El diseño en la naturaleza(在自然界的設計) (The design in nature) |
Todo lo creado por el hombre parece ser copiado de otras ideas, pero cuando se observa el trabajo de la naturaleza nos damos cuenta de que es allí donde los científicos han encontrado su inspiración y la han utilizado como modelo para todas sus creaciones y diseños.
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| Diseño natural: belleza y eficacia. |
Los investigadores saben que la naturaleza puede inspirar las soluciones del diseño de la ingeniería, y que son eficientes, prácticas y sostenibles y tienen además el potencial para descubrir nuevas tecnologías, nuevos materiales y nuevos procesos.
La biología ha sido siempre de gran ayuda para solucionar los problemas de diseño que se les presentan a los ingenieros. La fisiología comparativa enseña que cada animal tiene que solucionar un problema particular para sobrevivir, así es que cada animal diseña una solución para cada problema particular.
Hasta donde abarca nuestra capacidad de observación o de ampliación de conocimientos, vemos que esto ha sido siempre así y seguirá siéndolo: el hombre copia los diseños de la Naturaleza.
Para ejemplificar el aserto, trascribiremos partes escogidas de la obra “El diseño en la naturaleza”, del escritor turco Harun Yahya (un seudónimo).
Aunque en su obra Harun Yahya intenta desvirtuar la teoría darwiniana sobre la evolución de las especies, reemplazándola por otra que apuesta a un diseño inteligente del Creador, nos parece muy interesante entregar estos textos que, de todos modos, reflejan muy bien lo que significa un diseño de la naturaleza.
El diseño en la Naturaleza
Por Harun Yahya
Si observa una aspirina, seguramente reparará de inmediato en la ranura que cruza su superficie. Ese diseño beneficia a los que necesitan tomar la mitad del comprimido, pues lo parten por allí. Cada producto que vemos en nuestro alrededor, desde una simple aspirina hasta los automóviles que se usan para ir al trabajo o los controles remotos, poseen un diseño particular.
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El diseño, en breve, significa la traza o delineación de un edificio, aparato, instrumento o figura, generalmente de modo armonioso, apuntando a un fin determinado. Según esta definición, no es difícil pensar que el automóvil tiene una delineación dirigida a un objetivo; es decir, el transporte de personas y cosas. Para cumplir esta finalidad, sus distintas partes, como el motor, los neumáticos y la carrocería, son proyectados y ensamblados en una fábrica.
¿Qué podemos decir de las criaturas vivientes? ¿Puede ser que un pájaro y el sistema que le permite volar también hayan sido “diseñados”?
Antes de dar una respuesta pensemos de nuevo en el ejemplo del automóvil y apliquemos ese razonamiento al pájaro, uno de cuyos objetivos es volar. A este propósito usa un sistema óseo ahuecado y ultraligero movido por fuertes músculos pectorales, así como plumas apropiadas que le posibilitan mantenerse suspendido en el aire. Las alas poseen una estructura aerodinámica y el metabolismo del animal se ajusta a su necesidad de un nivel de energía elevado. Es obvio que se trata de un diseño particular.
Si consideramos cualquier otra forma de vida, encontraremos la misma verdad. Cada criatura exhibe un planeamiento muy bien pensado, al punto que si seguimos investigando descubriremos que también nosotros somos parte de ese diseño. Nuestras manos son funcionales en un grado que ningún robot lograría. Nuestros ojos leen con una perfección y un enfoque que no consiguen las mejores cámaras fotográficas.
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El ojo de la langosta marina
En el mundo existen muchos tipo de ojos. Nosotros estamos familiarizados con el tipo “cámara fotográfica”, que se encuentra en los vertebrados. Esta estructura opera en base al principio de refracción luminosa. La luz entra por la lente y se centra en un punto al interior del ojo (la retina).
Pero los ojos de otras criaturas trabajan de manera distinta, como es el caso en la langosta marina. Aquí el sistema opera en base al principio de reflexión y la característica más importante se halla en la superficie ocular, compuesta por numerosas celdillas cuadradas que están acomodadas de una manera muy precisa. El ojo posee una geometría notable que no se encuentra en otro lado. La superficie externa se presenta como una semiesfera facetada con cuadrículas perfectas, de manera que “se asemeja al papel cuadriculado”.
Esas facetas son el extremo de cánulas cuadradas que forman una estructura semejante al panal de abejas, con la diferencia que éste se forma por la unión de prismas hexagonales.
Los lados internos de cada una de esas cánulas cuadradas reflejan la luz, la que cae sobre la retina de modo tan perfecto que toda ella converge en un solo punto.
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Es incuestionable la naturaleza extraordinaria del diseño de este sistema. Cada uno de esos pequeños conductos impecables, posee un recubrimiento que cumple la función de un espejo perfecto. Además, cada celdilla está tan bien alineada que todas enfocan la luz entrante en un punto singular.
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Es interesante observar que este tipo de estructura ocular basado en la reflexión se encuentra en un determinado grupo de crustáceos, denominados decápodos de cuerpo largo. Esta familia incluye la langosta marina, los langostinos y los camarones.
Los demás miembros del grupo de los crustáceos presentan la estructura ocular de tipo refractivo, el cual opera en base a principios absolutamente distintos a los de la reflexión. En la estructura de tipo refractiva el ojo también se compone de centenares de celdillas, pero en vez de una morfología cuadrada encontramos otra hexagonal o redonda. Pequeñas lentes en las celdillas refractan la luz y la enfocan sobre la retina.
El vuelo de los insectos
Cuando pensamos en el vuelo de los animales, es normal que nos venga a la mente el de las aves. Sin embargo, no son las únicas criaturas con esa capacidad. La mariposa Monarca lo hace desde América del Norte a América Central. Las moscas y libélulas también pueden transitar el espacio aéreo.
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| Vuela y se posa con suavidad. |
Escribe el biólogo inglés Robin Wootton en un artículo titulado El Diseño del Mecanismo de las Alas de los Insectos :
Cuanto más entendemos el funcionamiento de las alas de los insectos, más sutil y maravillosa se nos presenta su traza... Por lo general tienen un diseño para deformarse lo mínimo posible y para moverse de maneras específicas. Ambos aspectos están perfectamente integrados y se valen de componentes con un alto grado de elasticidad, ensamblados elegantemente para permitir ciertas torsiones en respuesta a tensiones determinadas y hacer el mejor uso del aire. En la práctica no se puede comparar con ninguna tecnología conocida .
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La inspiración para el helicóptero: la libélula
La libélula no puede plegar las alas a los costados como el resto de los insectos. Además, la manera en que usa los músculos para moverlas también es distinta. Los evolucionistas sostienen, debido a esas diferencias, que las libélulas son “insectos primitivos”.
Pero el sistema de vuelo de las mismas no tiene nada de “primitivo”. La compañía Sikorsky, líder en la fabricación de helicópteros, diseñó uno tomándola como modelo. La compañía IBM, que asistió a Sicorsky en este proyecto, introdujo un modelo de libélula en una computadora (IBM 3081). Fueron hechas dos mil representaciones a partir de sus maniobras de vuelo y de allí salió el prototipo resultante para el transporte de personal militar y artillería.
El fotógrafo de la naturaleza Gilles Martín realizó un estudio de dos años sobre las libélulas y concluyó afirmando que poseen un sistema de vuelo extremadamente complejo.
Su cuerpo se asemeja a una estructura helicoidal envuelta en metal. Dos alas están dispuestas en forma cruzada sobre el cuerpo, el cual presenta una variación de color que va del azul al marrón. Dicha estructura le permite una maniobrabilidad extraordinaria. Puede detenerse y volar de inmediato en la dirección opuesta a la del derrotero que traía, independientemente de la velocidad de desplazamiento. Alternativamente, puede permanecer suspendida en un punto en el aire y desde esa posición moverse rápidamente para atrapar una presa. Si desea, acelera a una velocidad sorprendente para un insecto: cuarenta kilómetros por hora —algo más que los atletas que compiten en las Olimpiadas en los cien metros llanos—, velocidad a la que choca contra su presa. Si bien el impacto es fuerte, posee una “armadura” resistente y flexible que absorbe el golpe. Pero su víctima queda generalmente herida o directamente no sobrevive al topetazo.
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| La asombrosa libélula. |
Después del choque las patas posteriores de la libélula pasan a ser armas letales, pues con ellas captura a la presa y la despedaza, para consumirla luego con sus mandíbulas poderosas.
Otra cosa sorprendente que posee es el órgano de la visión, aceptado como paradigmático entre los insectos. Cuenta con un par de ojos semiesféricos que le abarcan casi toda la cabeza y le proveen un campo visual muy amplio, al punto de pasar a ser un ojo en la nuca. Cada uno de ellos consta de unas treinta mil lentes distintas.
