Neuromecánica de las espectaculares hazañas de los flamencos
Si has visto flamencos en el zoológico - o si tienes suerte, en la naturaleza - te habrás preguntado cómo logran dormir los flamencos de pie apoyados en una sola pata.
Por supuesto, como seres humanos, pensamos que estar de pie sobre una pata es difícil porque es difícil para nosotros. La pose del árbol en yoga se vuelve cada vez más difícil al levantar la pierna más alto, llegar a los brazos e inclinar la cabeza. Se vuelve casi imposible si cierras los ojos. La mayoría de nosotros vacilamos y oscilamos, luego bajamos un pie y sacudimos la pierna sobre la que estábamos apoyados.
Los científicos están interesados en cómo el cerebro controla el cuerpo - un campo que se llama neuromecánica, en la intersección entre la biomecánica y la neurociencia. Su búsqueda les llevó de cerca y personalmente a una bandada de flamencos juveniles e incluso esqueletos y cadáveres de flamencos para averiguar cómo logran sus increíbles hazañas de equilibrio.
¿Estabilidad pasiva o activa?
Cuando buscaron en la literatura, no encontramos ningún informe sobre cómo lo hacen estos icónicos pájaros, pero había varias teorías sobre por qué quedan de pie sobre una pierna.
Algunas personas pensaron que era para conservar el calor del cuerpo perdido por la pata en el agua fría. De pie en una pata presumiblemente reduce la energía perdida al calor por la mitad.
Otra hipótesis es que de pie sobre una pata reduce la fatiga muscular, dando a una pata un descanso, mientras que la otra sostiene el cuerpo. Esta teoría se basa en la idea de que estar de pie en dos patas es más fatigante que estar de pie alternativamente en una pata y luego en la otra, pero nadie lo ha probado directamente.
Una gran proporción de la energía metabólica que cualquier animal gasta se debe a la activación de los músculos cuando se enfrentan a la gravedad y controlan el movimiento. Si hubiera un costo energético adicional para estar de pie en una pata, no tendría mucho sentido para los flamencos ahorrar en la pérdida de energía térmica sólo para perder en el gasto de energía muscular. Y si era fatigoso para los flamencos para estar en una pata, ¿por qué cambiar entre una pata y la otra en lugar de estar en dos patas?
Cuando estás en la cola de la tienda de comestibles, no estás parado con las rodillas dobladas - ya que requeriría que gastases una cantidad enorme de energía para activar los músculos de tus piernas. Imagina tener una postura en cuclillas con el muslo horizontal y la rodilla en un ángulo recto - rápidamente sentirías adormecimiento. Las patas del flamenco (como otras aves) están constantemente en un estado de "rodillas dobladas", por lo que existe el potencial de un gran gasto de energía muscular, o esfuerzo muscular, necesario para soportar su peso corporal.
Muchos animales han desarrollado formas de movimiento que minimizan la cantidad de energía que gastan, ya sea la mecánica pendular de los pingüinos y los gibones que se mueven entre los árboles o la mecánica de las cucarachas.
Otros animales, como los caballos, han desarrollado mecanismos estabilizadores pasivos para permitirles dormir mientras están de pie. Los murciélagos colgantes y los pájaros percha han desarrollado mecanismos pasivos para agarrar que les permiten dormir sin miedo de perder su apretón.
Los investigadores se propusieron encontrar si los flamencos se basaban principalmente en la biomecánica pasiva o en intervenciones activas del sistema nervioso para pararse sobre una pata.
Examinando flamencos, vivos y muertos
Una forma en que los científicos estudian el equilibrio es tener personas o animales de pie en un dispositivo llamado placa de fuerza que mide las fuerzas que aplican al suelo. Funciona como una elegante Wii Balance Board. A partir de estas mediciones, pueden calcular el "balanceo postural" - el movimiento constante del cuerpo al estar de pie sobre uno, dos o incluso cuatro miembros.
No vemos el movimiento postural en estructuras que sean mecánicamente estables, como una mesa.
