¿Cómo surgen las innovaciones clave en el reino animal? Para explorar esta pregunta, el experto en gecko Timothy Higham, profesor asociado de biología en la Universidad de California, Riverside, dirigió un equipo de biólogos evolutivos para estudiar Gonatodes , un género de geckos enanos. En el proceso, los investigadores encontraron un gecko, Gonatodes humeralis , que afirman ofrece una "instantánea" en la evolución de la adhesión en geckos.
"El aparato adhesivo gecko, una de las innovaciones más espectaculares exhibidas por los vertebrados, se ha estudiado intensamente durante los últimos 16 años y es de considerable interés para los nanotecnólogos y biomiméticos", dijo Higham. "Pero casi nada se sabe sobre el origende esta capacidad adhesiva. G. Humeralis , que se encuentra en América del Sur, muestra cómo pueden surgir las capacidades adhesivas de los geckos. Nuestro análisis integrador de este gecko muestra que inesperadamente tiene pelos microscópicos, llamados setas, debajo de los dedos de los pies, que le permiten hacer algo dramáticamente diferente atodos los otros geckos en el Gonatodes género: aferrarse a superficies lisas como las hojas. Lo hace sin toda la compleja estructura de los dedos de los pies que tipifican los gecos con los que estamos más familiarizados. En el laboratorio, este geco puede escalar superficies verticales lisas usando su incipiente adhesivosistema."
Higham explicó que las setas interactúan con las superficies a través de las atractivas fuerzas de van der Waals. La expresión relativamente simple de setas en los dígitos de G. Humeralis por lo tanto, proporciona una enorme ventaja en sectores del hábitat tipificados por superficies lisas, de baja fricción, inclinadas, como hojas y tallos resbaladizos, lo que permite G. Humeralis para evitar a los depredadores al ocupar hábitats que otros miembros del género no pueden. Si bien puede unirse de forma segura a los brotes de bambú verticales, por ejemplo, otras especies en el Gonatodes el género generalmente escala los troncos de árboles ásperos, rocas, palmeras caídas y se mueve en el suelo, áreas donde abundan sus depredadores.
"El sistema adhesivo relativamente simple de la G. Humeralis es indicativo de que ligeras modificaciones en la forma pueden influir dramáticamente en los resultados funcionales y los nichos ecológicos que pueden ser explotados ", dijo Higham." Este gecko aparentemente sin almohadillas nos ofrece una instantánea, una etapa intermedia crucial, de la evolución de la adhesiónaparato. Nos está diciendo, 'Mira, así es como los geckos con almohadillas comenzaron a adquirir adherencia' "
Además, los resultados indican que el origen de la adhesión en los geckos fue gradual y condujo a cambios importantes en la ecología y la función. También sugieren que los cambios morfológicos sutiles pueden desencadenar una rápida evolución.
Los resultados del estudio aparecen el 29 de septiembre en el Revista Biológica de la Sociedad Linneana .
Las setas de G. Humeralis son cortas y simples en comparación con las de los geckos con almohadillas, como los geckos tokay. Las setas se encuentran adyacentes a las "espículas" que aumentan la fricción: pequeñas proyecciones, que no desempeñan ningún papel en la adhesión, que se encuentran debajo de los piesde muchos lagartos y gecos. Los autores sostienen que las setas de G. Humeralis resultado de una transformación de las espínulas.
"Hasta ahora, no habíamos visto un gecko que mostrara los inicios del sistema adhesivo", dijo Higham. "En todas las innovaciones vistas en el reino animal, rara vez vemos sus comienzos. Nuestros hallazgos sirven como buena evidencia contraideas de diseño inteligente. La evolución tiene lugar en pasos incrementales, como lo muestra la 'instantánea' que presentamos. La complejidad no comienza con la complejidad. Sin embargo, las pequeñas modificaciones pueden conducir a la complejidad. Las innovaciones clave pueden producirse en pequeños pasos incrementales y conducir aprocesos de retroalimentación que resultan en interpretaciones más complejas de tales sistemas. Nuestra investigación ofrece más evidencia experimental para demostrar que esto es cierto ".
Higham y sus colegas encontraron G. Humeralis especímenes en Trinidad y Guayana Francesa. Primero utilizaron microscopía electrónica de barrido para examinar la microanatomía debajo de los dedos de los geckos y la morfometría para compararlos con parientes cercanos. Después de estas observaciones iniciales, el equipo estudió esta especie y otras en el laboratorio utilizando uncombinación de video de alta velocidad para medir la locomoción y transductores de fuerza para cuantificar la capacidad de adherencia, descubriendo que solo G. Humeralis podría generar fuerza de agarre y subir acrílico liso vertical.
"Nuestro trabajo interesaría a los investigadores en nanotecnología y biomimética porque explora la pregunta: '¿Cuáles son las modificaciones estructurales mínimas para permitir la adhesión?' Los robots inspirados en Gecko tienden a desarrollar sistemas de adhesión completamente desarrollados. ¿Pero es necesario? Nuestro trabajo sugiereque no se necesita mucho para poner en marcha un buen sistema de adhesión y, por lo tanto, puede ayudar a simplificar cómo abordamos la biomimética y cómo recreamos la adhesión en el laboratorio ".
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Materiales proporcionado por Universidad de California - Riverside . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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