La medusa es el animal con mayor eficiencia energética.
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Las medusas son conocidas por su capacidad de hacerse cargo de los ecosistemas, a pesar de que son nadadores y cazadores menos eficientes que su competencia de peces. Pero un nuevo estudio muestra que las medusas pueden gobernar las olas al ser realmente las del mundo. Así es cómo.
Si alguna vez has visto nadar una medusa, sabes que su movimiento se basa en abrir y cerrar su campana. Los animales tienen un anillo de músculos alrededor de los bordes de su campana; cuando aprietan estos músculos, la campana se contrae. Esta contracción expulsa el agua almacenada dentro de la campana.
“Tienen simetría radial, así que cuando se contraen por completo, arrojan este cuerpo de líquido en forma de rosquilla que gira sobre sí mismo”, dijo Brad Gemmell, biólogo marino del Laboratorio de Biología Marina en Woods Hole, Massachusetts. “Arrojan estos anillos de vórtice detrás de ellos, y este desprendimiento crea cierto empuje”.
Después de avanzar en la fase de contracción, las medusas relajan sus músculos y abren su campana, antes de cerrar nuevamente la campana.
Para estimar la natación eficiente de las medusas (y otros animales), los investigadores a menudo calculan el número de Froude, una métrica adimensional diseñada originalmente para cuantificar el rendimiento de propulsión de los barcos. Según este número, las medusas tienen una eficiencia de natación de 0.09-0.53, en comparación con la eficiencia de 0.8 Froude de muchos peces. Pero hay algunos problemas con esta métrica, incluido que no tiene en cuenta la demanda de energía metabólica de la natación o la fase de relajación en la natación de medusas.
Un sistema de doble propulsión
Como parte de un proyecto financiado por la Marina, Gemmell y sus colegas han estado investigando la “propulsión no tradicional”. Uno de sus organismos modelo ha sido la medusa, y han estado tratando de entender cómo nadan las medusas, cómo crean sus anillos de vórtice y cómo esos anillos interactúan entre sí para crear empuje.
A lo largo de su investigación, el equipo notó que cuando trazaban la velocidad de los animales a lo largo del tiempo, aparecería un pico secundario en la aceleración y la velocidad entre las fases de contracción. “Al principio no le prestamos mucha atención porque pensamos que era solo ruido”, dijo Gemmell a io9. “Pero siempre estuvo allí y fue muy consistente”.
Entonces, el equipo decidió investigarlo más a fondo utilizando una técnica llamada velocimetría de imagen de partículas digitales 2D, que consiste en sembrar agua en un tanque con esferas de vidrio sagrado que tienen un tamaño de solo 10 micras. “Cuando haces brillar un láser brillante en una lámina delgada, ilumina las partículas”, explicó Gemmell. Los investigadores utilizaron una cámara de video de alta velocidad y un software especial para registrar y analizar los movimientos de las partículas a medida que las medusas luna ( Aurelia aurita ) nadaban a través de ellas.
Descubrieron que las medusas nadan utilizando un sistema de doble propulsión que involucra dos vórtices. A medida que el primer vórtice (el “vórtice inicial”) desaparece, se forma un segundo vórtice que gira en la dirección opuesta (el “vórtice de detención”). Cuando el animal relaja sus músculos y abre su campana, el vórtice de detención se mueve debajo de la medusa, dándole un empujón secundario.
Este segundo impulso es esencialmente libre, dijo Gemmell, ya que ocurre durante la fase de relajación. Además, representa el 30 por ciento de la distancia recorrida por las medusas para cada ciclo de movimiento.
Para calcular la eficiencia de natación de las medusas, los investigadores utilizaron un método llamado “costo de transporte”, que, a diferencia del número de Froude, tiene en cuenta la energía requerida para generar movimiento cinemático y fluido. Determinaron que la medusa luna nada alrededor de 3,5 veces más eficientemente que el salmón. Y, curiosamente, estimaron que el costo de transporte de las medusas sería aproximadamente un 50 por ciento mayor si no tuvieran el empuje secundario.
Esta alta eficiencia de natación puede explicar muy bien cómo las medusas pueden formar las grandes flores por las que son conocidas.
“Si los peces y las medusas capturan 10 gramos de alimento, el pescado tomará una mayor proporción de los 10 gramos y lo pondrá en movimiento, en comparación con la medusa”, dijo Gemmell. “Pero las medusas pueden usar esa energía para crecer y reproducirse a un ritmo más rápido”.
Gemmell también señaló que la Marina tiene interés en las aplicaciones de los hallazgos del equipo. Si los instrumentos necesitan desplegarse en la columna de agua y mantener su posición durante meses, sería útil que pudieran aprovechar un sistema de propulsión eficiente similar a una medusa.
Y, de hecho, como parte del proyecto global financiado por la Marina, los investigadores de Virginia Tech ya están desarrollando robots de medusas, dijo Gemmell.
Fuente: internet
