Las últimas investigaciones revelan por qué los gecos son los animales más grandes capaces de escalar paredes verticales lisas, incluso los escaladores más grandes requerirían almohadillas adhesivas inmanejables. Los científicos estiman que un humano necesitaría almohadillas adhesivas que cubran el 40% de la superficie de su cuerpo para caminarun muro como Spiderman, y cree que sus ideas tienen implicaciones para la viabilidad de los adhesivos a gran escala, tipo gecko.
Un nuevo estudio, publicado hoy en PNAS , muestra que al trepar animales desde ácaros y arañas hasta ranas arbóreas y gecos, el porcentaje de superficie corporal cubierta por almohadillas adhesivas aumenta a medida que aumenta el tamaño del cuerpo, estableciendo un límite para el tamaño del animal que puede usar esta estrategia porque los animales más grandesrequeriría pies imposiblemente grandes
El Dr. David Labonte y sus colegas en el Departamento de Zoología de la Universidad de Cambridge descubrieron que los pequeños ácaros usan aproximadamente 200 veces menos de su área corporal total para almohadillas adhesivas que los geckos, los escaladores más grandes basados en adherencia de la naturaleza. ¿Y los humanos?aproximadamente el 40% de nuestra superficie corporal total, o aproximadamente el 80% de nuestro frente, se cubrirá con almohadillas adhesivas si quisiéramos hacer una impresión convincente de Spiderman.
Una vez que un animal es lo suficientemente grande como para necesitar que una fracción sustancial de la superficie de su cuerpo se cubra con almohadillas adhesivas, los cambios morfológicos necesarios harán que la evolución de este rasgo sea poco práctica, sugiere Labonte.
"Si un humano, por ejemplo, quisiera subir una pared como lo hace un gecko, necesitaríamos pies pegajosos imprácticamente grandes; nuestros zapatos tendrían que ser del tamaño europeo 145 o del tamaño estadounidense 114", diceWalter Federle, autor principal también del Departamento de Zoología de Cambridge.
Los investigadores dicen que estas ideas sobre los límites de tamaño de las almohadillas adhesivas podrían tener profundas implicaciones para el desarrollo de adhesivos bioinspirados a gran escala, que actualmente solo son efectivos en áreas muy pequeñas.
"A medida que los animales aumentan de tamaño, la cantidad de superficie corporal por volumen disminuye: una hormiga tiene mucha superficie y muy poco volumen, y una ballena azul es principalmente volumen con poca superficie", explica Labonte.
"Esto plantea un problema para las especies trepadoras más grandes porque, cuando son más grandes y pesadas, necesitan más poder de adherencia para poder adherirse a superficies verticales o invertidas, pero tienen comparativamente menos superficie corporal disponible para cubrir con almohadillas adhesivas.Esto implica que hay un límite de tamaño para las almohadillas adhesivas como una solución evolutiva para la escalada, y eso resulta ser del tamaño de un geco ".
Los animales más grandes han desarrollado estrategias alternativas para ayudarlos a trepar, como garras y dedos para agarrarse.
Los investigadores compararon el peso y el tamaño de la almohadilla del pie de 225 especies de animales trepadores, incluidos insectos, ranas, arañas, lagartijas e incluso un mamífero.
"Comparamos animales que cubren más de siete órdenes de magnitud de peso, que es aproximadamente lo mismo que comparar una cucaracha con el peso del Big Ben, por ejemplo", dice Labonte.
Estas investigaciones también dieron a los investigadores una mayor comprensión de cómo el tamaño de las almohadillas adhesivas está influenciado y limitado por la historia evolutiva de los animales.
"Estábamos viendo animales muy diferentes: una araña y un geco son tan diferentes como un humano a una hormiga, pero si nos fijamos en sus patas, tienen patas muy similares", dice Labonte.
"Las almohadillas adhesivas de animales trepadores son un excelente ejemplo de evolución convergente, donde varias especies han llegado independientemente, a través de historias evolutivas muy diferentes, a la misma solución a un problema. Cuando esto sucede, es una clara señal de que debe seruna muy buena solución "
Los investigadores creen que podemos aprender de estas soluciones evolutivas en el desarrollo de adhesivos artificiales a gran escala.
"Nuestro estudio enfatiza la importancia del escalado para la adhesión de los animales, y el escalado también es esencial para mejorar el rendimiento de los adhesivos en áreas mucho más grandes. Todavía queda mucho trabajo interesante por hacer para investigar las estrategias que los animales han desarrollado parapara mantener la capacidad de escalar paredes lisas, que probablemente también tendrían aplicaciones muy útiles en el desarrollo de adhesivos a gran escala, potentes pero controlables ", dice Labonte.
Hay otra posible solución al problema de cómo pegarse cuando eres un animal grande, y eso hace que tus almohadillas adhesivas sean aún más pegajosas.
"Notamos que el tamaño de la almohadilla de especies estrechamente relacionadas no aumentaba lo suficientemente rápido como para igualar el tamaño del cuerpo, probablemente como resultado de limitaciones evolutivas. Sin embargo, estos animales aún pueden adherirse a las paredes", dice Christofer Clemente, coautor de la Universidadde la costa del sol.
"Dentro de las ranas, descubrimos que han cambiado a esta segunda opción de hacer que las almohadillas sean más pegajosas en lugar de más grandes. Es notable que veamos dos soluciones evolutivas diferentes para el problema de crecer y pegarse a las paredes", dice Clemente.
"En todas las especies, el problema se resuelve evolucionando almohadillas relativamente más grandes, pero esto no parece posible dentro de especies estrechamente relacionadas, probablemente porque no hay suficiente diversidad morfológica para permitirlo. En cambio, dentro de estos grupos estrechamente relacionados, las almohadillas se vuelven más pegajosas. Este es un gran ejemplo de restricción evolutiva e innovación ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Cambridge . La historia original tiene licencia bajo a Licencia Creative Commons . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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