Todo el mundo sabe que los humanos y la mayoría de las otras especies de vertebrados escuchan usando tímpanos que convierten la presión de las ondas de sonido en señales para nuestros cerebros. Pero, ¿qué pasa con los animales más pequeños como los insectos y los artrópodos? ¿Pueden detectar sonidos? Y si es así, ¿cómo?
El distinguido profesor Ron Miles, miembro de la facultad del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas Thomas J. Watson de la Universidad de Binghamton, ha estado explorando esa pregunta durante más de tres décadas, en una búsqueda para revolucionar la tecnología de micrófonos.
Un estudio recientemente publicado sobre las arañas tejedoras de orbes, la especie que aparece en el libro infantil clásico "La telaraña de Charlotte", ha arrojado algunos resultados extraordinarios: las arañas están usando sus telas como matrices auditivas extendidas para capturar sonidos, lo que posiblemente les dé a las arañasadvertencia anticipada de presas o depredadores que se acercan.
El artículo, "Oído subcontratado en una araña que teje orbes que usa su telaraña como sensor auditivo", publicado el 29 de marzo en Proceedings of the National Academy of Sciences, proporciona la primera evidencia de que una araña puede subcontratar la audición a su telaraña.
Es bien sabido que las arañas responden cuando algo hace vibrar sus telas, como presas potenciales. En estos nuevos experimentos, los investigadores muestran por primera vez que las arañas giran, se agachan o se aplanan en respuesta a los sonidos en el aire.
El estudio es la colaboración más reciente entre Miles y Ron Hoy, profesor de biología de Cornell, y tiene implicaciones para el diseño de micrófonos bioinspirados extremadamente sensibles para su uso en audífonos y teléfonos celulares.
Jian Zhou, quien obtuvo su doctorado en el laboratorio de Miles y está realizando una investigación posdoctoral en el Laboratorio Nacional de Argonne, y Junpeng Lai, estudiante actual de doctorado en el laboratorio de Miles, son los primeros autores. Miles, Hoy y la profesora asociada CarolI. Miles del Departamento de Ciencias Biológicas de la Facultad de Artes y Ciencias de Harpur en Binghamton también son autores de este estudio. Las subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud a Ron Miles financiaron la investigación.
Una sola hebra de seda de araña es tan delgada y sensible que puede detectar el movimiento de partículas de aire vibrantes que forman una onda de sonido, que es diferente de cómo funcionan los tímpanos. La investigación previa de Ron Miles ha llevado a la invención de un micrófono novedosodiseños que se basan en la audición de los insectos.
"La araña es realmente una demostración natural de que esta es una forma viable de sentir el sonido usando fuerzas viscosas en el aire sobre fibras delgadas", dijo. "Si funciona en la naturaleza, tal vez deberíamos echarle un vistazo más de cerca."
Las arañas pueden detectar minúsculos movimientos y vibraciones a través de órganos sensoriales en sus garras tarsales en las puntas de sus piernas, que usan para agarrar sus telarañas. Se sabe que las arañas tejedoras de orbes hacen grandes telas, creando una especie de antenas acústicas con unárea de superficie sensible al sonido que es hasta 10,000 veces mayor que la propia araña.
En el estudio, los investigadores utilizaron la cámara anecoica de la Universidad de Binghamton, una sala completamente insonorizada debajo del Complejo de Tecnologías Innovadoras. Recolectando tejedores de orbes de las ventanas alrededor del campus, hicieron que las arañas tejieran una telaraña dentro de un marco rectangular para poder colocarla dondeellos querían.
El equipo comenzó usando sonido de tono puro a 3 metros de distancia a diferentes niveles de sonido para ver si las arañas respondían o no. Sorprendentemente, descubrieron que las arañas pueden responder a niveles de sonido tan bajos como 68 decibeles. Para un sonido más alto, encontraron aún mástipos de conducta.
Luego colocaron la fuente de sonido en un ángulo de 45 grados, para ver si las arañas se comportaban de manera diferente. Descubrieron que las arañas no solo localizan la fuente de sonido, sino que también pueden decir la dirección entrante del sonido con un 100 % de precisión.
Para comprender mejor el mecanismo auditivo de la araña, los investigadores usaron vibrometría láser y midieron más de mil ubicaciones en una telaraña natural, con la araña sentada en el centro debajo del campo de sonido. El resultado mostró que la telaraña se mueve con el sonido casicon la máxima eficiencia física en un rango de frecuencia ultra amplio.
"Por supuesto, la verdadera pregunta es, si la telaraña se mueve así, ¿escucha la araña usarla?", Dijo Miles. "Esa es una pregunta difícil de responder".
Lai agregó: "Incluso podría haber una oreja oculta dentro del cuerpo de la araña que no conocemos".
Así que el equipo colocó un mini-altavoz a 5 centímetros del centro de la telaraña donde se sienta la araña, y a 2 milímetros del plano de la telaraña, cerca pero sin tocar la telaraña. Esto permite que el sonido viaje hasta la arañatanto a través del aire como a través de la web. Los investigadores descubrieron que la onda de sonido del mini-altavoz se extinguió significativamente a medida que viajaba por el aire, pero se propagó fácilmente a través de la web con poca atenuación. El nivel de sonido todavía estaba en alrededor de 68 decibelios cuandollegó a la araña. Los datos de comportamiento mostraron que cuatro de las 12 arañas respondieron a esta señal transmitida por la red.
Esas reacciones demostraron que las arañas podían escuchar a través de las telarañas, y Lai se emocionó cuando eso sucedió: "He estado trabajando en esta investigación durante cinco años. Eso es mucho tiempo, y es genial ver que todos estos esfuerzos se convertirán enalgo que todo el mundo pueda leer".
Los investigadores también descubrieron que, al agacharse y estirarse, las arañas pueden cambiar la tensión de los hilos de seda, sintonizándolos así para captar diferentes frecuencias. Al usar esta estructura externa para escuchar, la araña podría personalizarla paraescuchar diferentes tipos de sonidos.
Los experimentos futuros pueden investigar cómo las arañas hacen uso del sonido que pueden detectar usando su telaraña. Además, al equipo le gustaría probar si otros tipos de arañas tejedoras de telarañas también usan su seda para subcontratar su audición.
"Es razonable suponer que una araña similar en una red similar respondería de manera similar", dijo Ron Miles. "Pero no podemos sacar ninguna conclusión al respecto, ya que probamos un cierto tipo de araña que le sucede aser bastante común."
Lai admitió que no tenía idea de que trabajaría con arañas cuando llegó a Binghamton como estudiante de doctorado en ingeniería mecánica.
"¡He tenido miedo de las arañas toda mi vida, por su apariencia alienígena y sus patas peludas!", dijo riéndose. "Pero cuanto más trabajaba con arañas, más increíbles las encontraba. Estoy realmenteempezando a apreciarlos".
Vídeo: http://youtu.be/PIrotdSIxG4
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Universidad de Binghamton. Original escrito por Chris Kocher. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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