Develan cómo comenzaron a volar los murciélagos: la investigación abre la puerta al desarrollo de drones más sofisticados

Los drones actuales -objetos voladores muy útiles con diversos campos de aplicación- aun no logran emular los sofisticados sistemas biomecánicos que tienen desarrollados los animales -aves, murciélagos- para volar. El origen de las increíbles características aerodinámicas de los organismos vivos de la naturaleza todavía es un misterio que si se develara podría significar un gran avance para la creación de máquinas. “Los drones, como los pequeños aparatos que están en Marte, son muy toscos todavía. Hay un interés tan grande desde el campo militar, de la ingeniería y de un sinfín de aplicaciones prácticas más, por entender el vuelo de los animales, para fabricar máquinas que se les parezcan y poder explorar las ventajas prácticas y habilidades con las que cuentan los animales para moverse en el aire”, explica Norberto Giannini, científico del CONICET en la Unidad Ejecutora Lillo (UEL, CONICET-Fundación Miguel Lillo), que acaba de publicar un estudio en la prestigiosa revista internacional Communications Biology, del grupo Nature, en el que develó junto a un equipo internacional cómo fue que comenzaron a volar los murciélagos en la era primitiva, una incógnita que permanecía sin respuesta y que podría abrir la puerta para desarrollos y máquinas mucho más sofisticadas en el campo de la ingeniería aeronáutica.

Los murciélagos son un modelo de estudio perfecto en ese sentido: los únicos mamíferos voladores y uno de los tres ejemplos que ofrece la naturaleza de evolución del vuelo propulsado. “Pterosaurios, aves y murciélagos son los únicos vertebrados con la capacidad de vuelo propulsado, es decir batido con alas -explica Giannini- y comparados con los insectos, son mucho más grandes. Pero los murciélagos actuales tienen un vuelo muy sofisticado, porque su aparato alar está muy evolucionado y tienen muchísimos detalles de funcionamiento. Nosotros buscamos el murciélago fósil más antiguo que se descubrió, para ver cómo fue que se inició en el vuelo. Cómo fue que hizo esa primera transición del planeo al vuelo”.

En 1859, Charles Darwin ya había postulado teóricamente, en su libro El origen de las especies, que los murciélagos habían pasado de planear a volar en el aire. Hoy se sabe que esto pudo haber sido posible gracias a mutaciones de la mano que la convirtieron en palmeada y alargada y se integró en un bauplan (plan corporal) planeador preexistente. El equipo de Giannini logró por primera vez comprobar esa teoría conjugando tres avances científicos: por un lado, tener un modelo computacional lo suficientemente apto para simular el vuelo de los murciélagos primitivos. Por otro lado, contar con el fósil de murciélagos más antiguo del que se tenga registro: Onychonycteris finneyi. Un animal que vivió hace 52 millones de años, en el Eoceno temprano, de los que se hallaron dos fósiles en 2008 y están conservados en Canadá y Nueva York. En tercer lugar, emular la atmósfera de esa época, con el fin de establecer los mecanismos implicados en la evolución del vuelo propulsado en los mamíferos en el medio que les tocó para evolucionar, que era mucho más densa que la actual.

“Aves y mamíferos vuelan aleteando, moviendo sus alas se propulsan en el aire. En contraste a otras especies que hacen planeo, como la ardilla voladora, los murciélagos utilizan su fuerza muscular y sus alas. Esa transición es biomecánicamente muy demandante, es difícil”, explica Giannini. “Los desafíos en el medio aéreo para volar son muchos desde el punto de vista biomecánico. El animal tiene que superar la gravedad, los riesgos de chocar, caerse. Además, el aire es un fluido poco denso comparado con el agua, entonces es difícil usarlo para desplazarse. Volar significa pasarle energía al aire en una forma específica. Lo mismo pasa con un pez que está aleteando dentro del agua, pero el medio fluido es más fácil de operar desde el punto de vista de la fuerza que el animal puede ejercer sobre el medio. La aleta de un pez puede ser muy chiquita, mientras que el ala de un mamífero comparativamente es muy grande. Se necesita una estructura anatómica muy grande. Llegar evolutivamente a ese punto es muy difícil. Es uno de los problemas que se le planteó Darwin, que hablaba de lo dificultoso de esa transición, y que logramos comprobar. Nosotros mostramos que el murciélago fósil clave, Onychonycteris finneyi, era capaz de planear y aletear. Una característica que respalda la actual hipótesis del planeo sobre los orígenes del vuelo de los mamíferos por motivos aerodinámicos”, señala Giannini.

“Se puede apuntar a una validación de la teoría darwiniana de que el origen del vuelo era desde un planeador hacia un volador”, asegura el científico. “Eso significa que resultan debilitadas otras teorías, que postulaban que el origen del vuelo en murciélagos podría ser desde el suelo, que postula que los animales corrían rápido hasta adquirir velocidad y eventualmente elevarse y volar como se acepta hoy para aves. En murciélagos esto es muy poco probable, porque sus miembros son estructuralmente distintos y no pueden correr. Se necesita que el aire circule por las alas. Las alas son las que hacen esa diferencia de presión que produce la sustentación. La energía para mover las alas se origina en los propios músculos batiendo el aire. El aire pasa a través de las alas y ahí se produce la sustentación, la fuerza aerodinámica que lo mantiene en ese vuelo nivelado. Demostramos que la fuerza muscular estimada para el fósil es suficiente para esa anatomía, tanto en condiciones normales como hiperdensas. Y también puede planear, eso es lo que une a los dos sistemas”, dice Giannini.

A través de sus inferencias, los científicos también observaron que “la transición del planeo al vuelo incluso podría haber ocurrido antes. Si bien descubrimos que en una atmósfera hiperdensa ya podían sustentar el vuelo, se puede ver que la transición habría ocurrido en una estructura aún más primitiva de la que estamos observando en el fósil. Es decir que anteriormente a este fósil podría haber venido un animal planeador, más primitivo, que transicionó al vuelo”, advierte Giannini, y apunta, por último, al paso siguiente de esta investigación: “Lo que ahora queremos es poner a prueba estos resultados con una versión robótica real, no de modelo computacional. Queremos comprobar en la realidad física esto que vimos teóricamente”, concluye el científico.
Referencia bibliográfica

Giannini, NP, Cannell, A., Amador, LI et al. “La paleoatmósfera facilita la transición del planeo al vuelo motorizado en el murciélago del Eoceno, Onychonycteris finneyi” . Común Biol 7 , 365 (2024). https://doi.org/10.1038/s42003-024-06032-9
 
Por Cintia Kemelmajer