Peces en formación

Los bancos de peces usan la física para nadar más inteligente, no más difícil

Para pequeños peces en un banco o cardumen - animales demasiado pequeños para ir aleta contra aleta con sus duros enemigos - mantenerse juntos es a menudo su mejor oportunidad de sobrevivir. Los científicos saben que los peces pequeños forman bancos muy unidos para evitar ser comidos. Pero como muestra una nueva investigación, los peces en el banco obtienen otra ventaja: natación más eficiente y más energía para una huida apresurada de los depredadores.

Los peces en un banco a menudo nadan en un patrón de diamantes escalonados, montando la estela de quien está al frente. En principio, gracias a la física de la dinámica de fluidos, esto debería ahorrar al pez algo de esfuerzo. Una cola de pez palpitante crea un pequeño vórtice en el agua detrás de él. Si un pez nada directamente detrás de su líder, estos vórtices empujan contra él, lo que obliga al seguidor a nadar más fuerte.

Los peces en un banco a menudo nadan en un patrón de diamantes escalonados, montando la estela de quien está al frente. En principio, gracias a la física de la dinámica de fluidos, esto debería ahorrar al pez algo de esfuerzo. Una palpitante cola de pez crea un pequeño vórtice en el agua detrás de él. Si un pez nada directamente detrás de su líder, estos vórtices empujan contra él, lo que obliga al seguidor a nadar más fuerte.

Pero esa teoría, descrita por primera vez en un artículo de 1973, no se ha probado hasta que Benjamin Thiria, un investigador de biomecánica del ESPCI Paris en Francia, y sus colegas aceptaron el desafío. Descubrieron que los peces no solo ahorran energía cuando nadan en una formación de diamantes, sino también cuando los peces nadan muy rápido, como cuando necesitan evadir a los depredadores, haciendo una formación diferente de ahorro de energía: filas sincronizadas.

Thiria y su equipo descubrieron la formación diferente después de poner algunos tetras de nariz rizada en un túnel de agua fluyendo, el equivalente a una cinta de correr de peces. Al filmar los peces mientras nadaban contra la corriente, podían rastrear la posición de cada animal y qué tan rápido golpeaba su cola un individuo. Esto les dio a los investigadores una estimación de cuánta energía gastaba cada pez a una velocidad de nado dada.

A velocidades de nado normales, Thiria vio a los tetras hacer la formación de diamante prevista donde los peces están ligeramente escalonados. En esta configuración, los vórtices de agua creados al batir las aletas de la cola empujan al pez hacia adelante.

Pero cuando Thiria y sus colegas hicieron que el agua fluyera varias veces más rápido, los peces comenzaron a nadar en una fila recta, un patrón que Thiria llama la formación de falange.

En base a sus observaciones de cuán rápido golpeaban sus colas los peces, midiendo la cantidad de energía que estaban gastando, Thiria y su equipo calcularon que en una falange, como en la formación de diamantes, el pez ahorró aproximadamente la mitad de su energía, "lo cual es un beneficio real", dice.

Thiria aún no está seguro de por qué es eficiente la formación de falange, o por qué es preferible a mayor velocidad, dado lo que sabe sobre los vórtices. "Todavía estamos trabajando para comprender los detalles de los mecanismos", dice.

Sin embargo, tiene una corazonada: cuando los peces se mueven en la fila, también comienzan a golpear la cola al unísono, casi como una hilera de peces bailarines de río. Esta sincronización puede hacer que cada latido sea más fácil a medida que los peces nadan más fuerte, dice, porque mueven juntos el agua hacia adelante y hacia atrás.

Maurizio Porfiri, ingeniero mecánico de la Universidad de Nueva York, dice que el descubrimiento es fascinante. "Estaba realmente impresionado", dice. "Creo que fue una gran obra".

Porfiri dice que estudiar el comportamiento del cardumen de peces es increíblemente complicado porque involucra una serie de campos científicos, desde el comportamiento animal hasta la dinámica de fluidos. Porfiri mismo aborda el problema, aunque desde un ángulo diferente. Él construye peces robóticos que crean vórtices que puede controlar y los utiliza para estudiar las respuestas de los peces vivos.

Porfiri dice que el descubrimiento de Thiria de la veloz falange es más que solo descifrar uno de los acertijos de la naturaleza: puede ayudar a diseñar robots de natación más realistas que puedan usarse en la naturaleza. Por ejemplo, Porfiri dice que ha descubierto que un pez seguirá a un robot que crea vórtices para ahorrar energía, siempre que el robot se parezca al pez. Cambiando el tamaño o el color del robot, sin embargo, y los peces sospechan.

Thiria se complace en demostrar algo que comenzó como una teoría, como él mismo dice, esta es "una de las primeras observaciones reales del ahorro de energía en los bancos de peces". Ahora, Thiria está trabajando desde la observación hasta la teoría para comprender la formación de la falange. Pronto podríamos saber cómo el ahorro de energía mantiene a los peces pequeños en línea.

Artículo científico: Simple phalanx pattern leads to energy saving in cohesive fish schooling