Si bien el mal funcionamiento de algún sistema de los que integran la libélula afectará a los demás, el hecho es que todos actúan perfectamente y por consiguiente el insecto vive.
Las alas de la libélula
La característica más significativa de la libélula está en sus alas...
Las alas pueden operar hacia adelante y atrás, hacia arriba y abajo, lo que se ve facilitado por una estructura compleja de las articulaciones y lo apropiado del esqueleto, constituido por una sustancia resistente y flexible llamada quitina que participa en los movimientos de los músculos usados para volar. Tiene dos pares de alas, uno anterior y otro posterior, que operan asincrónicamente. Es decir, mientras las dos alas frontales ascienden, las posteriores descienden. Son movidas por dos grupos distintos de músculos, los cuales están ligados a un sistema de palancas. De ese modo, mientras un grupo mueve hacia arriba un par de alas por contracción, el otro moviliza por acción refleja el segundo. Los helicópteros ascienden y descienden usando una técnica similar. Este mecanismo permite a la libélula revolotear, ir hacia atrás o cambiar rápidamente la dirección del vuelo...
Mecanismo de vuelo
Las alas de las moscas vibran en función de las señales eléctricas conducidas por los nervios. En la langosta de jardín cada una de esas señales resulta en la contracción del músculo que mueve las alas. Dos grupos opuestos de músculos, conocidos como “de elevación” y “de descenso”, permiten que las alas suban y bajen por medio de ejercer tracciones en direcciones contrarias. Estas langostas mueven las alas de doce a quince veces por segundo, mientras que insectos más pequeños necesitan para volar una frecuencia más alta. Por ejemplo, las abejas lo hacen de doscientas a cuatrocientas veces por segundo. Las mosquitas pequeñas y algunos parásitos de un milímetro de longitud baten las alas mil veces por segundo, sin que se quemen, desgarren o destruyan, lo cual es otra evidencia explícita de que fueron creados.
El observar de cerca a estas criaturas, multiplica nuestro aprecio por su delineación.
Habíamos dicho que las alas son activadas por señales eléctricas conducidas por los nervios. Pero una célula nerviosa es capaz de transmitir solamente un máximo de doscientas señales por segundo. ¿Cómo es posible entonces que los insectos pequeños puedan batir las alas mil veces por segundo?
Las moscas que aletean doscientas veces por segundo, emiten una señal eléctrica cada diez aleteos y tienen músculos fibrosos, así como una relación nervio-músculo, distintos a los de la langosta. Las señales mencionadas sólo alertan a los músculos que se preparan para el vuelo y al llegar a un cierto nivel de tensión, se relajan.
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| Maravillas voladoras. |
Las moscas, abejas y avispas poseen un sistema que transforma el batir de las alas en movimientos “automáticos”. Los músculos que permiten el vuelo en estos insectos no están ligados directamente al esqueleto. Las alas se acoplan al pecho con una articulación que funciona como pivote. Los músculos que mueven las alas están conectados a la superficie superior e inferior del pecho. Cuando se contraen, el tórax se mueve en la dirección opuesta y crea una tensión hacia abajo. La relajación de un grupo de músculos resulta en la contracción del grupo opuesto. Se trata de un sistema automático que permite el movimiento sin interrupción hasta que una señal de alerta y detención es emitida a través de los nervios de todo el sistema. Este tipo de mecanismo de vuelo se puede comparar con un reloj a cuerda y es tan especializado que un solo impulso pone las alas en movimiento con toda facilidad.
Sistema que permite la fuerza de propulsión
Para mantener un vuelo parejo no es suficiente batir las alas. Estas tienen que cambiar de ángulo en cada movimiento para crear una fuerza de propulsión y elevarse. Disponen de una cierta flexibilidad para rotar, variable según el tipo de insecto. Esa flexibilidad la otorgan los músculos principales, los que además son el soporte de la energía para volar.
Por ejemplo, en el momento del ascenso los músculos en las articulaciones de las alas se contraen más para incrementar el ángulo de éstas. Se hicieron observaciones con técnicas de filmación de alta velocidad y así se supo que las alas siguen una trayectoria elíptica en vuelo. En otras palabras, la mosca realiza un movimiento de tipo circular parecido al que efectúa el remo de un bote en el agua, además de mover las alas hacia arriba y hacia abajo. Ello es posible por la acción de los músculos principales.
El mayor problema de los insectos con cuerpos pequeños es la inercia. El aire se comporta como si se adhiriese a sus alas, lo cual reduce significativamente la eficiencia del vuelo. Es por eso que algunos que miden hasta un milímetro de largo deben batir las alas mil veces por segundo para superar la inercia.
Los investigadores piensan que incluso la velocidad no es suficiente para que levanten vuelo, lo que significaría que se valen de sistemas alternativos.
Por ejemplo, algunos tipos de parásitos pequeños como la Encarsia, hacen uso de un sistema llamado “batemanos”: las alas se juntan arriba y luego se descortezan. Primero se separa el borde frontal de las alas, en donde se localiza una vena importante, lo cual permite una corriente de aire en el área presurizada, produciéndose un torbellino que ayuda a batir las alas nuevamente...
La resilina
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| Resilina, clave de la eficiencia. |
En la articulación del ala participa una proteína especial con una flexibilidad muy grande llamada resilina. Los ingenieros químicos trabajan en los laboratorios para reproducirla, pues exhibe propiedades muy superiores a las del caucho natural o artificial. Es una sustancia que puede absorber la fuerza aplicada sobre ella como así también liberar toda la energía acumulada una vez que cesa la aplicación de la carga sobre la misma. La eficiencia (es decir, la proporción entre el trabajo rendido y la energía aplicada) es muy elevada, pues alcanza el 96 por ciento. De esta manera, el 85 por ciento de la energía empleada para levantar las alas es almacenada y se la usa al bajarlas. Las paredes del tórax y los músculos también están construidos de manera que ayudan en este fenómeno.
Las aves: máquinas de vuelo perfectas
La existencia de las alas no es el único prerrequisito para que una criatura terrestre se transforme en voladora. Los reptiles carecen totalmente de una serie de mecanismos y características necesarios a tal fin. Por ejemplo, los huesos de las aves son bastante más livianos que los de otros animales; sus pulmones presentan estructuras y funciones distintas; el esqueleto y los músculos también son diferentes; el sistema circulatorio de las aves es mucho más especializado que el de otras criaturas...
La estructura de las plumas de las aves
A diferencia de los reptiles, como dijimos, los cuerpos de las aves tienen huesos huecos y ultraligeros, un sistema respiratorio singular y además son de sangre caliente. Otra diferencia insalvable está dada por las plumas, que son la característica estética más importante e interesante. El dicho “ligero como una pluma”, retrata a la perfección su estructura especial.
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| Ligero como una pluma. |
Están constituidas por una sustancia proteica llamada queratina. Se trata de un material duro que se forma a partir de las células viejas que se alejan de las fuentes de oxígeno y nutrientes ubicados en las capas más internas de la piel. La células viejas mueren y dejan el lugar a otras nuevas.
El diseño de las plumas es muy complejo, al punto que el evolucionismo no puede explicarlo. El científico Alan Feduccia dijo que las alas tienen una complejidad estructural mágica , lo cual le concede una aerodinámica natural refinada, nunca lograda por otros medios . Aunque Feduccia es evolucionista, admite que las plumas son de una perfección inusual para el vuelo , porque son ligeras, fuertes, aerodinámicas y con una estructura intrincada de barbas y ganchillos.
Barbas y ganchillos
Es increíble el diseño que encontramos en una pluma cuando la observamos con el microscopio. Como se sabe, está constituida por el cañón o escapo seguido del raquis o eje con barbas laterales (a derecha e izquierda) que a su vez presentan barbillas a sus lados enganchadas entre sí sólidamente por medio de unas prolongaciones minúsculas o barbicelas. Las barbas, de medida y textura variables, dan al ave su naturaleza aerodinámica.
Las barbicelas se agarran entre sí abrochándose con la ayuda de los ganchillos. Por ejemplo, la pluma de cigüeña posee unas seiscientos cincuenta barbas a cada lado del eje. De cada una de ellas se desprenden unas seiscientas barbicelas, las que se unen entre sí por medio de trescientos noventa ganchillos de la manera que lo hacen los dientes de un cierre de cremallera. Esa unión es tan apretada que ni siquiera el humo la atraviesa. Si por cualquier razón los ganchillos se separasen, los puede hacer volver fácilmente a la posición correcta sacudiendo las alas o alineando las plumas con el pico.
