¿Los animales usan la física? Contemos las formas

Isaac Newton no habría descubierto las leyes del movimiento si sólo hubiera estudiado a los gatos.

Supongamos que lleva un gato boca abajo y luego lo deja caer desde una ventana del segundo piso. Si el gato fuera simplemente un sistema mecánico que obedeciera las reglas de Newton para la materia en movimiento, debería aterrizar boca arriba. (Está bien, hay algunos detalles técnicos, como que debe hacerse en el vacío, pero ignórelo por ahora). En cambio, la mayoría de los gatos normalmente evitan lesiones girándose en su camino hacia abajo para aterrizar sobre sus pies.

A la mayoría de la gente no le sorprende este truco: todo el mundo ha visto vídeos que demuestran las habilidades acrobáticas de los gatos. Pero durante más de un siglo, los científicos se han estado preguntando acerca de la física detrás de cómo lo hacen los gatos. Evidentemente, una teoría matemática que analiza la caída de un gato como un sistema mecánico no puede ser correcta. Fallo para gatos vivos.Como señala el premio Nobel Frank Wilszek en un artículo reciente.

«Esta teoría no se aplica a los gatos biológicos reales», escribe Wilczek, físico teórico del MIT. No son sistemas mecánicos cerrados y pueden «consumir energía almacenada… y permitir el movimiento mecánico».

Pero las leyes de la física se aplican a los gatos, así como a cualquier otra especie de animal, desde insectos hasta elefantes. De hecho, la biología no evita la física; Más bien, 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 una forma u otra de las limitaciones impuestas por la física y las oportunidades que ofrece.

«Los organismos son… sistemas cuyas acciones están limitadas por la física en múltiples escalas de longitud y de tiempo», escriben Jennifer Reeser y sus colegas en el número actual de la revista. Revisión anual de la física de la materia condensada..

Si bien el campo de la física del comportamiento animal aún está en su infancia, se han logrado avances significativos en la explicación de los comportamientos individuales, junto con cómo estos comportamientos están moldeados por las interacciones con otros individuos y el medio ambiente. Además de descubrir más sobre cómo los animales realizan una variedad de habilidades, dicha investigación también puede conducir a nuevos conocimientos físicos obtenidos al examinar las habilidades de los animales que los científicos aún no comprenden.

Criaturas en movimiento

La física de los animales en movimiento se aplica a una amplia gama de escalas espaciales. En el extremo más pequeño del espectro, las fuerzas de atracción entre átomos cercanos facilitan la capacidad de los gecos y algunos insectos de trepar paredes o incluso caminar por los techos. En una escala ligeramente mayor, las texturas y estructuras de adhesión proporcionan otra gimnasia biológica. En las plumas de las aves, por ejemplo, pequeños ganchos y espinas actúan como velcro, manteniendo las plumas en posición para mejorar la sustentación durante el vuelo, informan Reiser 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 serpientes reyas de California tienen una textura que permite un rápido deslizamiento hacia adelante, pero una mayor fricción para retardar el movimiento hacia atrás o hacia los lados. Investigaciones recientes sugieren que algunas serpientes que se mueven de lado aparentemente han desarrollado diferentes texturas que reducen la fricción en la dirección del movimiento.

Las estructuras de pequeño tamaño también juegan un papel importante en la interacción de los animales con el agua. En muchos animales, las estructuras diminutas hacen que el cuerpo sea “superhidrófobo”, es decir, capaz de impedir la penetración del agua. «El desprendimiento de gotas de agua en climas húmedos puede ser necesario en animales, como aves e insectos voladores, donde el peso y la estabilidad son críticos», señalan Risser de la Universidad Emory y los coautores Chantal Nguyen, Orit Peleg y Calvin Riska.

Las superficies que bloquean el agua también ayudan a los animales a mantener limpia su piel. «Este mecanismo de autolimpieza podría ser importante para ayudar a proteger al animal de peligros como los parásitos transmitidos por la piel y otras enfermedades infecciosas», explican los autores de la revisión anual. En algunos casos, puede ser necesario eliminar materiales extraños de la superficie del animal para mantener las propiedades de la superficie que mejoran el camuflaje.