¿Quién no ha sentido fascinación por las zambullidas a velocidad de vértigo que hacen algunas especies de aves marinas? Ni el mejor buceador humano podría soportar esas veloces inmersiones sin salir gravemente lesionado. En cambio, ciertas aves, como los piqueros y los alcatraces salen indemnes a pesar de sus delgados cuellos. Sus presas se encuentran en el fondo marino y, para sorprenderlas, no dudan en lanzarse en picado a velocidades superiores a 80 los km/h.
Para desvelar el mecanismo que les permite la resistencia a estas altísimas velocidades, el profesor de ingeniería biomédica y mecánica Sunny Jung y sus colaboradores, de la Universidad Virginia Tech, idearon una serie de experimentos.
Réplicas de cráneos de alcatraz permitieron medir la fuezas que soportan estas aves en la cabeza cuando se lanzan en picado al agua ©Sunny Jung/Virgina Tech
Hallaron que la forma de la cabeza, la longitud del cuello y la musculatura, junto con la velocidad de buceo, trabajan juntas para asegurar que la presión del agua no les tuerza y lastime sus delgados cuellos.
Estudios previos sobre el buceo en aves ya habían estudiado los aspectos ecológicos de esta conducta de caza, llamada “buceo de inmersión”, pero el estudio de Jung es pionero en explorar la física subyacente y la ingeniería biomecánica que permite a las aves sumergirse bajo el agua sin dañarse.
Réplicas de cráneos
Para analizar la forma del cuerpo del ave y la musculatura del cuello, el equipo usó un alcatraz rescatado cedido por el Museo de Ciencias Naturales de Carolina del Norte. También crearon réplicas impresas en 3-D de cráneos que les ayudaran medir la fuerza que estos soportaban al impactar con el agua.
Determinaron que la primera fuerza que actúa en la cabeza del alcatraz nada más sumergirse es la resistencia al agua, que se incrementa con la velocidad. Para analizar qué otros parámetros afectan a la resistencia que experimenta el ave, los investigadores crearon un modelo simplificado de un cono impreso en 3D en un cuello de goma flexible, y sumergieron este sistema dentro de un contenedor de agua, variando el ángulo del cono, la longitud del cuello y el impacto de la velocidad.
Los investigadores simularon un alcatraz zambulléndose en el agua, capturando el proceso con una cámara de alta velocidad ©Sunny Jung/Virgina Tech
“Lo que hacemos es tomar un sistema complejo y encontrar la manera de simplificarlo”, explica Brian Chang, uno de los coautores.
A la luz de estas pruebas, observaron que la transición desde la estabilidad a torcerse depende de la geometría de la cabeza, de las propiedades del material del cuello y del impacto de la velocidad: “a la velocidad normal de buceo del alcatraz, la estrechez de las aves, el pico afilado y la longitud del cuello mantienen la fuerza de arrastre en un rango seguro”, explican los autores”.
“Hallamos que la forma de la cabeza del alcatraz reduce la resistencia al avance comparado con otras aves de la misma familia” explica Jung.
Los investigadores también descubrieron que las aves reducen bastante el riesgo de pandeo del cuello, debido a la presión, contrayendo los músculos de este antes del impacto.
Aplicaciones humanas
Además, los autores han querido encontrar en este estudio ciertas claves que sirvan a los buceadores humanos para hacer inmersiones seguras. No en vano, las personas están en notable desventaja con los alcatraces. En contraste con el pico afilado y el cuello delgado, los pies humanos crean una superficie plana que incrementa la fuerza del impacto con el agua. Esta presión puede ser lo suficientemente fuerte para romper huesos y dañar órganos y tejidos.
El trabajo se extendió a buceadores humanos para determinar qué posturas de inmersión pueden ser las más seguras de cara a evitarles daños ©Sunny Jung/Virginia Tech
“Ahora que está de moda saltar desde puentes y acantilados, la investigación en fluidos biomecánicos puede ayudar a determinar la altura máxima de salto para humanos y puede ofrecer recomendaciones para minimizar los riegos de causarse daños”, concluyen los autores.
Referencia:
Brian Chang, Matthew Croson, Lorian Straker, Sean Gart, Carla Dove, John Gerwin, Sunghwan Jung. How seabirds plunge-dive without injuries. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2016; 201608628 DOI: 10.1073/pnas.1608628113