Las aves siempre deben mantener sus alas perfectamente aseadas, acicaladas y en condiciones para el vuelo si quieren sobrevivir adecuadamente. Para cumplir con esa necesidad usan el aceite que segregan por una glándula ubicada en la base de la cola. Con ese óleo limpian y lustran las plumas. También les sirve para impermeabilizarlas cuando nadan y se zambullen o cuando caminan o vuelan bajo la lluvia.
En los ambientes fríos las plumas les sirven para evitar el descenso de la temperatura corporal, mientras que en ambientes cálidos las comprimen sobre el cuerpo para mantenerlo fresco.
Tipos de plumas
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| Funcionalidad plumífera. |
Las plumas cumplen distintas funciones según la parte del cuerpo donde se hallen: la cola, las alas, etc. Las de la cola funcionan como timón y freno. Las de las alas, con una estructura distinta, permiten la expansión del área para incrementar la potencia de elevación del ave. Las plumas se juntan cuando las alas se dirigen hacia abajo al volar, con lo que se evita que el aire pase entre ellas. Y cuando se dirigen hacia arriba se abren y dejan pasar el aire. Las aves también cambian, periódicamente, las plumas dañadas o desgastadas, con el objetivo de mantener su capacidad de vuelo.
Características de las máquinas voladoras
Un examen profundo de las aves revela que están específicamente diseñadas para volar: el cuerpo ha sido creado con bolsas de aire y huesos huecos a fin de reducir su masa y tamaño; la naturaleza líquida del guano asegura que sea desechado el exceso de líquido; las plumas son extremadamente ligeras en relación a su volumen.
Examinemos una por una estas características especiales.
1 - El esqueleto
La fortaleza del esqueleto es más que adecuada, incluso frente al hecho de que los huesos son huecos. Por ejemplo, el pinzón real de unos dieciocho centímetros de longitud, ejerce una presión de 68,5 kilos para abrir una semilla de aceituna. Los huesos del hombro, pecho y cadera se encuentran fusionados, lo que les da una mejor “organización” que la de otros animales. Este diseño mejora su reciedumbre. Otra característica del esqueleto, como ya hemos dicho, es que resulta relativamente más liviano que en todos los demás animales. Por ejemplo, el de la paloma pesa sólo alrededor del 4,4 por ciento de todo el cuerpo; los huesos del pájaro fragata pesan 118 gramos; es decir, menos que el peso total de sus plumas.
2 - El sistema respiratorio
La inmensa diferencia que existe entre el sistema respiratorio de las aves y el de otras criaturas, se debe a que las primeras necesitan mucho más oxígeno. Por ejemplo, hay tipos que requieren hasta veinte veces más que el utilizado por el ser humano, lo cual indica que el mecanismo en los mamíferos no puede proveer la cantidad demandada por las aves, quienes cuentan con otro distinto creado bajo principios específicos.
La corriente de aire en los pulmones de los mamíferos es de ida y vuelta. Viaja a través de una red de canales y se detiene en los pequeños sacos de aire (alvéolos pulmonares). Allí se produce el intercambio oxígeno-dióxido de carbono. El aire usado recorre el mismo camino de vuelta y es desechado por la boca o nariz.
En las aves, por el contrario, la corriente de aire es unidireccional. Por un extremo entra aire nuevo y el usado se expele por otro. Esto permite la incorporación del oxígeno necesario para satisfacer el requerimiento de altos niveles de energía.
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| Albatros, con "cabeza giroestabilizada". |
Técnicas de vuelo perfectas
Desde los albatros a los buitres, todas las aves han sido equipadas con técnicas de navegación que hacen uso de las corrientes de aire. Debido a que el vuelo consume grandes cantidades de energía, las aves fueron creadas con músculos poderosos, corazones grandes y esqueletos livianos.
El cernícalo (una especie de halcón) es un espécimen salvaje bien conocido en Europa, Asia y Africa. Posee una habilidad especial: aunque enfrente el viento puede mantener la cabeza inmóvil en el aire. Si bien el cuerpo puede balancearse con la ventolera, la cabeza permanece inmóvil, con lo que incrementa su visión excelente.
El giróscopo que se utiliza en las naves de guerra para estabilizar las armas en el mar, trabaja de manera similar. Es por esta razón que los científicos llaman a la cabeza del ave “cabeza giroestabilizada”.
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El diseño en los huevos de las aves
Por simple que nos parezca, el huevo de gallina tiene alrededor de quince mil poros, semejantes a los hoyuelos de las pelotas de golf. La estructura esponjosa de los huevos pequeños, que se puede observar solamente con la ayuda del microscopio, le otorga una mayor flexibilidad y aumenta la resistencia al impacto.
Se trata de un envase con un contenido milagroso. Provee todos los nutrientes y el agua que necesita el feto en desarrollo. La yema del huevo almacena proteínas, grasa, vitaminas y minerales, mientras que la clara funciona como una reserva de líquidos y es muy rica en proteínas.
El pollito que se desarrolla necesita inhalar oxígeno y exhalar dióxido de carbono. También requiere una fuente de calor, calcio para el desarrollo de los huesos, el resguardo de sus fluidos, protección contra las bacterias y los golpes. La cáscara del huevo provee todo eso al pequeñuelo que respira a través de una membrana que desarrolla en el embrión. Los vasos sanguíneos en este receptáculo le llevan oxígeno y sacan el dióxido de carbono.
La cáscara del huevo es sorprendentemente delgada y fuerte, lo que permite la transmisión del calor corporal de la clueca.
Una pérdida necesaria
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El huevo pierde el 16 por ciento de su contenido de agua por evaporación a lo largo de la incubación. Durante mucho tiempo los científicos creyeron que eso era perjudicial y que se producía debido a la estructura porosa de la cáscara. Sin embargo, las más recientes investigaciones nos enseñan que dicha pérdida es necesaria para que el pollito pueda emerger del huevo, ya que de lo contrario no obtiene el espacio y el oxígeno que le permiten mover bastante la cabeza y romper la cáscara.
Por otra parte, según el tipo de cáscara, la proporción de evaporación de agua varía entre el 15 por ciento y el 20 por ciento en condiciones ideales. Por ejemplo, en los huevos del somormujo o moñudo, que vive en lagunas y charcas, es un poco más elevada que en los de otras especies que incuban en lugares más secos.
El huevo está diseñado para mantenerse estable
Es crucial que la cáscara del huevo soporte ciertos impactos externos, tolere el peso de quien lo incuba, sea estable y se comporte de la mejor manera frente al aire, el agua y el calor.
Un examen más minucioso revela que los huevos han sido diseñados para que conserven sus propiedades bastante tiempo. Dios creó huevos grandes y pequeños, diferentes entre sí. Los de aves grandes son por lo general más duros y menos flexibles que los de aves pequeñas, más delicados y elásticos.
Los de gallina son rígidos y ásperos, pero no se rompen al caer uno sobre otros. La cubierta dura es también una protección frente a ataques (externos). Si los huevos más pequeños tuviesen la cáscara como los de gallina, se quebrarían más a menudo. Pero son fuertes y flexibles, lo cual evita que se rompan con facilidad bajo cierto tipo de golpes.
La flexibilidad, como parte de las características del huevo, sirve no sólo para proteger al pollito sino que también determina la forma en que éste lo romperá para salir. A ese efecto lo único que necesita es abrir un par de orificios en la parte más roma antes de empujar la cabeza y patas afuera. El pollito sale al mundo levantando un pedazo de la cáscara, que adquiere forma de capelo al separarse siguiendo las grietas que conectan los agujeros realizados. …..
Los murciélagos y la localización por resonancia (ecolocalización)
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| Ecolocalización natural. |
Los murciélagos son criaturas muy interesantes. Hasta no hace mucho lo más intrigante era su forma de navegar o volar, descubierta después de una serie de experimentos. Examinándolos con cierto detenimiento se devela el diseño sorprendente de estas criaturas.
En el primer experimento se colocó un murciélago en una parte de un cuarto completamente oscuro y en otra parte se dejó una mosca como presa, disponiéndose todo para filmarlo desde el principio con sistemas de visión nocturna. Cuando la mosca comenzó a volar el murciélago se dirigió rápidamente hacia ella y la capturó. Con este ensayo se comprobó que los murciélagos poseen un sentido de percepción agudo aún en la más completa oscuridad. ¿Se debe dicha percepción al sentido auditivo? ¿O se debe a la capacidad de visión en la oscuridad?
Para responder estos interrogantes se realizó un segundo experimento colocando en el mismo cuarto un grupo de orugas debajo de una hoja de periódico. El murciélago se dirigió directamente a remover la hoja para comérselas. Esto demostró que la facultad de navegación del murciélago no tiene ninguna relación con el sentido de la visión.