Aunque el equilibrio permanente es algo que como seres humanos damos por sentado, en realidad es un proceso muy activo. El sistema nervioso detecta constantemente el movimiento del cuerpo tal como está y hace correcciones activando los músculos. La cantidad de influencia postural es un indicador indirecto de la actividad del sistema nervioso. Normalmente no notamos estos pequeños movimientos a menos que algo esté mal con nuestro equilibrio. Piensa en cerrar los ojos sobre una superficie en movimiento, o de pie cuando estás mareado.
En las mediciones, los investigadores encontraron que los flamencos juveniles del zoológico de Atlanta tenían notablemente poco balanceo postural cuando se estaban quedando dormidos mientras se paraban sobre una pata. Cuando estaban despiertos y acicalándose o jugando con sus compañeros, mientras de pie en una pata, su velocidad de la inclinación postural aumentó hasta siete veces.
¿Cómo estaba sucediendo esto? Los científicos se dirigieron a informes anatómicos y esqueletos de flamencos para ver si podían encontrar evidencia de mecanismos estabilizadores biomecánicos que ayudaran a los flamencos a estar de pie fácilmente en una pata. Al no encontrar demostraciones claras, decidieron que necesitában hacer su propio estudio de la morfología del flamenco, es decir, las características estructurales del ave y cómo funcionan juntas.
Mientras que el mecanismo real todavía no está claro, hicieron un descubrimiento inesperado en un cadáver de flamenco. Si le sostienes con una pata como una piruleta en el ángulo correcto, adopta pasivamente una configuración del cuerpo que parece un flamenco de pie en una pata. Cuando inclinaron el cuerpo hacia adelante y hacia atrás hasta 45 grados, la configuración del cuerpo era estable, con la rodilla manteniendo un ángulo recto. Cuando tratamos de manipular el cuerpo, encontramos que las articulaciones eran bastante estables para resistir la atracción de la gravedad, pero que las articulaciones podían moverse fácilmente en la otra dirección.
La gravedad y la anatomía hacen el trabajo
Los resultados demuestran que la gravedad, junto con las especializaciones en la anatomía del flamenco, juega un papel importante en ayudar a los animales a permanecer estables en una pata sin bloquear sus articulaciones, lo que puede permitirles escapar rápidamente si es necesario. El ángulo de la pata del cadáver visto desde el frente se asemejaba a la inclinación hacia adentro que observaron cuando los animales vivos están de pie en una pata. Cuando la pata estaba inclinada hacia dentro (vista desde el frente) como una postura de una pata, las articulaciones se volvieron muy estables. Cuando sostuvieron la pata del cadáver más vertical, es decir, más vertical cuando se ve desde el frente, se asemejaba a la postura cuando los flamencos están en dos patas - el cuerpo ya no era estable. Dado que los músculos no son activos en un animal fallecido, interpretamos que esto significa que los músculos deben activarse para que un flamenco mantenga una postura de dos patas, pero no en una pata.
Antes de esta investigación, se podría haber asumido que requería mucha energía muscular para que un flamenco se parara en una pata. Pero aparentemente no. Pueden fácilmente y durante largos períodos mantener lo que para nosotros se convertiría rápidamente en una posición muy incómoda en cuclillas - sin usar sus músculos en absoluto.
¿Por qué nos importa? Este estudio fue una investigación divertida que reveló cómo diferentes de pie en una pata es para un flamenco en comparación con una persona. Como científicos, es gratificante estudiar las maravillas de la naturaleza y ver cómo la física y la biología están entrelazadas en el comportamiento de los animales. Sin embargo, hay lecciones prácticas que se pueden aprender. Los sistemas de ingeniería con articulaciones motorizadas y piernas, como algunos dispositivos protésicos y robots humanoides, gastan bastante energía sólo para ponerse de pie. Tal vez el uso de algunos principios de equilibrio del flamenco podría ayudar a diseñar más estables, pero ágiles y eficientes, prótesis y robots.
Artículo científico: Mechanical evidence that flamingos can support their body on one leg with little active muscular force
