¿Los animales usan la física? Contemos las formas
Isaac Newton nunca habría descubierto las leyes del movimiento si sólo hubiera estudiado a los gatos.
Supongamos que sostienes un gato, boca arriba, y lo arrojas por la ventana de un segundo piso. Si un gato es simplemente un sistema mecánico que obedece las reglas de Newton sobre la materia en movimiento, debería caer de espaldas. (Está bien, hay algunos tecnicismos, como que se supone que esto debe hacerse en el vacío, pero ignórelo por ahora). En cambio, la mayoría de los gatos generalmente evitan lesiones al girar en el camino para aterrizar sobre sus pies.
La mayoría de la gente no se confunde con este truco: todo el mundo ha visto vídeos que dan fe de las habilidades acrobáticas de los gatos. Pero durante más de un siglo, los científicos se han preguntado sobre la física de cómo lo hacen los gatos. Claramente, el teorema matemático que analiza la caída del gato como un sistema mecánico fracaso para gatos vivoscomo señala el premio Nobel Frank Wilczek en un artículo reciente.
«Este teorema no es relevante para los gatos biológicos reales», escribe Wilczek, físico teórico del MIT. No son sistemas mecánicos cerrados y pueden «consumir energía almacenada… impulsando el movimiento mecánico».
Sin embargo, las leyes de la física se aplican a los gatos, como a todos los demás tipos de animales, desde insectos hasta elefantes. La biología no evita la física; Ella la abraza. Desde la fricción a escalas microscópicas hasta la dinámica de fluidos en el agua y el aire, los animales aprovechan las leyes físicas para correr, nadar o volar. Todos los demás aspectos del comportamiento animal, desde la respiración hasta la construcción de refugios, dependen de alguna manera de las limitaciones impuestas y las oportunidades que ofrece la física.
«Los organismos vivos son… sistemas cuyas acciones están limitadas por la física en múltiples escalas de longitud y tiempo», escriben Jennifer Rieser y sus coautores en el número actual de Revisión anual de la física de la materia condensada.
Aunque el campo de la física del comportamiento animal está todavía en su infancia, se han logrado avances sustanciales en la explicación de los comportamientos individuales, junto con cómo estos comportamientos se moldean a través de las interacciones con otros individuos y el medio ambiente. Además de descubrir más sobre cómo los animales realizan su diverso repertorio de habilidades, esta investigación también podría conducir a nuevos conocimientos físicos obtenidos al examinar las habilidades de los animales que los científicos aún no comprenden.
Animales en movimiento
La física se aplica a animales en acción en una amplia gama de escalas espaciales. En el extremo más pequeño del rango, las fuerzas de atracción entre átomos cercanos facilitan la capacidad de los geckos y algunos insectos de trepar paredes o incluso caminar sobre los techos. En una escala ligeramente mayor, las texturas y estructuras proporcionan adhesión para otras gimnasias biológicas. En las plumas de las aves, por ejemplo, pequeños ganchos y púas actúan como velcro, manteniendo las plumas en posición para aumentar la sustentación al volar, informan Rieser y sus colegas.
Las texturas biológicas también ayudan al movimiento al facilitar la fricción entre las partes y superficies de los animales. Las escamas de las cobras reales de California tienen texturas que permiten un rápido deslizamiento hacia adelante pero aumentan la fricción para ralentizar el movimiento hacia atrás o hacia los lados. Algunas serpientes que serpentean de lado aparentemente han desarrollado diferentes texturas que reducen la fricción en la dirección del movimiento, sugiere una investigación reciente.
Las estructuras de pequeña escala también son importantes para las interacciones de los animales con el agua. Para muchos animales, las microestructuras hacen que el cuerpo sea «superhidrófobo», capaz de bloquear la penetración del agua. «En climas húmedos, la liberación de gotas de agua puede ser esencial en animales como aves e insectos voladores, donde el peso y la estabilidad son de crucial importancia», señalan Rieser de la Universidad Emory y los coautores Chantal Nguyen, Orit Peleg y Calvin Riiska.
Las superficies que bloquean el agua también ayudan a los animales a mantener limpio su pelaje. «Este mecanismo de autolimpieza… puede ser importante para ayudar a proteger al animal de peligros como parásitos transmitidos por la piel y otras infecciones», explican los autores de la Revisión Anual. Y en algunos casos, puede ser necesario eliminar material extraño de la superficie de un animal para preservar las propiedades de la superficie que mejoran el camuflaje.