Los científicos hicieron otro experimento en un corredor bastante largo (también oscuro) y colocaron al murciélago en un extremo y varias mariposas en el otro. Además se instalaron tabiques perpendiculares a las paredes más largas del corredor, con orificios en cada uno para el paso del murciélago en vuelo. Pero esos agujeros no estaban alineados, de manera que el animalito tenía que volar en zigzag para ir sorteándolos y pasar de un extremo al otro del corredor.
Cuando llegó al primer tabique localizó el orificio fácilmente y pasó correctamente por el mismo. Esa situación se repitió con los otros, con lo que demostró que sabía dónde estaban y la ubicación exacta de los agujeros. Después de pasar el último, se comió las presas.
Los científicos, absolutamente pasmados por lo que observaban, decidieron realizar un último experimento para entender con más precisión la sensibilidad de la percepción del murciélago. Se usó de nuevo un largo corredor oscuro y se colgaron en forma desordenada, desde el cielo raso hasta el piso, hilos de acero de seis décimas de milímetro de diámetro. Para sorpresa de todos, el murciélago completó el vuelo sin tocar ninguno de esos obstáculos, lo cual demostraba que era capaz de detectarlos a pesar de lo delgados que eran. La investigación que siguió reveló que la increíble facultad de percepción del murciélago se vincula a su sistema de ubicación por resonancia (eco).
El murciélago radia sonidos de alta frecuencia para detectar los objetos en su alrededor. La reflexión de esos sonidos, inaudibles para los humanos, le permite trazar un “mapa” de su entorno. Por ejemplo, capta la onda sonora que emite y rebota en una mosca y compara lo emitido con lo recibido. El tiempo que transcurre entre la emisión y la recepción le provee una información precisa sobre la distancia a la que se halla el insecto u otro elemento. En el experimento de las orugas percibió a éstas y la forma de la habitación por el mismo procedimiento. Como las orugas sobresalían del suelo entre medio y un centímetro, se encontraban más cerca del murciélago esa misma distancia. Además realizaban pequeños movimientos. Ambas cosas que modificaron las frecuencias reflejadas fueron captadas por el cazador y le sirvieron para detectarlas sobre el piso.
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| Murciélago frugívoro. |
El murciélago emite un sonido de veinte mil ciclos por segundo y analiza en vuelo todos los que retornan. Una consideración cuidadosa de este hecho revela claramente el diseño maravilloso en la creación de estos animalitos.
Otra característica asombrosa de este sistema es que el oído de los murciélagos no puede percibir ningún otro sonido más que el propio. El espectro de frecuencias audibles está muy acotado en estas criaturas, cosa que normalmente debería crearles un gran problema debido al efecto Doppler. Es decir, si la fuente de sonido y el receptor están relativamente quietos, el receptor detectará en la misma frecuencia emitida por la fuente. Sin embargo, si uno de los dos se mueve, la frecuencia en que se lo detecta será distinta a la de emisión. En ese caso la frecuencia de la onda reflejada puede caer dentro de las que resultan inaudibles para el murciélago. Por lo tanto podría enfrentar el problema de no oír los ecos del sonido que emitió y que se refleja en la presa en movimiento. Pero esa situación no se le presenta debido a que ajusta la frecuencia de los sonidos que emite hacia objetos en movimiento, como si conociera el efecto Doppler. Por ejemplo, envía el sonido en la frecuencia más alta hacia la presa que se desplaza, de manera que las ondas reflejas no se pierdan en la banda inaudible.
Corresponde preguntarse, ¿de qué manera tienen lugar esos ajustes o correcciones?
En el cerebro de los murciélagos existen dos tipos de neuronas (células nerviosas) que controlan su sistema de sonar. Uno de ellos ordena a los músculos producir señales de ubicación por eco y el otro percibe el ultrasonido reflejado. Ambas clases de neuronas trabajan perfectamente sincronizadas, por lo que una mínima desviación en las señales reflejas alerta al primer tipo de neuronas y le indica la frecuencia de la señal que esté en sintonía con la frecuencia del eco. De esta manera se modifica el tono del ultrasonido del murciélago para operar en concordancia y lograr una eficiencia máxima.
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Peces eléctricos
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| El poder de la electricidad. |
El arma electrófora de la anguila eléctrica
Las anguilas eléctricas cuyo largo excede a veces los dos metros, viven en el Amazonas. Dos tercios de la superficie de sus cuerpos están cubiertos con órganos eléctricos compuestos de unas cinco a seis mil placas (se trata de citoplasma en forma de láminas). Pueden producir una corriente de quinientos voltios con una intensidad de dos amperes, lo cual resulta equivalente a la potencia que utiliza una estación de televisión convencional.
A estas criaturas se les concedió la facultad de generar electricidad con un propósito ofensivo y defensivo. En el segundo caso, se valen de ella para liquidar a sus predadores por medio de un choque eléctrico y son capaces de matar un vacuno a una distancia de dos metros. El mecanismo de generación de electricidad les permite estar listas para un nuevo ataque en dos o tres milésimas de segundo.
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El sonar en el cráneo del delfín
El delfín puede distinguir dos monedas de metales distintos debajo del agua y en una oscuridad total dentro de un área de tres kilómetros a la redonda. ¿Cómo es posible que tenga esa capacidad?
Sucede que no las ve sino que las ubica con precisión por medio de un sistema perfecto de localización por resonancia (eco) que posee en el cráneo. Reúne información detalladísima del tamaño, forma, velocidad y estructura de los objetos en ese perímetro. El sistema es tan complejo y preciso, que le toma un tiempo aprender a utilizarlo: el adulto puede detectar la mayoría de ellos con unas pocas señales en tanto que el ejemplar joven debe experimentar durante años.
Además de servirle para la detección de cosas, lo usa para cazar. Se agrupan y emiten sonidos de alta frecuencia tan potentes, que atontan a sus presas y las atrapan con facilidad. Un delfín adulto puede producir sonidos inaudibles para los humanos (de una frecuencia superior a los 20.000 Hz.).
Las ondas sonoras emitidas y recibidas se concentran en distintas partes de su cabeza. La masa de grasa en la frente del delfín es una estructura llamada melón y sirve como lente acústica que enfoca las ondas radiadas en un haz estrecho. Por lo tanto, con el movimiento de la cabeza puede dirigirlas a voluntad hacia muchas direcciones. Esos impulsos retornan de inmediato al encontrar un obstáculo. La mandíbula inferior actúa como receptor y pasa las señales recibidas al oído.
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| Un "sonar" viviente. |
A cada lado de la mandíbula inferior se encuentra un área ósea delgada, en contacto con un material lipídico. El sonido es conducido a través de dicho material a la ampolla auditiva, que es una vesícula grande. Después el oído interno analiza e interpreta su significado. También existe un material lipídico similar en el radar de las ballenas. Lípidos (es decir, compuestos grasos) distintos captan las ondas ultrasónicas (inaudibles para el oído humano) y las dirigen por caminos discriminados. Esos variados compuestos grasos deben estar ordenados de una manera y secuencia correcta con el objeto de poder concentrar la diferentes ondas sonoras de retorno. Cada lípido individual, que se forma por medio de un proceso químico muy complicado y que requiere cierta cantidad de diversas enzimas, es único y para nada igual a los que se encuentran normalmente en la ampolla auditiva.
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Sistema de natación a reacción
Los vertebrados son las criaturas terrestres que corren más rápido, nadan mejor y vuelan mayores distancias. El factor principal subyacente de todas esas capacidades es la presencia de esqueletos constituidos por materiales fuertes como los huesos, que no se deforman. Estos proveen un sustento tremendo para la contracción y dilatación de los músculos, los cuales realizan movimientos continuos por medio de las articulaciones.
Los invertebrados, por su parte, se mueven a velocidades mucho menores que los vertebrados debido a sus estructuras, precisamente, sin huesos.
Las jibias son invertebrados, aunque se las considera peces. Poseen capacidades extraordinarias para maniobrar debido a un sistema muy interesante. El cuerpo blando está cubierto con una capa gruesa por debajo de la cual son arrastradas y expulsadas grandes cantidades de agua gracias al trabajo de músculos potentes, generando así un movimiento hacia atrás.
Se trata de un mecanismo muy complejo. A cada lado de la cabeza posee aberturas tipo bolsillos. El agua es conducida allí adentro y pasa a una cavidad cilíndrica en el cuerpo. Luego la expulsa a gran presión a través de un tubo estrecho ubicado debajo de la cabeza, lo que le permite moverse muy rápido en la dirección opuesta.
Esta técnica de natación es muy apropiada en términos de velocidad y para la supervivencia. En los mares del Japón existe una variedad de este animal, llamado Todarodes Pacificus , que viaja por ese medio dos kilómetros por hora en una emigración de dos mil kilómetros. En distancias cortas puede llegar a los once kilómetros por hora. Pero algunas especies llegan a superar los treinta kilómetros por hora.
