A veces vale la pena ser impredecible. Un nuevo estudio muestra que cuando se persiguen roedores bípedos del desierto llamados jerbos, los cambios repentinos de dirección, marcha y velocidad los ayudan a eludir a los depredadores hambrientos y probablemente les den una ventaja competitiva sobre sus vecinos cuadrúpedos.
"Desarrollamos un método para medir la imprevisibilidad de los movimientos de animales en 3-D y lo usamos para estudiar el movimiento relacionado con el escape en varias especies de roedores del desierto", dijo la bióloga evolutiva de la Universidad de Michigan, Talia Moore.
Ella trabajó con un equipo interdisciplinario de investigadores, incluidos biólogos de la Universidad de Harvard y la Universidad de California, San Diego, y un ingeniero mecánico de la UM.
Los hallazgos del equipo, cuya publicación está programada para el 5 de septiembre Comunicaciones de la naturaleza , puede ayudar a los ingenieros a fabricar robots biomiméticos que se adapten a entornos específicos. Los resultados también sugieren que el bipedalismo en los roedores del desierto puede haber evolucionado para limitar la competencia entre especies y aumentar la diversidad animal.
Moore, investigador postdoctoral en el Departamento de Ecología y Biología Evolutiva de la UM, descubrió que la evasión superior del jerboa surge de su uso exclusivo de la marcha. Aunque el bipedalismo ha evolucionado varias veces en diferentes tipos de roedores, incluidas las ratas canguro y el salto australianoratones: las jerboas son el único grupo observado que usa tres patrones diferentes de pisada, o pasos, cuando se mueve sobre sus largas patas traseras: saltar, saltar y correr.
Si bien las observaciones anteriores sugirieron que los jerboas saltan a las velocidades más bajas, saltan a velocidades intermedias y corren a las velocidades más altas, el equipo de Moore no encontró diferencias significativas entre la velocidad media de cada paso.
A través de un conjunto de experimentos de laboratorio, Moore y sus colegas demostraron que las jerboas se mueven con cambios paso a paso en la marcha, que causan cambios frecuentes en la longitud, dirección y velocidad del paso. Sus maniobras evasivas pueden incluir explosiones momentáneas de aceleración, canguro-como saltos, zigzagueos erráticos y saltos acrobáticos.
Moore y sus colegas sospecharon que estos movimientos herky-jerky ayudan a frustrar los esfuerzos de un depredador aéreo para calcular un curso de intercepción. Como querían ver cómo se comportan estos animales en su hábitat natural, viajaron al noroeste de China y diseñaron un conjunto novedosode experimentos de campo para estudiar si los cuadrúpedos, las aves similares a los jerbos y las jerbos bípedas escapan de los depredadores de diferentes maneras.
La mayor parte de lo que se sabe sobre la locomoción animal se aprendió de los estudios en cinta rodante que implican el movimiento en línea recta a una velocidad casi constante durante largos períodos de tiempo, pasos predecibles. Dado que las jerbos pueden saltar más de medio metro de altura más de 10 vecesaltura de la cadera y siempre están cambiando de dirección, Moore y sus colegas tuvieron que desarrollar una forma de medir la imprevisibilidad en tres dimensiones.
Tomaron prestada una métrica de aleatoriedad, llamada entropía, de la teoría de la información y la usaron para medir la imprevisibilidad de los roedores cuando jerbos y jirds escaparon de la depredación simulada. Es el primer método cuantitativo para caracterizar la locomoción terrestre en el espacio tridimensional.
"Descubrimos que las jerboas bípedas eran mucho más impredecibles que los cuadrúpedos", dijo Moore. "Esta mayor imprevisibilidad probablemente surge de su uso único de la marcha y les da una ventaja en la carrera armamentista evolutiva entre el depredador y la presa".
Para probar si la imprevisibilidad del jerboa realmente corresponde a un mayor éxito de evasión de depredadores, los investigadores realizaron experimentos de comportamiento que midieron la tendencia de los animales a buscar refugio, lo que se llama tigmotaxis.
Los pequeños animales de forraje que son susceptibles a la depredación enfrentan un conflicto entre la necesidad de explorar nuevas áreas para comer y el deseo de permanecer en áreas cubiertas a salvo de los depredadores. Debido a este conflicto, la cantidad de tiempo que un animal pasa en un área abiertavaría con su capacidad para evadir a los depredadores: a medida que aumenta la evasión, disminuye la afinidad conductual con el refugio y la llamada "ansiedad de campo abierto".
Los investigadores midieron la tigmotaxis de roedores para probar la predicción de que el bipedalismo en jerbos se asocia con una disminución de la ansiedad en campo abierto, lo que respaldaría aún más su hipótesis de que el bipedalismo aumenta la capacidad de evasión de los depredadores
Durante los ensayos de depredación simulada, Moore y sus colegas observaron que las jerbos bípedas exploraron todo el recinto experimental, mientras que las aves tendían a permanecer cerca de la periferia amurallada. Ella realizó un segundo experimento en el laboratorio con animales criados en cautividad que nunca habían visto depredadoresantes. Los resultados de ambos experimentos sugieren que el bipedalismo en roedores se asocia con una menor tigmotaxis y una mayor evasión de depredadores en entornos abiertos.
Los métodos inventados en este estudio ayudan a sacar la biomecánica cuantitativa del laboratorio, donde los animales se examinan en entornos artificiales, y en el campo, donde los animales están respondiendo a situaciones de vida o muerte. Los resultados muestran cómo entender la morfología, la locomoción y la evolución del comportamiento pueden ayudar a los biólogos a comprender la estructura ecológica de las comunidades animales.
Además, los hallazgos pueden tener aplicaciones en el campo de la robótica. Gran parte del trabajo sobre la locomoción del robot implica un movimiento suave y predecible en entornos de baja variabilidad. La incorporación de movimientos impredecibles y variables debería mejorar el rendimiento de los robots que imitan a los organismos vivos yque viajan en el mismo terreno
"Este trabajo apunta a una nueva forma de construir un robot que puede ser útil para navegar en entornos desérticos o planetas desérticos", dijo Ram Vasudevan, profesor asistente de ingeniería mecánica de la UM y coautor del artículo de Nature Communications.querer probar y construir robots que sean capaces de prosperar en todo tipo de entornos "
Recordó una vez que el rover Curiosity con ruedas de la NASA se atascó en el desierto marciano.
"Cavó un hoyo cada vez más profundo", dijo. "¿Qué pasaría si hubieran observado cómo estos roedores viajan por el desierto? La evolución ha encontrado una solución adecuada varias veces. Hasta ahora, no hemos apreciadoqué útil es un sistema en este contexto "
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Materiales proporcionado por Universidad de Michigan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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