Varias especies han fascinado a los observadores con su capacidad para saltar de lado a lado y saltar en el aire desde la superficie de un estanque como si el agua fuera tierra. Una de esas razas originaria de Virginia y Carolina del Norte es la rana grillo. La forma en que estas ranas se mueven en el agua podría aportar información sobre herramientas para el futuro de la robótica, las embarcaciones y más.
Jake Socha, profesor Samuel Herrick de Ingeniería Mecánica, dirige un equipo de investigación que estudia la capacidad única de la rana grillo para «deslizarse», otro nombre para saltar varias veces seguidas. Los hallazgos del equipo fueron publicados en la Revista de biología experimental, con la investigadora graduada Talia Weiss como primera autora.
«Deslizarse no es en realidad una palabra bien definida para este comportamiento: un naturalista la usó para describir el comportamiento de ‘saltar sobre el agua’ en ranas en 1949, y desde entonces, se ha utilizado para este tipo de locomoción en toda la literatura siguiente. «, dijo Weiss. «Parte de esta investigación no sólo consiste en estudiar este comportamiento en las ranas grillo, sino también en tratar de darle al ‘deslizamiento’ una definición científica más precisa».
¿Cómo lo hacen? En sus estudios, los miembros del equipo de Socha descubrieron que las opiniones populares generalmente afirman que la rana cruza el agua sin hundirse, pero hacerlo aún podría requerir una anatomía altamente especializada. ¿Qué tiene esta rana que no tengan las otras ranas?
«Nuestro laboratorio ha estudiado una variedad de animales y muchos exhiben comportamientos fascinantes al navegar en su entorno», dijo Socha. «La humilde rana grillo vive cerca y, aun así, nos sorprendió con sus capacidades, lo que motivó aún más nuestra curiosidad por comprender el mundo de los vivos.
Vídeo de alta velocidad para ranas de alta velocidad.
Las ranas grillo son una de las ranas más pequeñas de América del Norte y se posan fácilmente en el pulgar de la mano de un adulto promedio. Para observar a la rana grillo en movimiento, los miembros del equipo utilizaron videografía de alta velocidad. Registraron cómo la rana salta tanto en la tierra como en el agua, observando el movimiento de sus patas mientras navegaban en ambas.
El equipo descubrió que las ranas en realidad se hunden con cada salto. Mientras que «skittering» da una imagen de las ranas saltando libremente mientras sólo sus patas penetran en la superficie del agua, las grabaciones mostraron una imagen diferente. Socha, Weiss y sus compañeros de equipo vieron que cada vez que una rana bajaba de un salto, todo su cuerpo se sumergía. El movimiento se parecía menos al de una rana saltando y bailando libremente sobre el agua, y más a un plop y un salto. Sus movimientos podrían llamarse más apropiadamente «marsopas», en honor al movimiento que utilizan una marsopa o un delfín: saltar en el aire desde debajo de la superficie del agua.
Lanzamiento desde el agua
La razón por la que anteriormente parecía que las ranas grillo bailaban sobre el agua cuando se las veía a simple vista se debe en gran parte a su rápido movimiento.
Para registrar este movimiento ultrarrápido, el equipo utilizó un tanque de vidrio de 20 galones y soltó las ranas en él. Se apuntaron cámaras de alta velocidad que disparaban hasta 500 cuadros por segundo desde el costado del tanque de vidrio para capturar la acción por encima y por debajo de la superficie del agua. Mientras las ranas saltaban, el equipo capturó su huida.
Luego, el metraje se redujo a una pequeña fracción de la velocidad original. Cuando vieron las imágenes, los miembros del equipo hicieron una observación sorprendente: las ranas efectivamente se hundieron.
«Es fascinante la facilidad con la que podemos dejarnos engañar por los rápidos movimientos de los animales», afirma Socha. «Aquí nos engaña una rana que parece una piedra que salta, pero en realidad salta y se sumerge varias veces seguidas. Las ranas son excelentes saltadoras, pero la mayoría de ellas no exhiben este comportamiento de marsopa, y nosotros todavía no No sé por qué. ¿Hay algo especial en el salto de la rana o es simplemente una cuestión de tamaño corporal pequeño?
Al observarlos en cámara lenta, los miembros del equipo pudieron observar el movimiento de la rana mientras retraía y extendía sus extremidades. También notaron que el ángulo de su cuerpo con respecto a la línea de flotación influía, dándole la capacidad de equilibrarse en el agua. Dividieron cada ciclo de salto en:
- Despegue, desde una posición sumergida
- Aéreo, o tiempo en el aire después de un salto.
- Reingreso, regreso al agua.
- Recuperación, reseteo para el próximo salto
En poco más de un segundo, la rana despegaba completamente sumergida, extendiendo sus patas en un empujón bajo el agua para impulsar su cuerpo sobre la superficie. Sus patas traseras permanecieron extendidas mientras se movía en el aire, y sus patas delanteras pasaron de presionar contra su cuerpo a extenderse hacia adelante. Las patas delanteras extendidas son las primeras en tocar el agua al volver a entrar, y las patas traseras siguen extendidas mientras se hunde. A medida que se hunde, las patas traseras se retraen y se doblan hacia atrás hasta adoptar una posición de salto. Se ejecuta otro salto, repitiendo el movimiento.
Es básicamente una caída de barriga.
El equipo observó ranas que realizaban hasta ocho saltos seguidos, cada uno de los cuales se ejecutaba por completo en menos de un segundo.
Comprender el deslizamiento es un descubrimiento importante para el ámbito de la biología, pero también contiene otras claves. Este descubrimiento proporciona una nueva base física para el futuro de la robótica bioinspirada. Podría aplicarse a un sistema de prueba de agua que deba desplegarse rápidamente, o a un dron anfibio que tome medidas de la profundidad del agua. Esos dispositivos futuristas pueden seguir las señales de la naturaleza para utilizar métodos bien probados que las ranas han estado utilizando durante siglos.
