Desde la década de 1900, los neurocientíficos han sabido que los sistemas nerviosos periféricos de los tetrápodos animales de cuatro patas varían mucho, pero cómo estas diferencias afectan la forma en que los animales caminan, corren o se mueven no se ha entendido bien. Ahora, un estudiopublicado en el Revista de biología experimental el 27 de enero, escrito por un profesor de anatomía del Instituto de Tecnología de Nueva York, sugiere que las adaptaciones neuromusculares en mamíferos y aves pueden haberles permitido ser más ágiles que los reptiles y anfibios.
"Esta investigación podría explicar por qué los tigres tienen una caminata mucho más suave que los cocodrilos, que arrastran y arrastran su abdomen, y quizás una de las razones por las cuales los humanos de hoy han evolucionado para caminar con pasos tan uniformes", dice el autor principal Michael Granatosky, Ph.D.., profesor asistente de Anatomía en el Instituto de Tecnología de Nueva York, Facultad de Medicina Osteopática NYITCOM.
Los tetrápodos tienen pequeños receptores en sus músculos llamados órganos tendinosos de Golgi, que protegen a los músculos de las fuerzas durante la locomoción caminar y otras actividades físicas. Cuando la tensión muscular se vuelve peligrosa, estos receptores le indican al sistema nervioso que produzca reflejos que liberen tensión y eviten lesionesLos anfibios y los reptiles, que divergieron de los primeros tetrápodos antes que los mamíferos y las aves, tienen tendones de Golgi de forma libre ubicados más lejos de la unión músculo-tendón, lo que sugiere que detectan el estrés en todo el músculo. Por el contrario, las aves y los mamíferos han encapsulado los órganos tendinosos de Golgi.directamente en la unión músculo-tendón, lo que significa la capacidad de detectar tensión en áreas musculares precisas, lo que permitiría un movimiento más controlado. Ahora, los investigadores plantean que las aves y los mamíferos deben sus zancadas ágiles a estos receptores finamente sintonizados.
"Estas variaciones estructurales son bien conocidas, pero nadie ha cuestionado lo que realmente significan para los animales", dice Granatosky. "Estudiamos la mayor colección de datos de locomotoras zoológicas hasta la fecha, que abarcó 30 años y 55 especies, y descubrióque estas variaciones afectan directamente la forma en que los animales responden a las fuerzas que actúan sobre sus extremidades "
Continuando con el trabajo de su mentor postdoctoral Callum Ross, Ph.D., profesor de Biología y Anatomía Organismal en la Universidad de Chicago, Granatosky analizó vastos conjuntos de datos de zoológicos e instalaciones de investigación en los EE. UU., Canadá y AlemaniaPara examinar la distribución del peso corporal en movimiento, los pasos de los animales se midieron con una escala tridimensional llamada placa de fuerza. Se encontró que los zancadas de reptiles y anfibios varían mucho con cada paso, pero los mamíferos y las aves cruzaron la placa de fuerza con zancadas muy consistentes.Los hallazgos sugieren que, mientras está en movimiento, una respuesta predecible a la fuerza proporciona una ventaja selectiva que podría conservar la energía y permitir a las aves y los mamíferos recuperar rápidamente el equilibrio de una caída. Granatosky también cree que los sistemas nerviosos menos receptivos de los reptiles y anfibios pueden haber causadouna necesidad de protección que llevó a los animales a adaptar huesos más fuertes.
"Los huesos de reptiles y anfibios pueden soportar fuerzas diez veces más pesadas que su peso, mientras que los huesos de aves y mamíferos solo pueden soportar fuerzas dos veces y media su peso. Es posible que las aves y los mamíferos adapten estructuras óseas más livianas y con mayor eficiencia energética enrespuesta a no necesitar más armazones pesados y protectores que demandaban una gran cantidad de energía ", dice.
Para probar su teoría, Granatosky estudiará si los órganos del tendón de Golgi desempeñaron un papel evolutivo en la adaptación de la densidad ósea y el gasto de energía. También está colaborando con los estudiantes de ingeniería, arquitectura y artes digitales del Instituto de Tecnología de Nueva York para construir robots que simulen con precisiónLocomoción animal: el primer robot simulará los patrones de caminar del skink de lengua azul, un lagarto australiano comúnmente utilizado como modelo para la locomoción temprana de tetrápodos.
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Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Nueva York . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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