñar su superficie para tener una textura particular paramejorar su movimiento. "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Ciencias de la salud de Emory . Original escrito por Carol Clark. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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