Kelly Sutherland, de la Universidad de Oregón, ha visto el futuro de la exploración submarina al estudiar la destreza natatoria de pequeñas medusas recolectadas en Puget Sound frente a la isla de San Juan en Washington.
En un documento con cuatro colegas en la edición del 2 de septiembre de la revista Comunicaciones de la naturaleza Sutherland detalla cómo un pequeño tipo de medusa, los sifonóforos coloniales, nadan rápidamente coordinando múltiples chorros de agua de unidades separadas pero genéticamente idénticas que conforman el animal.
La información sobre la biomecánica de un organismo vivo que utiliza un sistema tan coordinado debería inspirar "una solución natural para una organización multimotor que pueda contribuir al campo en expansión del diseño de vehículos de propulsión distribuidos bajo el agua", concluyen los coautores ensu papel
"Este es un sistema muy interesante para estudiar la propulsión, porque estas jaleas tienen múltiples campanas de natación para usar como propulsión", dijo Sutherland, biólogo del Instituto de Biología Marina de Oregon de la UO en Charleston y el Colegio de Honor Robert D. Clarken el campus de Eugene: "Esto es relativamente raro en el reino animal. La mayoría de los organismos que nadan con propulsión lo hacen con un solo chorro. Estos sifonóforos pueden convertirse en un centavo, y muy rápidamente".
Las jaleas estudiadas son Nanomia bijuga . Son miembros del filo Cnidaria, cuyos miembros tienen células de picadura especializadas que se utilizan principalmente para capturar presas.
N. bijuga rara vez excede dos pulgadas de largo, pero con tentáculos puede extenderse hasta un pie de largo. Las muestras se recolectaron, con mayor frecuencia en la noche, cuando sus cuerpos translúcidos se ven fácilmente con luz sobre el agua oscura, con tazas de los muelles flotantes en elLaboratorios Friday Harbor de la Universidad de Washington. Las colonias individuales contenían de cuatro a 12 estructuras similares a chorros conocidas como nectóforos.
Sutherland dijo que un solo animal se parece un poco a un montón de medusas diminutas juntas. Las medusas más reconocidas por los amantes del océano generalmente son mucho más grandes y son impulsadas por un solo chorro. Sin embargo, las pequeñas versiones estudiadas incluyen múltiples unidades ytener una clara división del trabajo.
"Las campanas de natación más jóvenes en la punta de la colonia son responsables de girar", dijo Sutherland. "Generan mucho torque. Las campanas de natación más antiguas hacia la base de la colonia son responsables del empuje". Sus tentáculos capturan el zooplancton, los pequeños organismos que consumen estas medusas, agregó.
Para comprender cómo estas jaleas impulsan el agua para maniobrar, los investigadores colocaron colonias de muestra en pequeños tanques hechos a medida y agregaron partículas de siembra neutralmente flotantes como trazadores. Con los tanques iluminados con una delgada lámina láser bidimensional, el movimiento de las jaleas fuecapturado con fotografía digital de alta velocidad, a 1,000 cuadros por segundo. Los datos se analizaron con velocimetría de imagen de partículas, una técnica que proporciona mediciones instantáneas de velocidad.
La mayoría de los animales y los vehículos diseñados por humanos dependen de propulsores a reacción que se giran para cambiar de dirección, una práctica que, según Sutherland, es complicada desde el punto de vista del diseño o la ingeniería.
"Estas jaleas tienen una leve capacidad para girar sus chorros individuales, pero no necesitan hacerlo", dijo. "Con múltiples chorros estáticos pueden lograr toda la maniobrabilidad que necesitan. Diseñar un sistema como este seríasimple pero elegante. Y tiene redundancias en el sistema. Si un chorro se apaga, habría poca pérdida de propulsión ".
La investigación da una idea de cómo los animales pueden alcanzar niveles complejos de maniobrabilidad y rendimiento con componentes relativamente simples, dijo John "Jack" H. Costello de Providence College en Rhode Island, autor principal del estudio.
"Los nectóforos de estas jaleas parecen ser estructuras bastante simples productoras de chorros", dijo. "Al nadar hacia adelante, los chorros son esencialmente estereotípicos en dirección, parecen chorro en una dirección constante. La complejidad del giro esesto se logra alternando qué unidades se contraen y con qué fuerza se disparan. En lugar de maniobrar haciendo alteraciones físicas muy complejas en las direcciones del chorro entre múltiples individuos, la colonia ha evolucionado para controlar componentes relativamente simples y estables utilizando un sistema de control más complejo ".
El siguiente paso, dijo Costello, es comprender cómo los animales maximizan su control de patrones de movimiento muy básicos para lograr resultados tan complejos. "Creemos que la identificación de esos patrones de control nos permitirá comprender los niveles de alto rendimiento de los nadadores de animalesy que tal vez parte de esta información sea aplicable a vehículos diseñados por humanos.
En su laboratorio de UO, Sutherland estudia organismos gelatinosos, principalmente medusas, para tratar de entender cómo interactúan los organismos con el fluido que los rodea. Las preguntas fundamentales que impulsan su investigación son cómo manipulan el agua a su alrededor para nadar y cómo lo hacen.alimentar.
"Mi primera interacción con los animales utilizados en esta investigación fue en realidad nadar con ellos en su entorno natural", dijo. "Son migradores verticales, salen a la superficie por la noche y vuelven a nadar en las profundidades durante el día. Ellospuede nadar cientos de metros cada noche "
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Materiales proporcionado por Universidad de Oregon . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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