Investigadores han desarrollado un robot con forma de pez que muestra cómo algunas especies de peces modernos son capaces de caminar en tierra, y que podría ayudar a desentrañar cómo los primeros vertebrados desarrollaron habilidades similares hace cientos de millones de años.
Utilizando una combinación de su robot "pez caminante" y modelos informáticos basados en observaciones de peces reales, los investigadores, liderados por la Universidad de Cambridge, descubrieron que una amplia gama de especies no relacionadas entre sí han desarrollado de forma independiente la misma forma básica de caminar, que esencialmente imita el movimiento de nadar en tierra.
Este sencillo patrón de marcha, que los investigadores denominan "marcha trípode ondulante", parece torpe y desgarbado, pero en realidad es una de las soluciones más antiguas de la vida a un problema: cómo escapar de los depredadores o desplazarse de un hábitat a otro sin extremidades especializadas.
La locomoción es mecánicamente simple: los peces se impulsan hacia adelante con la cola mientras usan las aletas delanteras o la cabeza como apoyo. Este patrón reaparece en especies de peces no emparentadas, desde el pez pulmonado africano hasta el bagre acorazado. Si bien las especies individuales de peces que caminan están bien estudiadas, esta es la primera vez que se identifican principios locomotores comunes a múltiples especies.
Este ejemplo plausible de evolución convergente —donde diferentes especies desarrollan habilidades similares de forma independiente— también podría ayudar a los investigadores a comprender cómo los vertebrados hicieron la transición del agua a la tierra, uno de los eventos más significativos en la historia de la vida en la Tierra. Los resultados se publican en la revista Nature Communications.
Varias especies de peces vivos, como los bichires, los peces pulmonados, los bagres, los escorpiones marinos y las cabezas de serpiente, son capaces de caminar en tierra. Si bien son mucho más eficientes en el agua, contar con un modo de locomoción adicional que puedan usar cuando lo necesiten representa una ventaja evolutiva.
«Si tienes la capacidad de caminar por tierra y tu depredador no, puedes escapar y, con suerte, el depredador seguirá su camino», explicó el autor principal, el Dr. Michael Ishida, del Departamento de Ingeniería de Cambridge. «También tienes la capacidad de desplazarte de un entorno de aguas poco profundas a otro, como por ejemplo, las pozas de marea».
Ishida, ingeniero del laboratorio del profesor Fumiya Iida en Cambridge, trabajó junto con biólogos y paleontólogos para estudiar cómo se desplazan los peces modernos y si esos resultados podrían utilizarse para determinar cómo los peces antiguos hicieron la transición del agua a la tierra.
Los investigadores crearon primero un modelo informático basado en los movimientos de Polypterus senegalus , un bichir gris originario de África, y de otros peces que caminan. El modelo reveló modos de locomoción similares en varias especies diferentes.
“Observamos repetidamente este tipo de movimiento al caminar, aunque es muy primitivo”, dijo Ishida. “Varias especies de peces, dispersas a lo largo del árbol evolutivo y sin parentesco cercano entre sí, lo realizan. Es un movimiento tan simple que puede repetirse a partir de un punto de partida muy básico”.
Ishida y sus colegas denominaron a este movimiento al caminar una marcha trípode ondulante: el pez ancla su cuerpo con las aletas delanteras o la cabeza, y utiliza su cola para impulsar el cuerpo hacia adelante alrededor de ese punto de anclaje.
“Parece un pez nadador arrojado a tierra”, dijo Ishida. “Un pez nadador usa su cuerpo para impulsarse a través del agua, así que si tomas eso, lo pones en tierra y le das la capacidad de mover sus aletas delanteras, eso es exactamente lo que está haciendo”.
Posteriormente, los investigadores construyeron un pez robot físico para probar sus resultados y descubrieron que el movimiento más eficiente coincidía estrechamente con los movimientos del bichir y con los resultados del modelo informático.
“Probamos todo tipo de patrones de marcha en el robot, y cada uno de ellos resultaba más lento”, dijo Ishida. “Cada vez que cambiábamos la forma en que se doblaba el cuerpo, o la secuencia en que se doblaba, empeoraba. Fue sorprendente que el patrón de marcha óptimo en la simulación y en el robot coincidiera con el comportamiento real de los peces”.
Los investigadores afirman que futuros trabajos en este campo podrían aplicarse a peces fósiles como el Tiktaalik , un importante eslabón fósil en la transición del agua a la tierra. Una combinación similar de modelado informático y robótica podría ayudar a determinar cómo estas antiguas especies caminaron por primera vez sobre tierra firme.
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