La jibia puede evitar a sus enemigos con movimientos muy rápidos provenientes de ligeras contracciones musculares. Cuando sólo la velocidad no es suficiente en situaciones críticas, puede emitir una nube densa de tinta negra que sintetiza en el cuerpo, la que sorprende a sus predadores por unos segundos, tiempo generalmente adecuado para escapar. Los atacantes que quedan del otro lado de la nube de tinta abandonan el área de inmediato.
Este mecanismo defensivo, junto con el de nadar a propulsión, también le es útil para atrapar a sus presas. Puede acometerlas y cazarlas a grandes velocidades. El sistema nervioso que posee es muy complejo y regula las contracciones y expansiones necesarias para la natación a chorro. El sistema respiratorio también opera en condiciones ideales pues le proporciona un metabolismo acelerado, indispensable para la propulsión a reacción.
La jibia no es el único animal que usa ese mecanismo para nadar. También lo utiliza el pulpo, aunque no es un nadador muy activo. La mayor parte del tiempo se desplaza entre las rocas en los desfiladeros del lecho marino.
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| La jibia, con motor a reacción. |
La piel profunda del pulpo está formada por varias capas superpuestas de músculos, los cuales son de tres tipos: longitudinales, circulares y radiales. Esta estructura le permite movimientos diversos dado que se equilibran y asisten mutuamente. Cuando expele el agua (a presión), los circulares contraen su longitud. Pero como tienden a mantener el volumen, aumentan el ancho, cosa que normalmente elongaría el cuerpo. Pero en ese momento se produce el estiramiento de los músculos longitudinales y se evita la elongación. Mientras eso sucede los músculos radiales permanecen extendidos, lo cual engruesa el manto en forma de saco que se contrae después cuando el agua es expulsada a presión. Luego la cavidad interna se llena de nuevo con agua.
El sistema muscular de la jibia se asemeja mucho al del pulpo, con la importante diferencia de que la primera, en vez de los músculos longitudinales del segundo, posee una capa de tendones llamada túnica. Está compuesta por dos estratos, uno ubicado en el interior y otro en el exterior, de la misma manera que los músculos longitudinales en el pulpo. En medio de esos estratos de tendones se hallan los músculos circulares, en tanto que los radiales se ubican entre estos últimos, con una orientación perpendicular.
Las termitas y su sistema de defensa químico
Las termitas son criaturas pequeñas similares a las hormigas que viven en colonias muy pobladas. Construyen nidos sorprendentes, algunos de los cuales se elevan desde el suelo y son verdaderas maravillas arquitectónicas, con una estructura que demuestra la existencia de sistemas muy complejos. Además, las constructoras de torres tan grandiosas, las termitas obreras, son totalmente ciegas.
Ese desarrollo edilicio y habitacional cuenta con una defensa singular, compuesta por unidades de soldados especiales equipados con una artillería asombrosa. Algunas termitas son combatientes, otras patrulleras y otras más “comandos suicidas”. Todo, desde la incubación de la reina hasta la construcción de túneles y paredes o la cosecha de hongos, está sujeto a la actuación exitosa de las soldados.
La reproducción y supervivencia de la colonia dependen de la reina y el rey, pues ellos son los que engendran las nuevas termitas. La reina comienza a expandirse corporalmente después de la primera fertilización y puede alcanzar un largo de nueve centímetros, asemejándose a una máquina reproductora. Debido a que casi no se puede mover, dispone de una dotación especial de termitas que se ocupa de alimentarla y limpiarla. En un día pone unos treinta mil huevos y en toda su vida unos diez millones.
Las obreras son infértiles, se dedican al mantenimiento de la colonia y viven de dos a cuatro años. Cierto grupo construye y mantiene el nido, en tanto que otro grupo cuida los huevos, las crías y la reina.
Los miembros de la colonia viven juntos y organizados, comunicándose entre sí a través de los sentidos olfativo y gustativo, a través de los cuales se intercambian señales químicas. Estas criaturas ciegas, sordas y mudas, cumplen y coordinan tareas complicadas como las de construir, cazar, emboscarse, dar la alerta en casos de peligro y realizar maniobras defensivas valiéndose de señales químicas.
Sus peores enemigos son las hormigas y los osos hormigueros. Cuando la colonia es atacada por uno de esos predadores, se lanza una “escuadra suicida especial”. Las termitas africanas son guerreras excelentes equipadas con dientes afilados como navajas que desgarran los cuerpos de los agresores.
Los túneles que construyen son la única conexión del nido con el mundo exterior y su sección transversal corresponde a la de una de ellas. Pasar a través de los mismos requiere de un “permiso”. La soldado que está de “guardia” en la entrada detecta por el olor si quien quiere entrar es o no residente de la colonia. La cabeza de la termita puede servir para obturar cualquiera de los túneles. Y eso es lo que hacen en caso de ataque, para lo cual retroceden y se “clavan” en la abertura de entrada.
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| Termitas, defensoras suicidas. |
El sacrificio de las termitas
Otro de los métodos defensivos utilizado a menudo es el de inmolarse para resguardar la colonia y dañar al enemigo. Distintas especies realizan los ataques suicidas de maneras diferentes. Resulta particularmente interesante el de una especie que vive en el bosque lluvioso de Malasia. Sus miembros se comportan como “bombas caminantes” debido a su anatomía y forma de actuar. Poseen en el cuerpo un saco especial cargado de un compuesto químico que convierte en ineficaces a sus enemigos: empapan a sus agresores con un líquido espeso amarillo que vierten sus tejidos linfáticos al ser rotos por contracción de los músculos estomacales. Las termitas de Africa y América del Sur utilizan un método similar. Se trata de un verdadero ataque suicida puesto que los órganos internos sufren daños que las lleva a la muerte poco después.
Si la agresión es muy vigorosa, las obreras ayudan a las soldados.
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Sistema que evita la coagulación
En una variedad de termitas africanas la defensa del nido es responsabilidad de un grupo de hembras infértiles más pequeñas que las soldados. Las de la guardia real son mucho más grandes y su función es proteger las larvas y la pareja real, impidiendo la entrada de intrusos en la celda real. Fueron creadas para el combate y disponen de cabezas como escudos y mandíbulas con poder de corte como navajas afiladas. En sacos ubicados en la parte anterior del cuerpo almacenan fluídos compuestos por cadenas abiertas de hidrocarburos (alkanos y alkenos) que representan el 10 por ciento o más del peso del cuerpo y lo inyectan con la mandíbula inferior en las heridas ocasionadas a sus atacantes.
¿Cómo afectan exactamente esos fluidos a los enemigos? Al investigarse esta cuestión, se encontró algo sorprendente: impiden la coagulación de la sangre. Las hormigas contienen un líquido llamado “hemolinfa” que cumple el papel de la sangre. Cuando sufren una herida se inicia el proceso de coagulación y cura. Pero el fluido de las termitas neutraliza la coagulación.
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La sangre: fluido dador de vida
La sangre es un líquido creado para dar vida a nuestros cuerpos y su circulación sirve para calentarlos, refrescarlos, nutrirlos, protegerlos y depurarlos de sustancias tóxicas. Es casi el único responsable de la comunicación entre las distintas partes del cuerpo, además de reparar de inmediato cualquier rotura en las paredes de las venas para mantener la funcionalidad del sistema.
En el cuerpo de una persona que pesa 60 kilos hay, término medio, cinco litros de sangre, que el corazón puede hacerla circular con facilidad. Cuando se corre o se hace ejercicio la velocidad de circulación puede aumentar hasta cinco veces. La sangre fluye por todas partes: desde la raíz de los cabellos hasta la punta del pie y en venas de distintos tamaños. Estas últimas fueron creadas muy perfectas, motivo por el cual, en condiciones normales, no se forma allí ningún coágulo o sedimento. El sistema complejo que integran transporta una variedad de nutrientes y calor.
Transportador de oxígeno
El aire que respiramos es la sustancia más decisiva para nuestra supervivencia pues el oxígeno que contiene resulta imprescindible para que las células quemen los azúcares y produzcan energía, de la misma manera que lo hacen los leños que se queman en una caldera. El sistema de circulación sanguíneo, parecido a una complicada red de tuberías, sirve al propósito de llevar ese oxígeno desde los pulmones a las células.
