Científicos de la Universidad de Oregón han descubierto que colonias de animales marinos gelatinosos nadan a través del océano en forma de sacacorchos gigantes utilizando propulsión a chorro coordinada, un tipo inusual de locomoción que podría inspirar nuevos diseños de vehículos submarinos eficientes.
La investigación involucra salpas, pequeñas criaturas similares 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 de la UO y a sus colegas a capturar el elegante y coordinado comportamiento de natación del macroplancton.
"La migración más grande del planeta ocurre cada noche:la migración vertical de organismos planctónicos desde las profundidades del mar a la superficie", dijo Kelly Sutherland, profesora asociada de biología en el Instituto de Biología Marina de Oregón de la UO, quien dirigió la investigación. "Corren un maratón todos los días utilizando una novedosa mecánica de fluidos. Estos organismos pueden ser plataformas de inspiración sobre cómo construir robots que atraviesen eficientemente las profundidades del mar".
Los hallazgos de los investigadores se publicaron el 15 de mayo en la revista Science Advances. . El estudio incluyó colaboraciones del Consorcio Marino de las Universidades de Luisiana, la Universidad del Sur de Florida, la Universidad Roger Williams, el Laboratorio de Biología Marina y el Providence College.
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, dijo Alejandro Damián-Serrano, profesor adjunto de biología en la UO. Viven lejos de la costa y pueden vivir como individuos solitarios o operar en colonias, dijo. Las colonias están formadas por cientos de individuos unidos en cadenas que pueden medir hasta varios metros de largo.
"Las salpas son animales realmente extraños", dijo Damián-Serrano. "Si bien su ancestro común con nosotros probablemente parecía un pequeño pez sin espinas, su linaje perdió muchas de esas características y magnificó 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. Realizaron inmersiones diurnas, "inmersas en un azul infinito", como describió Damián-Serrano, para investigaciones de alta visibilidad.
También realizaron inmersiones nocturnas, cuando el fondo negro permitía obtener imágenes de alto contraste de los bichos transparentes. Se encontraron con una inmensa ráfaga de diferentes salpas que realizaban su migración nocturna hacia la superficie, y muchos tiburones, calamares y crustáceos que fotografiaban, señaló Sutherland.
A través de imágenes y grabaciones, los investigadores notaron dos modos de nadar. Mientras que las colonias más cortas giraban 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 helicoidal no es nada nuevo en biología, afirmó Sutherland. Muchos microorganismos también giran y hacen espirales 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 en la cola, pero las salpas nadan mediante propulsión a chorro, dijo Sutherland. Tienen bandas musculares que se contraen, como las de la garganta humana, que bombean agua succionada de un lado del cuerpo y expulsada por el otro extremo para crear empuje, dijo Damian-Serrano.
Los investigadores también notaron que los jets individuales se contraían en diferentes momentos, lo que hacía que toda la colonia viajara de manera constante y sin pausa. Los chorros también estaban en ángulo, lo que contribuía al giro y la natación en espiral, dijo Sutherland.
"Mi reacción inicial fue realmente de asombro y asombro", dijo. "Yo describiría su movimiento como de serpiente y elegante. Tienen múltiples unidades que pulsan en diferentes momentos, creando una cadena completa que se mueve muy suavemente. Es una forma realmente hermosa de moverse".
Ya existen microrobots inspirados en nadadores microbianos, dijo 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, dijo Damián-Serrano. Un diseño multijet también puede ser energéticamente ventajoso para ahorrar combustible, afirmó.
Más allá de los microbios, organismos más grandes como el plancton aún no se han descrito de esta manera, afirmó Sutherland. Con los nuevos e innovadores métodos de Sutherland para estudiar las criaturas marinas, los científicos podrían darse cuenta de que la natación helicoidal es más generalizada de lo que se pensaba anteriormente.
"Es un estudio que plantea más preguntas que respuestas", afirmó Sutherland. "Existe una nueva forma de nadar que no se había descrito antes, y cuando comenzamos el estudio intentamos 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 hacen tirabuzones?"
Más información: Kelly R. Sutherland et al, Giro y sacacorchos del macroplancton oceánico revelado mediante imágenes in situ, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adm9511
Información de la revista: Avances científicos
Proporcionado por la Universidad de Oregon
