Saltos de altura

                           Ilustraciones y notas de anatomía y taxonomía por el naturalista Rafael Tamajón (anteriormente colaborador en El fabuloso biofílico)El fabuloso biofílico

Durante años, el neurobiólogo Malcolm Burrows del Departamento de Zoología de la Universidad de Cambridge había estudiado el papel del sistema nervioso en el control de los movimientos naturales. Usaba como modelo de investigación pequeños insectos hemípteros* para estudiar la neurofisiología y la biodinámica de un movimiento muy particular: el salto.

En el 2003, el Prof. Burrows había publicado un artículo fascinante en la revista Nature demostrando que Philaenus spumarius, un pequeño hemíptero del Suborden Auchenorrhyncha de apenas seis milímetros de largo, llegaba a saltar hasta 70 centímetros de distancia, con una aceleración de más de 400 veces la fuerza de la gravedad (400 g) y una altura de 414 veces su masa corporal, mucho mayor que la que pueden alcanzar las pulgas (135 veces) o los saltadores humanos (2-3 veces).

El sistema que usaba Philaenus spumarius para catapultarse resultaba ser altamente novedoso. En la figura 1 se muestra un esquema de la secuencia del salto y un dibujo de la anatomía del insecto. Justo antes del despegue (posición -0.5 segundos), las patas traseras del insecto se giran hacia adelante quedando los fémures situados entre el tórax y las patas medias y las tibias flexionadas y alineadas con los fémures en el eje longitudinal del cuerpo.

Figura 1. Arriba, secuencia del salto del Philaenus spumarius. Ilustración de Rafael Tamajón, basado en Burrows, 2003 (Nature). Abajo, anatomía de la pata de un insecto. Ilustración de Rafael Tamajón.

Figura 1. Arriba, secuencia del salto del Philaenus spumarius. Ilustración de Rafael Tamajón, basado en Burrows, 2003 (Nature). Abajo, anatomía de la pata de un insecto. Ilustración de Rafael Tamajón.Philaenus spumariusBurrows, 2003 (Nature

Un desplazamiento leve del fémur hacia adelante bloquea las patas en esa posición mediante su enganche a la coxa a través de un pequeño saliente dorsal. Entonces, la fuerte contracción de los músculos depresores del trocánter genera una enorme energía que es almacenada en la estructura.

En 1 milisegundo, la fuerza generada vence la resistencia del bloqueo y el fémur se desengancha de la coxa produciendo un chasquido y resultando en la completa extensión de las patas traseras y en el despegue (posición 0 ms).

Si se tiene en cuenta la trayectoria investigadora del Prof. Burrows, no sorprende que en una visita reciente a un colega en Alemania, el investigador de Cambridge se mostrase interesado por el fantástico salto ejecutado por los individuos jóvenes de Issus coleoptratus, hemípteros del Orden Auchenorrhycha al igual que Philaenus spumiarius, que encontró en el jardín de la casa.

A su vuelta a Inglaterra, buscó al Issus coleoptratus en los parques y jardines de su ciudad sin suerte y decidió pedir ayuda a su nieto de 5 años, con mejor vista y mayores aptitudes para la caza. El pequeño ayudante no tardó en identificarlos en el jardín trasero de su casa. En pocos días, entregó a su abuelo un botecito de cristal con varios ejemplares del insecto en su estadío inmaduro o de ninfa.

En el laboratorio, el niño se mostraría fascinado por el método que usaban el Prof. Burrows y su colaborador, Greg Sutton, para examinar a los pequeños insectos: los inmobilizaban sobre la parte dorsal del tórax en una placa redonda de cristal cubierta con cera pegajosa y luego le hacían cosquillas con un pincel para provocar que golpearan sus patas.

Ninguno de los investigadores podía imaginar en aquel momento que la cámara que capturaba los movimientos de la ninfa de esta especie de ísido a una velocidad de 5000 fotogramas por segundo iba a proporcionarles la clave de uno de los secretos mejor guardados de la evolución.

Las películas mostraban que las ninfas lograban una sincronización asombrosa entre el movimiento de la pata izquierda y la derecha (menos de 30 microsegundos de diferencia), una coordinación perfecta difícil de explicar por la acción única del sistema nervioso (a los impulsos neuronales les llevaría demasiado tiempo coordinar los movimientos de forma tan ajustada).

La explicación, descubrieron atónitos, residía en la presencia de unos diminutos engranajes dentados en la base de las extremidades inferiores de las ninfas (figura 2).

Figura 2. Izquierda, ninfa de Issus coleoptratus. Ilustración de Rafael Tamajón a partir de Burrows and Sutton, 2013 (Science). Derecha, micrografíca electrónica de los engranajes que dicha especie usa para saltar, publicada en el mismo artículo.

Figura 2. Izquierda, ninfa de Issus Issus coleoptratus. Ilustración de Rafael Tamajón a partir de Burrows and Sutton, 2013 (Science). Derecha, micrografíca electrónica de los engranajes que dicha especie usa para saltar, publicada en el mismo artículo.Burrows and Sutton, 2013 (Science).artículo

En el momento del salto, describían los científicos en la revista Science el pasado mes de Septiembre, el pequeño insecto encorva su cuerpo y con ello un par de engranajes se entrelazan limpiamente, a modo de cremallera. En tan sólo dos milisegundos, es lanzado al aire como un proyectil.

Hasta ahora, se creía que los mecanismos de engranaje dentado sólo habían sido inventados por el ser humano. Sin embargo, este hallazgo muestra que tienen un precedente evolutivo.

El equipo del Prof. Burrows encontró evidencia de la existencia de ninfas con desperfectos en el sistema dentado que eran incapaces de saltar, sugiriendo que, al igual que los engranajes desarrollados por la industria humana, se suelen producir fallos en los engranajes biológicos ¿Por qué entonces favoreció la evolución el desarrollo de estos engranajes sofisticados?

Los investigadores han planteado la hipótesis de que el engranaje podría tener sentido evolutivo en las ninfas ya que estas mudan su exoesqueleto media docena de veces durante su desarrollo, teniendo la opción de reparar el sistema si se produce algún fallo.

Sin embargo, a partir de la última muda, cualquier desperfecto en el sistema de engranaje no podría repararse y significaría la muerte segura. Por ello, los engranajes desaparecen en el Issus coleoptratus adulto que pasa a adoptar el sistema común entre los insectos saltadores, la fricción de las patas sobre una superficie áspera, para coordinar el salto.

Los investigadores no descartan que existan otros sistemas biológicos que usen este sistema de engranaje dentado.

*Los Hemípteros son un orden de insectos que tradicionalmente ha sido dividido en dos subórdenes, los cuáles aparecían en algunas clasificaciones con el rango de órdenes independientes (Heterópteros y Homópteros). En la actualidad, teniendo en cuenta los estudios filogenéticos, se acepta la existencia de los siguientes subórdenes: Prosorrhyncha (Peloridiomorpha y Heteroptera), Auchenorrhyncha y Sternorrhyncha.
Estos insectos se caracterizan por tener piezas bucales modificadas que forman una estructura alargada en forma de pico denominada rostro, que está adaptada para perforar y succionar líquidos, como es el caso de la savia en las plantas y la sangre en los animales (aparato bucal chupador-perforador). Habitualmente poseen dos pares de alas, aunque no son raras las formas ápteras. En algunos grupos (Heterópteros) las alas anteriores tienen la mitad basal endurecida y la distal membranosa (hemiélitros); en los restantes las alas son o bien totalmente membranosas o bien uniformemente endurecidas.
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14 de octubre de 2013 - 02:48 h
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