02 mayo, 2011

La lengua del colibrí funciona como una esponja más que como un tubo capilar

Hasta ahora, los científicos creían que los colibríes bebían el néctar de las flores usando sus pequeñas lenguas a manera de tubos capilares (sorbetes); sin embargo, un par de investigadores del Departamento de Ecología y Biología Evolutiva de la Universidad de Connecticut desmintieron esta hipótesis. Gracias a la ayuda de poderosas cámaras de alta velocidad demostraron que los colibríes usaban sus lenguas como si fueran esponjas, atrapando el agua y metiéndola en su pico, según reportaron hoy en PNAS.

colibri

Los colibríes son unas aves fabulosas. Son tan pequeñas que sólo llegan a pesar unos 3 gramos, pero tienen un ritmo de vida tan acelerado que su corazón late unas 1,200 veces por minuto y, al volar, sus alas se baten unas 90 veces por segundo. Debido a esto, su consumo energético es tan grande que para poder sobrevivir necesitan alimentarse de unos 43 gramos de néctar al día —unas 14 veces su peso corporal. Gracias al alto contenido de azúcares de rápida asimilación, el néctar producido por las flores es el combustible ideal para esta pequeña ave.

Los nectarívoros como el colibrí tienen una lengua sumamente especializada, permitiéndoles extraer el néctar de las flores de manera eficiente. En 1883, el naturalista W.L.C Martin propuso que las lenguas de los colibríes actuaban a manera de diminutos sorbetes, usando la capilaridad de los líquidos para la succión del néctar. En base a esta idea, en los años 1980’s se desarrollaron los modelos biofísicos detallados que explicaban la estrategia de consumo de néctar empleada por los colibríes.

La capilaridad es aquel fenómeno que hace que un líquido suba, de manera espontánea, a través de un tubo muy delgado o de algún tipo de soporte (Ej. Papel filtro, silicagel, etc.)

Con el paso de los años, se fue descubriendo que muchas cosas no encajaban con los modelos biofísicos desarrollados en base a la capilaridad. Por ejemplo, si la capilaridad fuera la responsable de la extracción del néctar, aquellas flores que tuvieran una posición pendular (mirando hacia el suelo) facilitarían la tasa de extracción del néctar, gracias al efecto de la gravedad sobre el líquido. Sin embargo, los científicos no encontraron ningún tipo de relación entre la posición de la flor y la tasa de extracción del néctar.

Por otro lado, si la capilaridad fuera la responsable de la extracción del néctar, aquellos que tuvieran una menor concentración de azúcares (20 – 40%) serían preferidos por los colibríes ya que si la concentración de azúcares fuera mayor, la solución sería tan espesa que tardaría mucho subir a través de sus lenguas. Sin embargo, los experimentos demostraron que los colibríes prefieren néctares que tienen el doble de la concentración predicha (45 – 65%).

Debido a estas incongruencias con los modelos basados en la capilaridad, Alejandro Rico-Guevara & Margaret A. Rubega de la Universidad de Connecticut usaron cámaras de alta velocidad para obtener nuevas evidencias sobre el verdadero mecanismo de extracción del néctar de los colibríes, el cual se da a una velocidad de 20 veces por segundo. Los investigadores estudiaron tanto a los colibrís vivos, como a las lenguas extraídas de colibríes muertos.

Antes de que la lengua ingrese al néctar, sus laminillas se encuentran fuertemente plegadas y las dos puntas de la lengua se encuentran unidas, formando una punta única. Luego, cuando la lengua se pone en contacto con el néctar, las puntas se separan y las laminillas se despliegan (extendiéndose por completo) para formar una estructura bifurcada. Cuando la lengua sale del líquido, las laminillas se vuelven a enrollar atrapando dentro de ellas al néctar. Este último paso fue determinado usando las lenguas extraídas de colibríes muertos (video y figura inferior), donde se ve que las laminillas se cierran una vez pasan la interfase líquido-aire.

colibri-lengua

Entonces, las laminillas funcionan a manera de un precinto que sella la lengua, evitando el escape del néctar una vez que la lengua salga de la fase líquida para ser transportado al interior del pico. Esta función de las laminillas es muy importante ya que debido a la alta frecuencia de lamido del colibrí —casi 20 veces por segundo— la fuerza inercial haría que el líquido se pierda cada vez que la lengua sea metida al pico.

Sin embargo, lo más interesante fue que la lengua cumplió su función tanto in vivo como post mortem. Esto indicaría que su mecanismo de acción es una propiedad física inherente a la estructura de la lengua, convirtiéndose en un mecanismo de extracción sumamente eficiente porque no requiere de un gasto de energía extra para poder atrapar el néctar.

Como en este mecanismo la gravedad no tiene un papel protagónico, ahora sí podemos entender por qué la disposición de las flores no ejercen ningún efecto en la tasa de extracción del néctar. Las principales variables físicas involucradas con ente proceso son la tensión superficial del líquido y la presión de Laplace.  Lo que sí faltaría investigar es cómo se da el movimiento de la lengua de esta manera tan vertiginosa.

Esta asombrosa característica de la lengua de los colibríes esta siendo vista con buenos ojos para el desarrollo de nuevos dispositivos de bajo consumo de energía para la captura y transporte de fluidos, tanto en la nanotecnología como en la biomedicina (desarrollo de laboratorios en chips).


Referencia:

ResearchBlogging.orgAlejandro Rico-Guevara, & Margaret A. Rubeg (2011). The hummingbird tongue is a fluid trap, not a capillary tube Proceedings of the National Academy of Sciences DOI:10.1073/pnas.1016944108

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