Si observa con cuidado las plumas de un pollo, encontrará muchas formas diferentes dentro del mismo pájaro, incluso dentro de una sola pluma. La diversidad de formas y funciones de las plumas se expande enormemente cuando considera las plumas de las avesque van desde avestruces hasta pingüinos y colibríes. Ahora, los investigadores informan en la revista Celda el 27 de noviembre adoptó un enfoque multidisciplinario para comprender cómo se hacen todas esas plumas.
"Siempre nos preguntamos cómo pueden volar las aves y de diferentes maneras", dice el autor correspondiente Cheng-Ming Chuong, de la Universidad del Sur de California, Los Ángeles. "Algunas vuelan como águilas, mientras que otras requieren un aleteo rápido de las alas como los colibríes".Algunas aves, incluidas las avestruces y los pingüinos, no vuelan en absoluto.
"Tales diferencias en los estilos de vuelo se deben en gran medida a las características de sus plumas de vuelo", agrega Chuong. "Queríamos aprender cómo se hacen las plumas de vuelo para que podamos entender mejor la naturaleza y aprender los principios de la arquitectura bioinspirada".
En el nuevo estudio, los investigadores reunieron un equipo multidisciplinario para observar las plumas de muchas maneras diferentes, desde sus propiedades biofísicas hasta la biología molecular subyacente que permite su formación a partir de células madre en la piel. Examinaron las plumas de las avestruces no voladoras., pollos voladores de corta distancia, patos voladores y águilas voladoras y gorriones voladores de alta frecuencia. Estudiaron los extremos al incluir colibríes y pingüinos. Para comprender mejor cómo las plumas han evolucionado y cambiado a lo largo del tiempo evolutivo, el equipo también buscó plumas que soncasi 100 millones de años, encontrados incrustados y preservados en ámbar en Myanmar.
Con base en sus hallazgos, los investigadores explican que la estructura modular de las plumas permitió a las aves adaptarse a lo largo del tiempo evolutivo, ayudándolas a tener éxito en los diferentes ambientes en los que viven las aves hoy en día. Su estructura también permite la especialización de las plumas en diferentes partesdel cuerpo de un pájaro individual.
La pluma de vuelo está hecha de dos módulos arquitectónicos altamente adaptables: el eje central o raquis y la aleta periférica. El raquis es un haz compuesto hecho de una médula porosa que mantiene la luz de las plumas rodeada por una corteza rígida que agrega resistencia.Sus estudios muestran que estos dos componentes del raquis permiten diseños altamente flexibles que permiten volar o moverse de diferentes maneras. Los investigadores también revelaron las señales moleculares subyacentes, incluidas Bmp y Ski, que guían el desarrollo de esas características de diseño.
Unida al raquis está la veleta de plumas. La veleta es la parte de la pluma compuesta de muchas púas suaves que se unen. Los investigadores informan que la veleta se desarrolla utilizando principios similares al corte de papel. Como tal, una sola hoja epitelialproduce una serie de diseños diversos y ramificados con púas individuales, cada uno con muchos ganchos pequeños que mantienen la paleta unida en un plano utilizando un mecanismo similar al velcro. Sus estudios muestran que los gradientes en otra vía de señalización Wnt2b juegan un papel importante en elformación de esas púas.
Para mirar hacia atrás en el tiempo, los investigadores estudiaron fósiles de ámbar recientemente descubiertos, lo que les permitió explorar estructuras de plumas tridimensionales delicadas. Sus estudios muestran que las plumas antiguas tenían la misma arquitectura básica pero con características más primitivas. Por ejemplo, púas adyacentesformó la veleta con bárbulas superpuestas, sin el mecanismo de gancho en forma de velcro que se encuentra en las aves vivas.
"Hemos aprendido cómo una piel simple puede transformarse en una pluma, cómo una estructura de plumas prototípica puede transformarse en plumas suaves, de contorno o de vuelo, y cómo una pluma de vuelo puede ser modulada para adaptarse a los diferentes modos de vuelo requeridospara diferentes entornos de vida ", dice Chuong." En cada esquina y en diferentes escalas morfológicas, nos sorprendió cómo la elegante adaptación de la arquitectura prototipo puede ayudar a diferentes aves a adaptarse a diferentes entornos nuevos ".
Los investigadores dicen que, además de ayudar a comprender cómo las aves se han adaptado con el tiempo, esperan que estos principios arquitectónicos bioinspirados que hayan descubierto puedan ser útiles en el diseño de tecnología futura. Señalan que los materiales compuestos del futuro podrían contribuir aconstrucción de drones voladores ligeros pero robustos, turbinas eólicas duraderas y resistentes, o mejores implantes médicos y dispositivos protésicos.
El co-líder del equipo y biofísico Wen Tau Juan del Centro Integrativo de Células Madre del Hospital de la Universidad Médica de China, Taiwán, ya ha comenzado a explorar la aplicación de principios arquitectónicos inspirados en plumas en el diseño de biomateriales. El equipo también espera aprenderaún más sobre las señales moleculares que permiten la formación de estructuras de plumas tan complejas a partir de células madre epidérmicas que comienzan de la misma manera.
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Materiales proporcionados por prensa celular . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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