Engranajes naturales

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Solemos pensar en los engranajes como algo propio de la maquinaria humana diseñada, algo típicamente del campo de la ingeniería, atribuyendo a la Grecia clásica la invención de la rueda dentada (mecanismo de Anticítera/video)Pero hemos encontrado que eso es sólo porque no buscamos lo suficiente… pues los engranajes mecánicos se han descubierto recientemente también en el ámbito biológico. Les presento a  Issus coleoptratus, insecto Hemiptero al que tambien pertenecen los mas conocidos pulgones, cigarras o chinches. Los engranajes en cuestión se encuentran en una estructura en la parte superior de cada una de las patas traseras del insecto, llamado el trocánter. Nosotros humanos también tenemos trocánter, cerca de la parte superior del fémur que se conecta al hueso de la cadera. Cuando las personas se someten a cirugía de reemplazo de cadera, parte de lo que se sustituye normalmente es el trocánter. Los artrópodos tienen una estructura análoga en sus patas y que se inserta firmemente en el fémur articulándose en la cadera del insecto llamada coxa.

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detalle partes de la pata de un insecto e imagen al ME de la articulación de Issus

Malcolm Burrows y Gregory Sutton, de la Universidad de Cambridge y descubridores del mecanismo, apuntan que al igual que los escarabajos utilizan un mecanismo de tornillo y tuerca para el movimiento de sus patas, demuestran que las formas utilizadas en las máquinas hechas por el hombre han evolucionado de la naturaleza. Estos engranajes no están diseñados, sino que se desarrollaron para la sincronización en el mundo animal. Los insectos aparecieron alrededor de hace 400 millones de años (Devónico)…

minivideo (en inglés)

Aquí no acaban las sorpresas pues este preciso mecanismo de huida o de búsqueda de nuevos hábitats y para la locomoción, lo pierden en su etapa adulta; de este modo los insectos maduros para desplazarse sincronizan sus patas por fricción como la mayor parte de los insectos saltadores.  Las ninfas mudan su exoesqueleto media docena de veces durante su desarrollo, teniendo la opción de reparar el sistema si se produce algún fallo. La explicación la podría tener la propia evolución pues si uno de estos engranajes se estropea en un adulto, seria lenta su reparación y supondría un elevado precio que en la carrera por la supervivencia, los organismos no se pueden permitir.

El mecanismo es fascinante. En la parte superior de las patas, este par de minúsculos engranajes en 2 milisegundos y acelerando a casi 400 g’s, 20 veces mas de lo que un cuerpo humano podría soportar, realiza su salto a una velocidad de casi 4 metros por segundo!, toda una hazaña teniendo en cuenta los 3 mm de tamaño del artrópodo.

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imágenes del engranaje natural, ninfa de Issus y salto

Podéis contemplar algunas bellas imágenes en el National Geographic y ampliar información sobre el fascinante mundo de los saltos en los insectos, una vieja cuestión…

Se ha encontrado también otro mecanismo en esta ocasión tipo tornillo-tuerca en las articulaciones de las patas de un coleóptero (escarabajo) que le permiten un balanceo hacia atrás y hacia adelante. En ocasiones, las articulaciones pueden parecerse a la cadera humana, articulación de rótula. Un reciente artículo de Thomas van de Kamp y sus colegas en la revista Science  añaden un nuevo tipo a la lista que acaba de empezar. Las articulaciones de la coxa-trocanter de las patas del picudo Trigonopterus oblongus funcionan como un sistema de tornillo y tuerca biológica. La articulación tiene una rosca externa bien definida que encaja en la rosca interior de las coxas, como un tornillo encaja en una tuerca. Las porciones apicales de las coxas se parecen mucho a las tuercas con roscas internas bien definidas que abarcan 345 °. Los trocánter correspondientes tienen roscas espirales externas perfectamente compatibles a 410 °. Los autores apuntan que esta conexión requiere poco consumo de energía para los músculos de las patas permitiendo al insecto además cierta flexibilidad adicional de movimiento. Esta articulación es común a todos los gorgojos investigados hasta la fecha y representa un carácter evolutivo beneficioso importante para la adaptación de estos insectos a su entorno .

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Gorgojo Trigonopterus oblongus e imagenes al ME del trocánter “tornillo” y coxa “tuerca”. AAAS/Science

¿Por qué todas las especies de gorgojos examinados tienen un mecanismo de ese tipo?. Estos bellos insectos pasan mucho tiempo escalando entre la vegetación incluso caminando por debajo de la superficie de las hojas. Si el gorgojo quisiera saltar a otra planta resulta esencial esa libertad de movimiento gracias a la unión tornillo-tuerca. En el suelo, caminando, el escarabajo tendría grandes dificultades de acción. Resulta que el origen del tornillo increíblemente útil para nosotros, estaba presente todo el tiempo en los depósitos de harina …pero nos ocupabamos mas de su exterminio con los pesticidas…

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Reconstrucción 3D [(A) a (E)] de la coxa (verde) y trocánter (amarillo) de la pata trasera izquierda de T. oblongus. (A) Posición deprimida; (B) posición elevada; (C) corte horizontal de la coxa a lo largo del eje de rotación; (E) porción dorsal de la coxa; (F) fotografía electrónica de barrido del metatrochanter derecho mostrando el cóndilo posterior (c) y la rosca en espiral externa (e).

La observación detallada, minuciosa, humilde y asombrosa del mundo natural empieza una nueva andadura. Ojalá cambie nuestra manera de acercarnos y reconectar con ella, pues acabamos de conocernos.

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