Flotación en aguas turbulentas

two insects with long lands stand on water surface seen from above

Estrategia biológica

Insectos

Equipo de AskNature

Imagen: Hao Wang / Unsplash / Uso gratuito no comercial

Modificar la tensión superficial

Las moléculas de agua se atraen entre sí, un fenómeno conocido como cohesión. Las moléculas en la superficie del agua, como en un estanque, no tienen otras moléculas de agua en todos los lados. Por lo tanto, se adhieren más fuertemente a las moléculas próximas y debajo de ellas. Esta fuerte cohesión horizontal crea una "tensión" en la superficie del agua que es más difícil de atravesar, lo que permite que varios elementos y organismos, como insectos, se posen encima sin hundirse.

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Modificar flotabilidad

La flotabilidad es una fuerza hacia arriba ejercida por el aire o un líquido sobre un objeto sólido que trabaja contra el peso del objeto. Un halcón se desliza por el aire y un pato flota en el agua debido a su flotabilidad. Algunos sistemas vivos (como los huevos de peces) pueden permanecer sedentarios y, por lo tanto, mantener la misma flotabilidad en todo momento. Pero la mayoría debe ajustar su flotabilidad porque no pueden sobrevivir mucho tiempo a menos que cambien de posición. Estos sistemas vivos requieren estrategias no solo para ser flotantes, sino también para ajustar el nivel de flotabilidad. A menudo modifican la flotabilidad agregando o disminuyendo la sustentación, o cambiando su peso. Por ejemplo, las aves como los cóndores que planean durante mucho tiempo cambian la orientación direccional de las plumas de las puntas de las alas para controlar la flotabilidad. Los peces alteran la cantidad de aire en sus vejigas natatorias para aumentar o disminuir su peso, alterando así su flotabilidad.

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Gestionar la turbulencia

Una fuerza turbulenta ocurre cuando el aire o el agua crean un movimiento caótico o irregular. La fuente puede ser cosas como el viento, las olas y los remolinos causados por obstrucciones al flujo de aire o agua (como el creado por una roca en un arroyo). Debido a que la fuerza es irregular, actúa de manera impredecible en múltiples partes de un sistema vivo en un momento dado, disminuyendo la eficiencia del sistema vivo. Las estrategias utilizadas para manejar la turbulencia incluyen amortiguar la cantidad de turbulencia, tener flexibilidad para manejar cambios repentinos y hacer ajustes rápidos. Un ejemplo es la mucosidad de los organismos acuáticos, como los tiburones barracuda, que pueden reducir la fricción turbulenta del agua de mar en un 66 %. Al hacerlo, disminuye la resistencia y aumenta la eficiencia de natación de los tiburones.

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Proteger del exceso de líquidos

Si bien el agua es esencial para la vida, demasiada agua u otros líquidos pueden abrumar los sistemas vivos. El exceso de líquidos puede, por ejemplo, disminuir el acceso de un sistema vivo al oxígeno, promover el crecimiento excesivo de bacterias u hongos, o eliminar la tierra y los nutrientes. Para evitar la acumulación de líquidos en exceso, los sistemas vivos deben controlar el movimiento de los líquidos a través de sus límites o superficies. Lo hacen utilizando materiales o estructuras impermeabilizantes, ralentizando el flujo y/o facilitando el flujo para alejar el líquido. Las hojas de las plantas, por ejemplo, suelen tener superficies cerosas compuestas de productos químicos que repelen el agua para evitar que el agua llene las hojas o facilite el crecimiento de bacterias y hongos.

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Insectos

Clase Insecta ("un insecto"): moscas, hormigas, escarabajos, cucarachas, pulgas, libélulas

Los insectos son los artrópodos más abundantes: constituyen el 90% de los animales del filo. Se encuentran en todas partes de la tierra excepto en las profundidades del océano, y los científicos estiman que hay millones de insectos aún no descritos. La mayoría vive en la tierra, pero muchos viven en pantanos de agua dulce o salada durante parte de su ciclo de vida. Los insectos tienen tres secciones corporales distintas: una cabeza, que tiene piezas bucales especializadas, un tórax, que tiene patas articuladas y un abdomen. Tienen sistemas nerviosos y sensoriales bien desarrollados, y son los únicos invertebrados que pueden volar, gracias a sus exoesqueletos livianos y de pequeño tamaño.

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Los insectos acuáticos mantienen la flotación en aguas turbulentas gracias a una capa inferior de pelos repelentes al agua.

“Entre los insectos más superficialmente acuáticos y numerosos de las áreas de agua dulce se encuentran varios insectos heteroptéridos, como patinadores de estanques, medidores de agua y grillos de agua. Los insectos como estos rara vez se mojan los pies, ya que pueden caminar o correr sobre la superficie del agua utilizando su tensión superficial, en la que apenas hacen mella. Dado que toda la vida de los insectos transcurre de esta manera, no necesitan adaptaciones especiales para un hábitat acuático, aparte de una superficie inferior de pelos repelentes al agua que evita la inmersión en condiciones turbulentas”. (Wootton 1984: 132)

“Estudios recientes demostraron que el criterio más crucial [para lograr el 'Efecto Lotus'] se basa principalmente en hacer rugosa la superficie en escalas de rugosidad de múltiples longitudes para que las gotas de líquido puedan retenerse en el estado de Cassie-Baxter, donde las bolsas de aire quedan atrapadas debajo. el líquido, reduciendo la interfase sólido-líquido. Estas superficies estructuradas jerárquicamente se han fabricado a través de varias rutas y se ha demostrado que también tienen propiedades superhidrofóbicas. Esta sorprendente propiedad hidrofugante también se encuentra en otros sistemas biológicos que comprenden una pluralidad de pelos flexibles, y algunos de ellos han sido reconocidos durante más de 100 años. Las hojas vellosas, como el manto de la dama, hacen que las gotas de agua formen esferas perfectas y les permiten rodar fácilmente como resultado de ser levantadas y suspendidas al entrar en contacto con los cabellos. En el reino animal, este exterior pilífero juega un papel más crucial para numerosas criaturas vivas, no solo para proteger eficazmente sus cuerpos de la humedad, sino también para proporcionar diversas funciones para su actividad vital. Estos pelos sobresalen varios micrómetros de sus cutículas, típicamente inclinados en ciertos ángulos, con diámetros en el rango de micrómetros a submicrómetros. Estas estructuras pueden resistir el impacto de las gotas de lluvia, permitir la locomoción en la superficie del agua o incluso atrapar una capa de aire para respirar cuando están sumergidas. Se ha demostrado que algunos artrópodos tienen ángulos de contacto superiores a 150^o, que les permite caminar sobre el agua.” (Hsu y Sigmund 2010: 1504)