¿Los animales usan la física? Contemos las formas en que

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 dejas caer desde una ventana del segundo piso. Si un gato es simplemente un sistema mecánico que obedece las reglas de Newton sobre la materia en movimiento, debería aterrizar boca arriba. (Está bien, hay algunos tecnicismos, como que esto debe hacerse en el vacío, pero ignórelo por ahora). En cambio, la mayoría de los gatos generalmente evitan lastimarse al girar durante la caída para aterrizar sobre sus patas.

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 preguntado sobre la física de cómo lo hacen los gatos. Claramente, el teorema matemático que analiza la caída del gato como un sistema mecánico falla 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… mejorando el movimiento mecánico».

Sin embargo, las leyes de la física se aplican a los gatos, como a cualquier otro tipo de animal, desde insectos hasta elefantes. La biología no evita la física; él la abraza. Desde la fricción a escalas microscópicas hasta la dinámica de fluidos en el agua y el aire, los animales utilizan 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 restricciones impuestas y las oportunidades que brinda la física.

«Los organismos vivos son… sistemas cuyas acciones están limitadas por la física en múltiples escalas de longitud y escalas de tiempo», escriben Jennifer Rieser y sus coautores en el número actual de la revista. 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 considerables en la explicación de los comportamientos individuales, junto con cómo esos 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, dicha investigación también podría conducir a nuevos conocimientos físicos obtenidos al examinar cuidadosamente las habilidades de los animales que los científicos aún no comprenden.

Criaturas 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 vecinos 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 agarre para otras gimnasias biológicas. En las plumas de las aves, por ejemplo, pequeños ganchos y púas actúan como velcro, manteniendo las plumas en su lugar para mejorar la sustentación durante el vuelo, informan Rieser y sus colegas.

Las texturas biológicas también ayudan al movimiento al facilitar la fricción entre partes del animal y las superficies. Las escamas de las serpientes reyas de California poseen texturas que permiten un rápido deslizamiento hacia adelante, pero aumentan la fricción para retardar el movimiento hacia atrás o lateral. Algunas serpientes que se mueven lateralmente aparentemente han desarrollado diferentes texturas que reducen la fricción en la dirección del movimiento, sugiere una investigación reciente.

Las estructuras a pequeña escala también son importantes para las interacciones de los animales con el agua. En muchos animales, las microestructuras hacen que el cuerpo sea «superhidrófobo», capaz de bloquear la penetración del agua. «En climas húmedos, la pérdida de gotas de agua puede ser esencial en animales, como aves e insectos en vuelo, donde el peso y la estabilidad son de suma 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 su piel limpia. «Este mecanismo de autolimpieza… puede ser importante para ayudar a proteger al animal de peligros como los 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.