La ‘propulsión a chorro’ de las criaturas marinas medusas podría impulsar a los robots

Los científicos han descubierto que colonias de animales marinos gelatinosos nadan a través del océano en forma de sacacorchos gigantes utilizando propulsión a chorro coordinada.

Se trata de un tipo inusual de locomoción que podría inspirar nuevos diseños de vehículos submarinos eficientes.

Los peces vela son pequeñas criaturas parecidas a medusas que realizan un viaje nocturno desde las profundidades del océano hasta la superficie. Observar esa migración con cámaras especiales ayudó a los investigadores a capturar el comportamiento de natación elegante y coordinado del macroplancton.

«Las salips son animales realmente extraños».

«La mayor migración del planeta ocurre cada noche: la migración vertical de organismos planctónicos desde las profundidades del mar a la superficie», dice Kelly Sutherland, profesora asociada de biología en el Instituto de Biología Marina de la Universidad de Oregón, quien dirigió la investigación. .

“Todos los días corren un maratón utilizando nuevas mecánicas de fluidos. Estos organismos pueden ser plataformas de inspiración sobre cómo construir robots que atraviesen eficientemente las profundidades del mar».

A pesar de parecerse a las medusas, las salpas son macroplancton acuoso con forma de barril que están más estrechamente relacionados con los vertebrados como los peces y los humanos, dice Alejandro Damián-Serrano, profesor asistente de biología. Vive lejos de la costa y puede vivir como individuos solitarios o operar en colonias, dice. Las colonias están formadas por cientos de individuos unidos en cadenas que pueden medir varios metros de largo.

«Las salips son animales realmente extraños», dice Damian-Serrano. “Si bien su ancestro común con nosotros probablemente parecía un pequeño pez sin espinas, su linaje ha perdido muchas de esas características y ha desarrollado otras. Los individuos solitarios se comportan como esta nave nodriza que engendra asexualmente una cadena de clones individuales, unidos para producir una colonia».

Pero lo más singular de estas criaturas oceánicas se descubrió durante las expediciones oceánicas de los investigadores: sus técnicas de natación.

Al explorar la costa de Kailua-Kona, Hawaii, Sutherland y su equipo desarrollaron sistemas de cámaras 3D especializados para llevar su laboratorio bajo el agua. Realizaban inmersiones durante el día, «inmersos en un azul infinito», como describió Damián-Serrano, para investigaciones de alta visibilidad.

También realizaron inmersiones nocturnas, cuando el fondo negro permitía imágenes de alto contraste de los bichos transparentes. Se encontraron con una gran cantidad de salpas diferentes que realizaban su migración nocturna a la superficie, y con muchos tiburones, calamares y crustáceos que hacían fotografías, dice Sutherland.

A través de imágenes y grabaciones, los investigadores notaron dos formas de nadar. Mientras que las colonias más cortas se retorcían alrededor de un eje, como una pelota de fútbol en espiral, las cadenas más largas se doblaban y enrollaban como un sacacorchos. Eso se llama natación helicoidal.

La natación en espiral no es nada nuevo en biología, afirma Sutherland. Muchos microorganismos también giran y giran en el agua, pero los mecanismos detrás del movimiento de las salpas son diferentes.

Los microbios golpean el agua con proyecciones parecidas a pelos o látigos de cola, pero las salpas nadan mediante propulsión a chorro, dice Sutherland. Tienen bandas de músculos que se contraen, como los de la garganta humana, que bombean agua extraída de un lado del cuerpo y expulsada por el otro extremo para crear un empuje, dice Damian-Serrano.

Los investigadores también notaron que los jets individuales se contrajeron en diferentes momentos, lo que provocó que toda la colonia viajara de manera constante y sin pausa. Los chorros también estaban en ángulo, lo que contribuye al giro y la natación en espiral, dice Sutherland.

«Mi reacción inicial fue realmente de asombro y asombro», dice. «Yo describiría su movimiento como serpentino y elegante. Tienen múltiples unidades de pulso en diferentes momentos, creando una cadena completa que funciona muy suavemente. Es una forma realmente agradable de moverse».

Ya existen microrobots inspirados en nadadores microbianos, afirma Sutherland, pero este descubrimiento allana el camino para que los ingenieros construyan vehículos submarinos más grandes. Tal vez sea posible crear robots que sean silenciosos y menos turbulentos si se modelan a partir de estos eficientes nadadores, dice Damian-Serrano. Un diseño multijet también puede ser energéticamente ventajoso para ahorrar combustible, afirma.

Más allá de los microbios, todavía no se han descrito de esta manera organismos más grandes como el plancton, afirma Sutherland. Con los nuevos e innovadores métodos de Sutherland para estudiar las criaturas marinas, los científicos pueden darse cuenta de que la natación helicoidal está más extendida de lo que se pensaba anteriormente.

«Es un estudio que plantea más preguntas que respuestas», dice Sutherland. «Existe una nueva forma de nadar que no se había descrito antes, y cuando comenzamos el estudio buscamos explicar cómo funciona.

«Pero descubrimos que hay muchas más preguntas abiertas, como ¿cuáles son las ventajas de nadar de esta manera? ¿Cuántos organismos diferentes giran o giran el corcho?»

El estudio se publica en Avances científicos. Los coautores adicionales son del Consorcio Marino de las Universidades de Luisiana, la Universidad del Sur de Florida, la Universidad Roger Williams, el Laboratorio de Biología Marina y Providence College.

La Fundación Gordon y Betty Moore y la Oficina de Investigación Naval apoyaron el trabajo.

Fuente: Leila Okahata para la Universidad de Oregon