En los océanos del mundo miles de millones de pequeños caracoles marinos (una forma de plancton) se desplazan diariamente entre las aguas superficiales, donde se alimentan de noche, a profundidades de varios cientos de metros durante el día para descansar evitando a los depredadores. Los caracoles marinos juegan un papel importante en los ciclos geoquímicos y el clima:el 12-13% del flujo de carbonato global ocurre cuando las conchas de carbonato de calcio de los caracoles muertos se hunden hasta las profundidades, donde se disuelven y contribuyen al carbono atmosférico y la acidificación de los océanos. Pero debido a que son difíciles de estudiar y no se pueden guardar en el laboratorio, el comportamiento de estos animales, que llevan nombres poéticos como mariposas marinas, es poco conocido, especialmente para las regiones tropicales y subtropicales donde su diversidad es mayor.
Aquí, un equipo de oceanógrafos e ingenieros que se especializan en la investigación en la intersección de la física de fluidos y la biología, filmar los movimientos de los caracoles marinos tropicales y analizarlos tanto desde una perspectiva física de fluidos como ecológica. Muestran que cada especie tiene un estilo distinto de nadar y hundirse, hermoso de ver, dependiendo de la forma de su caparazón (enrollado, alargado o redondo), tamaño corporal, presencia de "alas" batientes, y velocidad. El mas pequeño, las especies más lentas tienen más dificultad para nadar debido a que el agua de mar es más "pegajosa" y más viscosa para ellas; en términos técnicos, con un "número de Reynolds" más bajo, lo que afecta al ángulo, trayectoria, y estabilidad de su movimiento.
"Queríamos responder cómo el comportamiento de natación de estos hermosos animales se ve afectado por sus diferentes formas y tamaños de caparazón. Descubrimos que las especies con una concha en forma de ala de avión nada más rápido y es más maniobrable que aquellas con 'caracoles' enrollados Conchas. Comprender la capacidad de natación de estos animales nos ayuda a comprender mejor su importancia ecológica y su distribución en el océano. como ingenieros, esperamos aprender del estilo de natación de estos organismos para diseñar una nueva generación de vehículos submarinos bioinspirados, "dice el autor correspondiente, el Dr. David Murphy, Profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad del Sur de Florida, Tampa, Florida.
Entre 2017-2019, los investigadores capturaron múltiples individuos de nueve especies de caracoles marinos (0.9-13.1 mm de largo) por la noche frente a las Bermudas, incluyendo 7 especies de pterópodos cosomatosos ("mariposas marinas"), una especie de pterópodos gimnosomatosos ("ángeles del mar", que carecen de caparazón en la edad adulta), y una especie de heteropodos atlántidos. Los transportaron al laboratorio, donde registraron su comportamiento en un acuario de agua salada con estereofotogrametría de alta velocidad, una técnica que rastrea el movimiento en 3-D con un par de cámaras. Para cada especie, calcularon la velocidad absoluta y normalizada (en relación con la longitud del cuerpo) durante la natación activa y el hundimiento pasivo, la frecuencia del movimiento de las alas, el ángulo de descenso durante el hundimiento, la tortuosidad del camino de ascenso durante la natación, y el número de Reynolds.
Muestran que cada especie tiene un patrón de nado distinto, generalmente ascendiendo en una espiral de dientes de sierra a 12-114 mm / s, o 1-24 longitudes corporales por segundo, lo que corresponde a un macho humano de tamaño medio nadando a una velocidad de hasta 40 m por segundo. Los caracoles se hunden a velocidades similares, pero en linea recta en un ángulo de 4-30 ° con respecto a la vertical.
"Concluimos que el comportamiento de natación y hundimiento de estos caracoles pelágicos se corresponde fuertemente con la forma y el tamaño de la concha. Los pequeños caracoles con conchas enroscadas nadan más lentamente, mientras que los caracoles más grandes con conchas en forma de botella o en forma de alas nadan más rápido porque sus tamaños más grandes les permiten superar los efectos de la viscosidad del agua. la velocidad de nado no se correlaciona con la distancia que estos animales migran cada día, lo que sugiere que los niveles de luz y temperatura y la presencia de depredadores y presas también juegan un papel. También encontramos que la mariposa de mar con el caparazón en forma de ala usa su caparazón para 'planear' hacia abajo con el fin de frenar su hundimiento. "dice Murphy.
Para estudiar las preferencias de profundidad de cada especie, Murphy y col. además muestreó un gran número de caracoles con una red operada por computadora, denominada Red de Apertura / Cierre Múltiple y Sistema de Detección Ambiental, 0-1000 m por debajo de la superficie. Utilizaron aprendizaje automático (basado en imágenes) y códigos de barras de ADN ribosómico para determinar las especies. Basado en estos resultados, los investigadores estiman que estas especies viajan de 50 a 300 m por día, en un "viaje diario" vertical que toma un total de 1-3,7 h por día.
"Es absolutamente fascinante ver estos pequeños los animales delicados mueven sus alas con movimientos realmente complejos para volar esencialmente a través del agua. Tenemos la suerte de tener cámaras de alta velocidad que pueden ralentizar este movimiento lo suficiente como para que lo veamos. Y es sorprendente pensar que estas mariposas marinas están usando los mismos principios de dinámica de fluidos para volar a través del agua que los insectos usan para volar por el aire. "concluye Murphy.
