Redacción
Un banco de peces es una sorprendente demostración de sincronicidad. Sin embargo, siglos de estudio han dejado una pregunta básica sin respuesta: ¿los peces ahorran energía nadando en los cardúmenes? Ahora, científicos del Instituto Max Planck de Comportamiento Animal (MPI-AB), la Universidad de Konstanz y la Universidad de Pekín han dado una respuesta que se sospechaba desde hace tiempo pero que nunca se ha apoyado de forma concluyente en los experimentos.
Utilizando robots biomiméticosparecidos a los peces, los investigadores muestran que los peces podrían aprovechar los remolinos de agua generados por los que están delante aplicando una simple regla de comportamiento. Ajustando el ritmo de su cola en relación con los vecinos cercanos – una estrategia llamada igualación de fase de vórtice – los robots demostraron que se beneficiaban hidrodinámicamente de un vecino cercano sin importar su posición con respecto a ese vecino. La regla previamente desconocida, revelada por los robots, se demostró posteriormente que era la estrategia utilizada por los peces que nadan libremente. El estudio apareció en la revista inNature Communications.
“Los bancos de peces son sistemas sociales altamente dinámicos”, dice el autor principal Iain Couzin, Director del MPI-AB, quien también codirige el Grupo de Excelencia ‘Centro para el Estudio Avanzado del Comportamiento Colectivo’ de la Universidad de Constanza. “Nuestros resultados proporcionan una explicación de cómo los peces pueden beneficiarse de los vórtices generados por los vecinos cercanos sin tener que mantener distancias fijas entre ellos”.
Responder a la pregunta de si los peces pueden o no ahorrar energía nadando con otros requiere medir su gasto de energía. Hasta ahora no ha sido posible hacerlo con precisión en los peces que nadan libremente, por lo que estudios anteriores han tratado de responder a esta pregunta a través de modelos teóricos y predicciones.
El nuevo estudio, sin embargo, ha superado esta barrera a las pruebas experimentales. Los investigadores desarrollaron un pez robótico en 3D que tiene una aleta de cola suave y nada con un movimiento ondulatorio que imita con precisión el movimiento de un pez real. Pero a diferencia de sus homólogos vivos, los robots permiten la medición directa del consumo de energía asociado a nadar juntos o solos.
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Los peces robot proporcionan información sobre cómo los peces pueden ahorrar energía nadando en los cardúmenes. (Foto: Dr Liang Li, Max Planck Institute of Animal Behavior (MPI-AB))
“Desarrollamos un robot biomimético para resolver el problema fundamental de averiguar cuánta energía se utiliza en la natación”, dice Liang Li, becario postdoctoral en el MPI-AB y primer autor del estudio. “Si entonces tenemos múltiples robots interactuando, obtenemos una forma eficiente de preguntar cómo las diferentes estrategias de nadar juntos impactan en los costes de la locomoción”.
Los investigadores estudiaron peces robóticos nadando en pareja o solos. Realizando más de 10.000 pruebas, probaron peces seguidores en todas las posiciones posibles en relación con los líderes, y luego compararon el uso de la energía con la natación en solitario.
Los resultados mostraron una clara diferencia en el consumo de energía de los robots que nadaban solos frente a los que nadaban en pareja. La causa de esto, descubrieron, es la forma en que los peces de delante influyen en la hidrodinámicade los peces de detrás. La energía consumida por un pez seguidor está determinada por dos factores: su distancia detrás del líder y el tiempo relativo de los golpes de cola del seguidor con respecto al del líder. En otras palabras, importa si el pez seguidor está situado cerca del líder o muy atrás de él y cómo el seguidor ajusta sus golpes de cola para aprovechar los vórtices creados por el líder.
Para ahorrar energía, resulta que el secreto está en la sincronización. Es decir, el pez seguidor debe igualar el ritmo de su cola al del líder con un desfase temporal específico basado en la posición espacial, una estrategia que los investigadores llamaron “coincidencia de fase de vórtice“. Cuando los seguidores están al lado del pez líder, lo más efectivo energéticamente es sincronizar los golpes de cola con el líder. Pero a medida que los seguidores se quedan atrás, deben salir de la sincronización teniendo cada vez más retraso en comparación con el ritmo de cola del líder.
Para poder visualizar la hidrodinámica, los investigadores emitieron diminutas burbujas de hidrógeno en el agua y las visualizaron con un láser, una técnica que hizo visibles los vórtices creados por el movimiento de natación de los robots. Esto demostró que los vórtices son desprendidos por el pez líder y se mueven hacia atrás. También mostró que los robots podían utilizar estos vórtices de varias maneras. “No se trata solo de ahorrar energía. Cambiando la forma en que se sincronizan, los seguidores también pueden utilizar los vórtices que desprenden otros peces para generar empuje y ayudarles a acelerar”, dice el coautor Mate Nagy, jefe del Grupo de Investigación de Comportamiento Colectivo ‘Lendület’ de la Academia Húngara de Ciencias y la Universidad de Eötvös, que realizó el trabajo cuando era becario postdoctoral en el MPI-AB.
¿Pero los peces de verdad usan la estrategia de emparejamiento de fases de vórtice para ahorrar energía? Para responder a eso, los investigadores crearon un simple modelo hidrodinámico que predice lo que los peces reales deben hacer si están usando dicho emparejamiento de fases de vórtice. Utilizaron análisis asistido por inteligencia artificial de la postura corporal de peces que nadan juntos y descubrieron, de hecho, que la estrategia se está utilizando en la naturaleza.
Según Couzin: “Descubrimos una simple regla para sincronizarse con los vecinos que permite a los seguidores explotar continuamente los vórtices generados socialmente. Pero antes de nuestros experimentos robóticos, simplemente no sabíamos qué buscar, así que esta regla había estado escondida a plena vista”.