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Las moléculas de hemoglobina dentro de los glóbulos rojos son las que lo transportan. Cada glóbulo rojo acarrea unos trescientos millones de moléculas de hemoglobina que exhiben un orden perfecto en su desempeño. Pero no sólo conducen el oxígeno sino que también cumplen otras funciones, como la de distribuirlo donde sea necesario —por ejemplo, en una célula muscular— y retornar luego a los pulmones con el material de desecho producto de la combustión de los azúcares. En otras palabras, lleva oxígeno a las células y vuelve a los pulmones con dióxido de carbono, donde elimina a éste y se liga nuevamente al oxígeno del aire para repetir el ciclo.
Un fluido de presión controlada
Las moléculas de hemoglobina transportan también gas de monóxido de nitrógeno (NO). Si este gas no estuviese presente en la sangre, la presión cambiaría constantemente. La hemoglobina regula asimismo, por medio del NO, la cantidad de oxígeno que debe entregar a los tejidos. Es asombroso que el “regulador” sea una molécula, es decir, un simple conjunto de átomos que no posee cerebro, ojos ni conciencia.
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Células con un diseño ideal
Una persona adulta posee alrededor de 30 billones de glóbulos rojos en su sangre, los cuales son el principal componente celular de la misma y son suficientes para cubrir la mitad de la superficie de un campo de fútbol. La hemoglobina es la que da a la sangre, y por lo tanto a los tejidos, su color característico.
Los glóbulos rojos son discos bicóncavos que pueden comprimirse y pasar por capilares minúsculos y por los huecos más diminutos debido a su increíble flexibilidad. Si no poseyesen esta característica seguramente se atascarían en distintas áreas del cuerpo. Un capilar tiene normalmente un diámetro de cuatro a cinco micrones, mientras que el volumen de un glóbulo rojo es de unos 87 micrones cúbicos (un micrón es una milésima de milímetro).
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Mecanismos de control especiales
Los nutrientes deben pasar de un lado al otro de las paredes de las arterias para penetrar en los tejidos del caso. Aunque la pared arterial posee poros minúsculos, no hay sustancia que por sí sola pueda atravesarla. Lo que permite que ese proceso tenga efecto es la presión sanguínea. Sin embargo, si los nutrientes pasasen a los tejidos en grandes cantidades, necesariamente se producirían inflamaciones. En consecuencia, existe un mecanismo especial instituido para equilibrar la presión sanguínea y así regresar fluídos a la sangre. La responsable de esa tarea es la albúmina, más grande que los poros de la pared de la arteria y suficientemente numerosa en la sangre como para succionar el agua como una esponja. Si no fuese por la albúmina, nos inflaríamos como un poroto seco puesto en el agua.
Por otra parte, las sustancias existentes en la sangre no deberían ingresar en los tejidos del cerebro incontroladamente porque dañarían de modo severo las neuronas. Por consiguiente, ese órgano cuenta con una protección frente a todos los escenarios perjudiciales posibles que pudiesen acontecer. Densas capas de células cierran completamente los poros. Cada sustancia que pretende pasar a través ellas, lo hace como si se tratase de un puesto de control. Eso facilita un fluir equilibrado de nutrientes en la parte más sensible del cuerpo humano.
Termostato en el organismo
Además de las toxinas, nutrientes, glóbulos rojos, vitaminas y otras sustancias, la sangre también transporta calor, un subproducto de la generación de energía en las células. Es de una importancia vital repartir y equilibrar la temperatura corporal, en consonancia con la temperatura exterior. Si no existiese ningún sistema que lo hiciera —papel que cumple la circulación sanguínea—, al usarse los músculos de los brazos, por ejemplo, éstos se recalentarían y el resto del cuerpo permanecería frío, lo cual dañaría en gran medida el metabolismo. La transpiración y la expansión de los vasos sanguíneos permite que el exceso de calor sea expulsado al exterior a través de la piel. A eso se debe que se nos enrojezca el rostro al correr o realizar actividades con mucho vigor. Cuando las temperaturas son bajas, los capilares se contraen para reducir la cantidad de sangre en las áreas en donde es más probable la fuga de calor. De esa manera se reduce al mínimo el enfriamiento del cuerpo. El rostro pálido en esa situación se debe a la precaución mencionada que el organismo la toma automáticamente.
Todo lo que sucede en la sangre es extremadamente complejo e interdependiente y ha sido creado a la perfección hasta en los menores detalles.
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La coagulación de la sangre
Todos sabemos que el sangrado que se produce debido a un corte o por una herida que se estaba sanando y que se reabre, en algún momento se detendrá, porque se forma un coágulo que se endurece y obtura la zona. En general la gente piensa que ese es un proceso simple y normal. Pero los bioquímicos nos han hecho saber, gracias a sus investigaciones, que en realidad es la resultante de un mecanismo muy complejo: la falta de un solo componente dañaría seriamente todo el sistema.
La sangre debe coagular en un lapso de tiempo y lugar adecuados. Después el coágulo debe desaparecer. En condiciones normales ese mecanismo funciona a la perfección hasta en el más mínimo detalle.
El coágulo debe cubrir toda la herida y, lo que es más importante, formarse solamente en el exterior de la piel, por encima de la lesión. La vida es incompatible tanto con la coagulación de la sangre en cualquier otra parte como con la falta total de coagulación.
Para dicho proceso son decisivos los más pequeños elementos producidos en la médula ósea, es decir, las plaquetas sanguíneas o trombocitos. Estas células son los elementos principales de la coagulación. Una proteína llamada factor de Von Willebrand, que “patrulla” continuamente la corriente sanguínea, asegura que las plaquetas permanezcan adheridas a la herida. Estas se concentran en el lugar de la lesión y liberan una sustancia que reúne a otras plaquetas en una inmensa cantidad para obturarla. Las plaquetas mueren en ese lugar como parte del proceso de la coagulación sanguínea.
La trombina es otra de las proteínas que facilita la coagulación de la sangre. Se produce por la acción de más de veinte enzimas sólo en el lugar de la herida, en la dosis necesaria y durante un tiempo determinado. Las enzimas pueden iniciar su producción y detenerla. Se trata de un proceso tan controlado que la trombina sólo se forma cuando los tejidos realmente resultan dañados. Tan pronto como las enzimas de la coagulación alcanzan un nivel satisfactorio, se forman fragmentos de fibrinógeno, los cuales son proteínas. En un lapso de tiempo muy corto una malla de fibras (la fibrina) forma una red en el lugar de escape de la sangre. Mientras tanto las plaquetas “patrulleras” continúan implicándose y se acumulan en el mismo lugar. Lo que se llama coágulo es el tapón que se forma en la herida debido a dicha acumulación.
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La coagulación no es sólo muy importante para protegernos de heridas externas sino también de la ruptura de los capilares internos, cosa que sucede a cada rato. Aunque es algo que pasa desapercibido, continuamente sufrimos pequeños sangrados internos. Un simple golpe del brazo contra una puerta o el sentarse muy bruscamente, puede provocar la ruptura de cientos de capilares que son inmediatamente controlados y reconstruidos, en condiciones normales, por medio de la coagulación. Si el impacto es más serio, el sangrado es mayor y comienza el proceso que denominamos “hematoma”. Una persona con el sistema de coagulación dañado, debería evitar hasta los golpes más pequeños. Los pacientes hemofílicos deben vivir con ese cuidado porque su proceso de coagulación es defectuoso. Desafortunadamente, quienes tienen una hemofilia avanzada no pueden vivir mucho. Hasta el más pequeño sangrado interno producido por un simple resbalón o caída, puede ser suficiente para terminar con sus vidas.
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Los insectos y la Robótica
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| Emulando el diseño humano. |
Los ingenieros que desarrollan tecnología robótica también se benefician de lo que brinda la naturaleza al inspirarse en los insectos. Los robots construidos tomando como modelo las patas de los insectos demostraron un mejor equilibrio. Esos inventos pueden escalar las paredes, como las moscas, al instalárseles ventosas (sopapas) en los pies. Un prototipo japonés con esta característica y al que se acoplaron sensores especiales, camina en el cielo raso como un insecto y se lo utiliza para inspeccionar la superficie inferior de la calzada de los puentes.
Se sabe que el ejército norteamericano
trabaja en micromáquinas desde hace bastante tiempo. Según el profesor Johannes
Smith, un motor de una dimensión menor de un milímetro puede conducir un robot
del tamaño de una hormiga. La idea es utilizarlo en la formación de un ejército
de mecanismos diminutos tipo hormigas para penetrar las líneas enemigas sin ser
detectados y dañar motores de jets, radares y terminales de computación. Dos de
las corporaciones japonesas más importantes —Mitsubishi y Matsushita— ya han
dado los primeros pasos para colaborar en ese sentido. Los primeros resultados
se concretaron en un robot diminuto que pesa
La quitina: un revestimiento de tipo metálico perfecto
Los insectos son las criaturas más numerosas en la Tierra. Eso se debe, en gran medida, a que sus cuerpos son muy resistentes a muchas condiciones adversas. Uno de los factores de esa resistencia es la quitina, sustancia de la que están formados sus esqueletos.
