Las plumas de muchas aves son notablemente eficientes para arrojar agua, tanto que «como agua en la espalda de un pato» es una expresión común. Aún más inusuales son las plumas del vientre de la ganga, especialmente la ganga namaqua, que absorben y retienen agua de manera tan eficiente que los pájaros machos pueden volar más de 20 km desde un abrevadero remoto hasta el nido y aun así retener suficiente agua en sus plumas para que beban los polluelos. y sobrevivir Desiertos de Namibia, Botswana y Sudáfrica.
¿Cómo funciona esta pluma? Mientras los científicos extrapolaban una imagen aproximada, tomaron herramientas de microscopía de última generación y un paciente trabajó con un grupo de plumas de lavandera para desbloquear los detalles estructurales únicos que permiten que las plumas retengan agua. Los hallazgos aparecen hoy en el Journal of Interface de la Royal Society, en un artículo de Lorna Gibson, profesora Matula S. Salapatas de ciencia e ingeniería de materiales y profesora de ingeniería mecánica en el MIT, y el profesor Jochen Müller de la Universidad Johns Hopkins.
La capacidad única de transportar agua de los playeros se informó por primera vez en 1896, dice Gibson, por E.G.B. Meade-Waldo, quien criaba aves en cautiverio. «¡Los vio actuar así, y nadie le creyó! Quiero decir, parecía tan extraño», dice Gibson.
En 1967, Tom Kidd y Gordon MacLean informaron observaciones detalladas de aves en sus abrevaderos, en un estudio que demostró que el comportamiento único era real. Los científicos descubrieron que las plumas de los playeros machos pueden contener alrededor de 25 mililitros de agua, o alrededor de una décima parte de una taza, después de que el pájaro haya pasado unos cinco minutos sumergido en agua y esponjando sus plumas.
Aproximadamente la mitad de esta cantidad puede evaporarse durante el vuelo de media hora del ave macho de regreso al nido, ya que los polluelos, que no pueden volar durante su primer mes, beben el resto directamente de las plumas.
Gibson dice que Cady y McClain «tenían una parte de la historia», pero las herramientas no existían en ese momento para realizar las imágenes detalladas de las estructuras de las plumas que el nuevo estudio pudo lograr.
Gibson y Mueller realizaron sus estudios utilizando microscopía electrónica, tomografía microcomputarizada e imágenes de video. Tomaron prestadas las plumas del vientre de la ganga Namaqua del Museo de Zoología Comparada de la Universidad de Harvard, que alberga una colección de especímenes de alrededor del 80 por ciento de las aves del mundo.
Las plumas de las aves generalmente tienen un eje central desde el cual se extienden unas pesas más pequeñas y luego otras más pequeñas. Sin embargo, el plumaje de Sandgrouse está estructurado de manera diferente. En la región interna de las plumas, las barbillas tienen una estructura enrollada en espiral cerca de su base y luego una extensión recta. En la región exterior de las plumas, las barbillas carecen de espiral y son simplemente rectas. Ambos segmentos carecen de los surcos y ganchos que mantienen unidas las plumas de las plumas circunferenciales en la mayoría de las otras aves.
Animación de primer plano de plumas de arena, de forma similar a las hojas de palma, que se estiran a medida que pasa el agua.
Un video del agua que se esparce a través de las cuchillas pulidas con arena especializadas, bajo aumento, muestra cómo se desenrollan y se extienden las barbillas a medida que se humedecen. Inicialmente, la mayoría de las barras en la región exterior de las plumas forman características tubulares.
Crédito: Espécimen #142928, Museo de Zoología Comparada, Universidad de Harvard © Presidente y Profesores de la Universidad de Harvard.
Cuando están mojadas, las porciones enrolladas de las bárbulas se aflojan y giran para quedar perpendiculares a la pluma, produciendo un denso bosque de fibras que pueden retener agua a través de la acción capilar. Al mismo tiempo, las bárbulas de la región exterior se enroscan hacia adentro, lo que ayuda a mantener el agua adentro.
Las técnicas de microscopía utilizadas en el nuevo estudio permitieron medir las dimensiones de las diferentes partes de la pluma. En la región interior, los ejes espinosos son lo suficientemente grandes y rígidos para proporcionar una base rígida alrededor de la cual se deforman las otras partes de las plumas, y las bárbulas son lo suficientemente pequeñas y flexibles para que la tensión superficial sea suficiente para doblar las extensiones rectas en rasgadura. -Estructuras parecidas a las que contienen agua. En la zona exterior, las columnas y las púas son más pequeñas, lo que les permite envolver la zona interior, lo que se traduce en una mayor retención de agua.
Si bien el trabajo anterior sugirió que la tensión superficial producía propiedades de retención de agua, «lo que hicimos fue tomar medidas de las dimensiones y hacer algunos cálculos para mostrar que esto es lo que realmente está sucediendo», dice Gibson. El trabajo de su grupo ha demostrado que la rigidez variable de las diferentes partes de las plumas juega un papel importante en su capacidad para retener agua.
Gibson dice que el estudio fue impulsado principalmente por la curiosidad intelectual sobre este fenómeno de comportamiento único. «Solo queríamos ver cómo funciona. Toda la historia sonaba muy divertida». Pero ella dice que podría conducir a algunas aplicaciones útiles. Por ejemplo, en las regiones desérticas donde el agua escasea pero la niebla y el rocío ocurren regularmente, como en el desierto de Atacama en Chile, se puede incorporar cierta adaptación de esta estructura de plumas en los enormes sistemas de redes que se utilizan para recolectar agua. «Puedes imaginar que esta podría ser una forma de mejorar esos sistemas», dice ella. «Un material con este tipo de estructura podría ser más efectivo para recolectar niebla y atrapar agua».
dice Mary Caswell Stoddard, bióloga evolutiva de la Universidad de Princeton, que no participó en este estudio. «Al utilizar una variedad de técnicas de imagen avanzadas para caracterizar las plumas abdominales y estimar la rigidez a la flexión, Müller y Gibson agregan nuevos y ricos detalles a nuestra comprensión de las plumas que contienen agua en los playeros… Este estudio puede inspirar a otros a observar más de cerca las diversas microestructuras de las plumas en las especies de aves, y la cuestión de si, como en la ganga de arena, estas estructuras ayudan a mantener funciones inusuales o sorprendentes».
El trabajo fue apoyado en parte por la Fundación Nacional de Ciencias y la Cátedra Matoula S. Salapatas en Ciencia e Ingeniería de Materiales en el MIT.
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