Isaac Newton nunca habría descubierto las leyes del movimiento si sólo hubiera estudiado a los gatos.
Supongamos que agarras un gato, lo levantas panza arriba y lo dejas caer desde una ventana del segundo piso. Un gato es solo un sistema mecánico que obedece las leyes de movimiento de Newton, debe aterrizar boca arriba. (Está bien, hay algunos tecnicismos: tener que hacer esto en el vacío, pero ignórelo por ahora). En cambio, la mayoría de los gatos generalmente evitan lesiones girándose antes de aterrizar sobre sus pies.
La mayoría de las personas no se sienten desconcertadas por este truco; todos han visto videos que dan fe de las habilidades acrobáticas de los gatos. Pero durante más de un siglo, los científicos se han preguntado sobre la física de cómo lo hacen los gatos. Aparentemente, como señaló el premio Nobel Frank Wilczek en un artículo reciente, la premisa matemática de analizar la caída de un gato como un sistema mecánico falla en el caso de los gatos vivos.
«Este teorema no se aplica a los gatos biológicos reales», escribe Wilczek, físico teórico del MIT. No son sistemas mecánicos cerrados y «pueden consumir energía almacenada… impulsando el movimiento mecánico».
Sin embargo, las leyes de la física se aplican a los gatos, así como a todos los demás tipos de animales, desde insectos hasta elefantes. La biología no evita la física; Lo abraza. Desde la fricción a escalas microscópicas hasta la dinámica de fluidos en el agua y el aire, los animales utilizan leyes físicas para correr, nadar o volar. Cada aspecto del comportamiento animal, desde la respiración hasta la construcción de refugios, depende de alguna manera de las limitaciones y oportunidades impuestas por la física.
«Los organismos vivos… son sistemas físicamente limitados en múltiples escalas de longitud y escalas de tiempo», escriben Jennifer Riser y sus coautores en la edición actual de la Revista Anual de Física de la Materia Condensada.
Si bien el campo de la física del comportamiento animal aún está en su infancia, se han logrado avances considerables en la explicación de los comportamientos individuales, así como en cómo esos comportamientos están moldeados por las interacciones con otros individuos y el medio ambiente. Además de descubrir más sobre cómo los animales realizan sus diversas habilidades, dicha investigación puede conducir a nuevos conocimientos de física al profundizar en las habilidades de los animales que los científicos aún no comprenden.
Bichos en movimiento
La física se aplica a los animales en acción en una amplia gama de escalas espaciales. En el extremo corto del rango, las fuerzas de atracción entre átomos cercanos permiten a los gecos y algunos insectos trepar por las paredes o caminar sobre los tejados. En una escala ligeramente mayor, las texturas y estructuras proporcionan adhesión a otras gimnasias biológicas. En las plumas de las aves, por ejemplo, pequeños ganchos y púas actúan como velcro, manteniendo las plumas juntas para aumentar la sustentación durante el vuelo, informan Riser y sus colegas.
Las texturas biológicas ayudan al movimiento al facilitar la fricción entre las partes y superficies de los animales. Las escamas de las serpientes reyas de California tienen diseños que permiten un rápido deslizamiento hacia adelante, pero aumentan la fricción para inhibir el movimiento hacia atrás o de lado a lado. Algunas serpientes parapléjicas aparentemente han desarrollado diseños distintos que reducen la fricción en la dirección del movimiento, sugiere una investigación reciente.
Las estructuras de pequeña escala también son importantes para las interacciones de los animales con el agua. En muchos animales, las microestructuras hacen que el cuerpo sea «superhidrófobo», capaz de impedir la penetración de agua. «En climas húmedos, la caída de gotas de agua es esencial en animales como aves e insectos voladores, donde el peso y la estabilidad son de vital importancia», señalan Riser y los coautores Chantal Nguyen, Orit Peleg y Calvin Riska de la Universidad Emory.
Las superficies repelentes al agua ayudan a los animales a mantener su piel limpia. «Este mecanismo de autolimpieza… ayuda a proteger al animal de peligros como parásitos transmitidos por la piel y otras infecciones», explican los autores de la revisión anual. Y en algunos casos, puede ser necesario eliminar material extraño de la superficie del animal para preservar las propiedades de la superficie que mejoran el camuflaje.