Se trata de un elemento extraordinariamente liviano, delgado, bastante fuerte pero sorprendentemente flexible, que envuelve el cuerpo a los insectos, funciona como esqueleto y les evita grandes penalidades al reducir el impacto de golpes eventuales. También es impermeable debido a una malla especial que no permite la filtración de ningún fluído corporal 46 . La acción de músculos especiales mejora el rápido desplazamiento de esa estructura que no es afectada por el calor o la radiación. Por lo general su color se adapta perfectamente al del entorno y los de tonos vivos suelen servir de advertencia.
¿Qué pasaría si una sustancia como la quitina se usase en la construcción de aeronaves o cohetes? Ese es, precisamente, el sueño de muchos científicos.
La forma ideal del glóbulo rojo
La hemoglobina que se encuentra en los glóbulos rojos es la encargada de transportar el oxígeno a la sangre. Cuanto más grande es la superficie del glóbulo, más oxígeno transporta. Y como los glóbulos viajan por el interior de los capilares, deben tener entonces el menor volumen y la máxima superficie posibles. Y así fueron diseñados: poseen una estructura plana, circular y comprimida al centro en ambas caras, asemejándose a una horma de queso suizo. Esta es la forma que contiene la mayor superficie posible con el menor volumen, debido a lo cual cada glóbulo rojo puede transportar 300 millones de moléculas de hemoglobina y pasar a través de los capilares más estrechos y los poros más cerrados.
Los ojos cromáticos del pez Globo
El pez globo vive en las aguas cálidas
del sudeste asiático. Cuando recibe gran cantidad de luz, sus ojos, de
Frente a una gran intensidad luminosa, las células cromáticas llamadas “cromatóforas” ubicadas alrededor de la capa transparente del ojo (córnea), comienzan a segregar un fluído amarillo (pigmento) que cubre al órgano de la visión y actúa como filtro, con lo que mejora la visión del pez. En aguas oscuras el pigmento desaparece y los ojos reciben la mayor cantidad de luz posible.
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Diseño de los sistemas mecánicos en los seres vivos
A menudo para los proyectistas el diseño de los sistemas móviles es un desafío más grande que el de estructuras fijas. Por ejemplo, resulta más problemático el diagrama de un taladro que el de un jarrón. Eso se debe a que el segundo se basa en la forma, en tanto que el primero se fundamenta en el funcionamiento apropiado. Y esto último es más complicado puesto que cada componente debe servir al propósito específico y un pequeño error puede inutilizar toda la idea, al punto que diseños con cierto tipo de equivocaciones están condenados al fracaso.
Los sistemas proyectados por el ser humano presentan muchos más desaciertos de lo que por lo común se cree, ya que se desarrollan por el procedimiento de prueba y error. Pero por lo general no se eliminan todos los defectos durante la fase de experimentación.
En cambio, no se puede decir lo mismo de los distintos sistemas en la naturaleza, los cuales son absolutamente adecuados.
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Veamos algunos ejemplos.
El cráneo del pájaro carpintero
Este animalito busca su alimento en los árboles picoteando la corteza, donde halla eventualmente insectos y larvas. Con la misma técnica excava su nido en los troncos, para lo que necesita una habilidad tan buena como la de los trabajadores de la madera experimentados.
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| Diez golpes por segundo. |
El pájaro carpintero manchado, de gran porte, puede realizar con su pico nueve o diez golpes por segundo, en tanto que las especies más pequeñas, como el pájaro carpintero verde, realizan el doble de percusiones. Y la velocidad con la que mueven el pico puede superar los cien kilómetros por hora. Lo sorprendente es que esto no les afecta para nada el cerebro, que tiene el tamaño de una cereza. El tiempo que transcurre entre dos golpes es inferior a una centésima de segundo. Al comenzar el golpeteo la cabeza y el pico están perfectamente alineados, ya que la mínima desviación podría provocarles daños irreparables en el interior del cráneo.
Ese tipo de impacto no se diferencia del de la cabeza contra un muro de cemento. Pero el extraordinario diseño del cerebro del pájaro carpintero impide que se deteriore.
Los huesos del cráneo de la mayoría de las aves están soldados y el pico funciona con el movimiento de la mandíbula inferior. Sin embargo, el pico y el cráneo del pájaro carpintero están separados por un tejido esponjoso que absorbe los impactos de su trabajo. Esa sustancia flexible opera mejor que los amortiguadores en los automóviles. La excelencia de la misma proviene de la capacidad de absorción de percusiones de muy corta duración y de volver a su estado original de inmediato, desempeño que se mantiene incluso al realizarse 9 o 10 golpes por segundo. Dicho material es muy superior a todas las imitaciones desarrolladas por la tecnología moderna. Y el notable aislamiento que realiza entre el pico y el cráneo permite que el compartimiento que contiene el cerebro se aleje del pico superior durante el golpeteo, por lo que funciona como un mecanismo secundario para la absorción de impactos.
La pulga: un diseño ideal para saltos elevados
La pulga puede elevarse de un salto una
distancia superior en cien veces a su altura, lo que equivaldría a que un ser
humano realizara un salto de
Por lo general no cae sobre sus patas después del quinto salto sino sobre su cabeza o espalda sin tener vértigos o lastimarse debido a la conformación especial de su cuerpo.
El esqueleto de este insecto, formado por numerosas placas a la manera de una coraza, está constituido por un compuesto duro llamado “esclerotina” (producto del entrecruzamiento de la quitina con cadenas de proteínas) que se ubica al exterior del cuerpo y lo envuelve por completo. Esa estructura absorbe y neutraliza el impacto de cada salto.
La pulga no posee vasos sanguíneos sino que su interior está lleno de una sangre fluída y clara que actúa de amortiguador de los órganos interiores que flotan en ese medio. A ello se debe que la presión abrupta producida por cada brinco no le afecte para nada. La sangre se purifica a través de aberturas de aire esparcidas en todo el cuerpo y elimina la necesidad de un elemento que bombee oxígeno continuamente. El corazón tiene la forma de un tubo y late tan lentamente que los saltos no producen ningún inconveniente al órgano.
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| La pulga: récor mundial de salto alto. |
Al descubrir los científicos que los músculos de las patas no resultaban ser tan fuertes como era de esperar, investigaron qué era lo que posibilitaba la altura alcanzada. Así se enteraron que posee un sistema de resortes adicionado a las extremidades que trabaja gracias a una proteína con propiedades elásticas llamada “resilina”, donde se almacena energía mecánica. La sorprendente propiedad de esa sustancia radica en su capacidad de liberar hasta el 97 por ciento de la energía acumulada al momento de estirarse. El material más flexible conocido hoy día en el mercado, llega a liberar solamente 95 por ciento de la energía acumulada. La resilina está ubicada en la base de las largas patas traseras, en almohadillas diminutas.
En unas pocas décimas de segundo la pulga se prepara para el brinco comprimiendo ese material al mismo tiempo que contrae las patas. Un mecanismo tipo cremallera las sostiene recogidas hasta que un músculo se relaja y la estructura tipo resorte da impulso a un salto tremendo a través de la energía acumulada en la resilina.
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El diseño en los delfines
Los delfines, al igual que las ballenas, respiran a través de pulmones, como los demás mamíferos, lo cual significa que no pueden tomar el oxígeno del agua como los peces. Por eso deben salir a la superficie a inhalar el aire necesario. Esa tarea la cumplen por medio de un órgano con un orificio en la parte superior de la cabeza, diseñado de tal manera que al zambullirse se cierra automáticamente con un casquete especial que evita la entrada del agua.
El hocico del delfín es otra característica que mejora su capacidad natatoria pues gracias al mismo consume menos energía en el corte del agua al avanzar, lo que hace entonces a velocidades más elevadas. Los barcos modernos también hacen uso de un elemento hidrodinámico similar a la trompa de este animal para aumentar la velocidad.
Un sistema que permite dormir sin ahogarse
Los delfines poseen un sistema que impide que se mueran abajo del agua mientras duermen: usan de manera alternada y por períodos de unos 15 minutos los hemisferios derecho e izquierdo del cerebro. Cuando un hemisferio duerme el otro se usa para emerger y respirar.
Además, llenan el 80 por ciento o 90 por ciento de sus pulmones con aire, a diferencia de los humanos que llegan sólo al quince por ciento. Su respiración es un acto consciente y no reflejo, como en los demás mamíferos terrestres.
En otras palabras, los delfines toman la decisión de respirar de la misma manera que nosotros tomamos la decisión de caminar.
