Los peces perciben cambios en las corrientes de agua causados por presas, congéneres y depredadores que usan su línea lateral. Los pequeños sensores de este órgano también les permiten navegar de manera confiable. Sin embargo, al aumentar la velocidad de la corriente, la señal de fondo también aumenta. Científicos de la Universidadde Bonn han creado un modelo realista y tridimensional de un pez por primera vez y han simulado las condiciones actuales precisas. Los cálculos virtuales muestran que las adaptaciones anatómicas particulares minimizan el ruido de fondo. Los resultados ahora se presentan en The Journal of theInterfaz de la Royal Society.
El ide Leuciscus idus es un pez que habita en los tramos inferiores de ríos de flujo lento. Como la mayoría de los peces, puede percibir la corriente usando su línea lateral. Los mecanorreceptores de este órgano se distribuyen sobre la superficie de todo el cuerpo., por lo que el órgano proporciona una imagen tridimensional de las condiciones hidrodinámicas. Los peces también pueden orientarse en la oscuridad e identificar presas, congéneres o depredadores. El zoólogo recientemente retirado Prof. Horst Bleckmann de la Universidad deBonn ha pasado muchos años investigando el órgano sensible y lo ha utilizado como inspiración para sensores de flujo técnicos para, por ejemplo, identificar fugas en las tuberías de agua.
primer modelo de computadora tridimensional realista
Los científicos Dr. Hendrik Herzog del Instituto de Zoología y Dr. Alexander Ziegler del Instituto de Biología Evolutiva y Ecología de la Universidad de Bonn ahora han entrado en una nueva dimensión de investigación en la línea lateral en peces: crearon el primermodelo de computadora realista y tridimensional del sistema de línea lateral, que utilizaron para calcular las condiciones precisas de flujo del agua circundante ". Nos concentramos en la cabeza del ide, porque la línea lateral del pez tiene una forma particularmente compleja allí", informa el Dr. Herzog.
Este órgano tiene dos tipos diferentes de sensores. Algunos sobresalen como pequeñas protuberancias de la superficie de la piel del pez y el agua fluye directamente sobre ellos. Otros se sientan en canales que están sumergidos en el hueso craneal y están conectados al agua a través de pequeños"Si la presa, como un camarón de agua dulce, está cerca, la corriente de agua local y las condiciones de presión cambian", explica el Dr. Ziegler. El pez registra esto con sus muchos sensores. "Sin embargo, hasta ahora, la función real deestos diferentes tipos de medición de corriente no se han aclarado de manera concluyente "
Ambos investigadores recibieron el apoyo activo de Birgit Klein de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Westfalia. En su tesis de licenciatura en el Instituto de Zoología, la estudiante de maestría actual comparó varios métodos de reconstrucción 3D. Tomó alrededor de 350 fotos del jefe de la idedesde varios ángulos y los usó para producir un modelo 3D de la superficie del pez. Ella había teñido los canales y sensores de la línea lateral de antemano, por lo que las estructuras en el modelo pueden identificarse claramente. Luego optimizó el conjunto de datos digitalizando elcabeza de pez utilizando un procedimiento de escaneo láser de mucha mayor resolución.
Esto creó una imagen realista de la superficie de los peces, pero el interior del animal no se registró de esta manera. Es por eso que los investigadores utilizaron un escáner de tomografía microcomputada como tercer método. Un agente de contraste permitió que el tejido blandose muestra incluso cuando se utiliza esta técnica de rayos X. Al final, los datos de las tres técnicas fluyeron al modelo realista de la línea lateral. Los zoólogos simularon así varias condiciones de corriente y calcularon las señales hidrodinámicas a los distintos sensores.
Una corriente fuerte es un desafío para los peces, ya que el ruido de fondo para los sensores es particularmente grande. Sin embargo, los peces pueden percibir con precisión su entorno incluso a altas velocidades del agua. Como muestran los investigadores con sus cálculos, las depresiones aseguran quela corriente se reduce significativamente para los sensores con forma de protuberancias que se asientan en la superficie de la piel. "La intensidad de la señal relativa de, por ejemplo, los organismos de presa se vuelve mayor", explica el Dr. Herzog. Para los sensores en los canales, erase muestra que ciertas secciones de la línea lateral son particularmente sensibles a la intensidad de corriente respectiva debido a los diferentes diámetros de canal.
Aplicación de inspiración biológica: navegación mejorada de robots submarinos
"Usando nuestro enfoque metódico, en el futuro serán posibles estudios anatómicos comparativos entre diferentes especies de peces con un nivel de detalle especialmente alto", informa el Dr. Ziegler. Su colega ve aplicaciones bioinspiradas en primer plano: "El conocimiento detales modelos 3D de peces también pueden permitir mejorar significativamente la navegación autónoma de robots submarinos utilizando sensores de flujo ", sugiere el Dr. Herzog.
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Materiales proporcionado por Universität Bonn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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