Los huesos del pie que están separados en los pequeños roedores saltadores se fusionan en sus primos más grandes, y un equipo de investigadores de la Universidad de Michigan y la Universidad de California en San Diego quería saber por qué.

Parece que una vez que la evolución puso los huesos de jerbo en el camino de la fusión, superaron la cantidad óptima de fusión, la estructura que mejor disipaba las tensiones de saltar y aterrizar, para unirse por completo.

Este hallazgo podría informar el diseño de futuras patas robóticas capaces de resistir las fuerzas superiores asociadas con rápidos estallidos de locomoción ágil.

Los jerbos son roedores del desierto que saltan erráticamente sobre dos patas para evitar a los depredadores. En el árbol genealógico de los jerbos, estas dos patas pueden verse muy diferentes:hay especies que pesan solo tres gramos y otras que pesan 400 gramos, con especies más pesadas que lucen huesos de los pies o metatarsianos muy diferentes. Los jerbos más ligeros son como la mayoría de los demás mamíferos, incluidos los humanos:los huesos metatarsianos de sus pies están separados entre sí.

"Queríamos explorar por qué estamos viendo estos huesos fusionados solo en jerbos más grandes", dijo Carla Nathaly Villacís Núñez, candidata a doctorado en ingeniería mecánica de la U-M y primera autora del estudio en Proceedings of the Royal Society B. .

"Encontramos que los huesos fusionados mostraban tensiones más bajas que los huesos no fusionados, reforzándose así contra cargas más altas", dijo. "Pero también descubrimos que los huesos parcialmente fusionados tenían tensiones aún más bajas que los huesos totalmente fusionados. Una hipótesis es que los jerbos totalmente fusionados tienen un exceso evolutivo".

Para estudiar el rendimiento óseo en todas las especies, los investigadores realizaron tomografías computarizadas micro de especímenes de museo y construyeron modelos 3D de los metatarsianos de jerbo en software, luego los escalaron a tamaños iguales y los sometieron a pruebas de estrés mientras golpeaban, flexionaban y saltaban de una superficie. .

Los jerbos más pequeños tienen tres huesos metatarsianos separados, que son capaces de soportar la pequeña estatura del roedor incluso si se usan para saltos de alto impacto. Las especies de jerbos más grandes y más recientes han fusionado completamente estos tres huesos en uno. Las especies de peso intermedio tienen algo intermedio:un metatarsiano con restos de hueso en el interior donde se ha fusionado parcialmente, como un manojo de palos.

"Nuestro equipo interdisciplinario aplicó técnicas de ingeniería de vanguardia para desentrañar un rompecabezas evolutivo", dijo Talia Moore, profesora asistente de robótica de la U-M y autora principal del estudio.

"La evolución alcanzó un punto ventajoso de geometría parcialmente fusionada, pero luego el impulso evolutivo pudo haber continuado fusionando completamente los metatarsianos. Debido a que los huesos completamente fusionados todavía son suficientes para evitar que se rompan, probablemente no hubo presión evolutiva para dejar de fusionarse".

El equipo de investigación señala que análisis similares podrían ayudar a descubrir otras formas en que el esqueleto cambió de forma para compensar la evolución de las especies de cuadrúpedos, o caminar sobre cuatro patas, a una locomoción bípeda.

"Mientras que los canguros, los primates y otros roedores convergieron en el bipedalismo, la dinámica de su locomoción y los cambios anatómicos asociados con ese cambio son bastante diferentes en cada caso", dijo Andrew Ray, un estudiante universitario que estudia ciencia e ingeniería de materiales en el laboratorio de Moore.

"A través de un análisis similar, pudimos simular cómo los huesos del pie de ancestros humanos extintos podrían haber experimentado estrés al caminar, correr u otra locomoción".

Otro autor es Kimberly Cooper, profesora de biología del desarrollo en la Universidad de California en San Diego, quien formuló la idea del proyecto con Moore durante un estudio separado que rastreaba la evolución y el desarrollo de la fusión metatarsiana en jerbos. La experiencia de Cooper fue clave para comprender las implicaciones evolutivas de los hallazgos.