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Una bomba de sangre especial para la jirafa
La jirafa, con casi cinco metros, es una de las criaturas más altas. Para sobrevivir, la sangre le debe llegar al cerebro desde el corazón, superando una distancia vertical de dos metros. Este último, de características extraordinarias, es suficientemente potente como para bombearla a una presión de 350 milímetros de mercurio.
Ese desempeño, que mataría a un ser humano, está contenido dentro de una cámara especial cubierta con una red de capilares con el objeto de reducir las afecciones mortales.
Entre la cabeza y el corazón existe un sistema en forma de “U” con un vaso ascendente y otro descendente. La sangre que fluye en vasos de dirección opuesta se autoequilibra, cosa que libra al animal de la presión alta que puede causar sangrados internos.
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| Controla su presión sanguínea. |
La jirafa necesita una protección en la zona por debajo del corazón, especialmente en piernas y patas: la piel gruesísima en esas partes evita los efectos adversos de la presión sanguínea elevada. Además, hay válvulas dentro de los vasos que ayudan a regularla.
El mayor riesgo se produce en el momento en el que el animal coloca la cabeza en la posición más baja, es decir, cuando va a beber. La presión sanguínea, por lo general suficientemente alta como para provocar sangrados internos, aumenta más entonces. Pero un fluído especial llamado “fluido cerebroespinal” (líquido cefalorraquídeo), que baña el cerebro y la columna vertebral, produce una contrapresión que evita la rotura de los capilares o escapes de sangre. También existe una válvula de control especial unidireccional que se cierra cuando el animal desciende la cabeza, con lo cual se reduce significativamente el fluir de la sangre. Como precaución frente a los peligros de alta presión, los vasos sanguíneos de la jirafa son muy gruesos y con múltiples capas (de tejido).
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El milagro de la reproducción en las ranas
Muchos suponen que las ranas se reproducen únicamente empollando sus huevos. Sin embargo, hay muchos tipos de reproducción entre estos animalitos, algunos de los cuales resultan realmente sorprendentes.
Las ranas pueden sobrevivir en una gran cantidad de ambientes, por lo que se las encuentra en todos los continentes con excepción de la Antártica. Hay especies que viven en las selvas, los desiertos, los bosques y las praderas, así como en el Himalaya y la cordillera de los Andes, donde las altitudes exceden los cinco mil metros. La mayor densidad de población está diseminada a lo largo de las regiones tropicales. Se han identificado unas 40 especies en dos kilómetros cuadrados de bosque lluvioso.
En algunas variedades es el macho quien cuida las crías, en otras esa tarea la cumple solamente la hembra y en otras distintas lo hace la pareja. Por ejemplo, los machos de la especie “dardo venenoso” de Costa Rica, cuidan los huevos durante diez o doce días. Los renacuajos que nacen se trepan con grandes esfuerzos a la espalda de la madre y se sostienen tan apretados que parecen soldados o remachados allí. La rana trepa con las crías a cuesta hasta la floración de la bromelia —flores con forma de copas apuntando hacia el cielo y normalmente llenas de agua— y deja allí a los renacuajos, donde pueden crecer seguros. Pero como en ese agua no hay nutrientes, también deja huevos no fertilizados, ricos en proteínas y carbohidratos, para que las crías se alimenten de ellos.
La rana “gladiador” es otra especie que defiende el área donde se encuentran los huevos. Los machos han sido creados con extensiones tipo alfileres debajo del pulgar, con las que rasgan la piel de algún entrometido.
El macho del pequeño sapo africano ( Nectophyrne afra ) construye nidos de barro en la costa de los lagos o de los ríos de fluir lento y los llena de agua para formar fuentes. La rana produce una película frágil que extiende sobre la superficie líquida, donde adhiere sus huevos para que inhalen oxígeno. El problema es que una mínima vibración producida por otra rana o por el vuelo de una libélula puede destruir esa película, motivo por el que los huevos se hundirían y estropearían por falta de oxígeno. Entonces interviene la rana macho. Sacude o golpea las patas en el agua para aumentar la oxigenación de ésta. De ese modo los huevos bañados por el agua disponen del oxígeno suficiente, que es absorbido a través de la membrana.
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Ranas que se reproducen en el estómago
El extraordinario método de reproducción de una especie de ranas llamada Rheobatrachus silus es otro ejemplo de diseño grandioso en la naturaleza.
La hembra se traga sus huevos fertilizados pero no para comerlos sino para protegerlos. Los renacuajos crecen en su estómago durante las primeras seis semanas, después de salir del cascarón. ¿Cómo es posible que puedan permanecer allí sin ser digeridos?
Para evitar esto último se ha creado un mecanismo perfecto. En primer lugar la rana deja de alimentarse durante esas seis semanas y al estómago lo reserva solamente para la crías. No obstante, existe el peligro que proviene de la liberación regular de ácido clorhídrico y pepsina como parte de la secreción gástrica, los cuales matarían rápidamente a la descendencia. Pero esos fluídos son neutralizados por medio de una sustancia tipo hormona llamada prostaglandina E 2 , segregada primero por los huevos y después por los renacuajos. En consecuencia, éstos se desarrollan a pesar de estar en un “estanque” de ácidos.
Otro problema que surge es la alimentación de los renacuajos en un estómago vacío, pero también fue tenida en cuenta dicha situación. Los huevos de esta especie son más largos que los de otras y la yema contiene suficientes nutrientes ricos en proteínas para alimentar a los renacuajos durante seis semanas. Después se presenta el momento de la salida al exterior, la cual fue proyectada perfectamente. El esófago de la hembra se dilata durante la expulsión de las crías del estómago, de la misma manera que lo hace la vagina en los mamíferos durante el parto. Una vez que los vástagos están afuera, el esófago y el estómago retornan a la normalidad y la madre comienza a alimentarse nuevamente.
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El diseño más espléndido: el Universo
En el universo existen leyes inmutables que rigen para todas las criaturas, animadas e inanimadas.
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Veamos algunos ejemplos de ello en el diseño del Universo. Podemos examinar una de las propiedades —de las decenas existentes y decisivas— del agua de lluvia: la viscosidad.
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| El diseño más espectacular. |
Los distintos líquidos poseen diferentes grados de viscosidad. Pero la del agua es perfecta para su uso por parte de todas las criaturas. Si fuese un poco más viscosa, las plantas no podrían utilizarla para transportar por sus capilares los nutrientes vitales para su supervivencia. Si fuese menos viscosa, las corrientes de los ríos serían muy distintas y en consecuencia los valles, las altiplanicies y las formaciones montañosas no se habrían formado y las rocas no se habrían desintegrado para formar el suelo.
Por otra parte, el agua, con su contextura actual, facilita la circulación de los glóbulos blancos que defienden nuestros organismos contra microbios y sustancias peligrosas. Si la viscosidad del agua fuese mayor, habría sido totalmente imposible el movimiento de esas células en los capilares, el corazón no podría impulsar la sangre debido al aumento de su densidad y posiblemente no hubiera podido obtener la energía necesaria para esa función.
Equilibrio de fuerzas
¿Qué pasaría si la fuerza gravitatoria fuese mayor a la existente? Sería imposible caminar o correr. Humanos y animales usarían mucha más energía de la que necesitan actualmente para desplazarse, lo cual disminuiría las reservas energéticas de la Tierra.
¿Qué sucedería si la fuerza gravitatoria fuera menor de la que es? Los objetos livianos no podrían mantener su actual estado de equilibrio. Por ejemplo, las partículas de polvo levantadas por la brisa, flotarían en el aire por largos períodos de tiempo; disminuiría la velocidad de las gotas de lluvia y posiblemente se evaporarían antes de tocar la tierra; los ríos fluirían más despacio y por consiguiente no generarían la misma cantidad de electricidad.
La ley de la gravedad de Newton dice que la fuerza de atracción gravitatoria entre los cuerpos es directamente proporcional a la masa de los mismos e inversamente proporcional al cuadrado de sus distancias. En consecuencia, si la distancia entre dos estrellas aumenta tres veces, la fuerza gravitatoria disminuye por un factor de nueve; si la distancia decrece a la mitad, la fuerza de gravedad aumenta cuatro veces.
Esta ley ayuda a explicar la actual posición de la Tierra, la Luna y los demás planetas. Si la ley de la gravedad fuese distinta, por ejemplo, si la fuerza gravitatoria aumentase mientras aumenta la distancia, las órbitas de los planetas no serían elípticas y colapsarían sobre el sol. Pero si fuera más débil, la Tierra se pondría en un curso de constante alejamiento del sol. Es decir, si la fuerza de gravedad no se ajustase a la ecuación por la que se rige, la Tierra chocaría con el sol o se perdería en la profundidad del espacio.
Fuente Internet: