Un robot ayuda a entender cómo se movían por tierra los primeros vertebrados

Hace más de 360 millones de años desde que se produjo uno de los grandes hitos de la evolución: la transición del entorno acuático al terrestre. Los primeros vertebrados tuvieron que plantar cara al difícil reto de desplazarse por superficies fluidas, como la arena o el fango, en las que moverse era más difícil. La tarea se complicaba aún más si dichas superficies se encontraban en pendiente. “La invasión exitosa de la tierra es uno de los eventos más importantes de la historia de la Tierra, ya que es lo que llevó a la larga a la evolución del ser humano”, explica Richard W. Blob, experto en Biología Evolutiva de la Universidad de Clemson (Carolina del Sur, Estados Unidos).

Blob y otros ocho investigadores han trabajado durante dos años en un estudio que trata de arrojar luz sobre las estrategias utilizadas por los primeros vertebrados para desplazarse por la tierra, y concretamente por esas superficies que suponen un mayor reto. Durante este tiempo, y basándose en el pez del fango (periophthalmus barbarus), analizaron en qué consistían sus movimientos y elaboraron un modelo robot y un modelo matemático para comprender la física que hay tras los desplazamientos de este animal. Su estudio concluye que los movimientos de la cola de estos animales pudieron haber supuesto un beneficio sustancial para los primeros tetrápodos.

“Entender cómo se mueven los animales es importante porque es crítico para su supervivencia, y nosotros vamos más allá de las superficies duras que han sido el foco de las mayoría de estudios previos”, concreta Blob. La evidencia fósil revela que los primeros vertebrados en moverse por la tierra emergieron en hábitats próximos a la costa, caracterizados por sus superficies fluidas, húmedas y blandas -como el fango o la arena. Estas se caracterizan por cambiar su forma, cediendo o estancándose en función de la inclinación de la pendiente o del peso que soporten.

El pez del fango como modelo biológico simple y representativo

En el desarrollo de este estudio, publicado en Science, los investigadores han elegido el pez del fango como modelo biológico ya que puede ejemplificar el movimiento de algunos de los primeros vertebrados en invadir la tierra, según la evidencia fósil. "Este es un animal pequeño que puede nadar bastante bien, pero además puede usar sus extremidades para impulsarse a sí mismo sobre las superficies terrestres", explica Daniel I. Goldman, del Instituto de Tecnología de Georgia.

"Se trata de un animal que nos ha permitido analizar el movimiento con un número mínimo de estructuras a controlar, ya que solo intervienen las dos aletas y la cola", concreta Blob. El pez del fango se mueve frecuentemente por la tierra, coordinando sus apéndices y la cola para moverse. El estudio analizó cómo se desplaza de un ejemplar animal vivo de esta especie y, posteriormente, se creó Muddybot, un modelo robot inspirado también en el pez del fango pero esta vez completamente controlable por los investigadores. Este modelo fue creado con una morfología que representa una versión simplificada de un animal que se desplace apoyándose en sus extremidades, como si se tratara de muletas. "El modelo robofísico nos llevó a la hipótesis de que los primeros animales locomotores terrestres pudieron haber usado la cola como pequeña ayuda extra para desplazarse por las orillas o superficies de lodo, lo que habría sido imposible de otra manera", indica Goldman.

La cola, clave cuando el aleteo no es suficiente

Los resultados obtenidos tanto del modelo matemático como del biológico y del robot revelan que el uso de una estructura locomotora adicional (en este caso, la cola) que pueda ser movida de manera independiente es determinante para que el desplazamiento sea exitoso, incluso si el animal carece de una morfología o unos patrones de movimiento sofisticados.

El experimento se realizó con superficies a diferentes grados de inclinación, hasta los 20º, y los resultados obtenidos demuestran que la cola, además de ser un conductor primario del movimiento acuático, juega una función de propulsión muy importante en la locomoción terrestre, y su utilización supone en muchos casos la diferencia entre el éxito y el fracaso en los movimientos por tierra. En condiciones casi óptimas, el uso de la cola no afectaba en gran medida, pero sí que lo hacía cuando la pendiente aumentaba y las condiciones del desplazamiento se complicaban.

Los investigadores creen que sería interesante que en futuros estudios de los rastros fósiles, se tratara de encontrar signos de utilización de la cola por los primeros vertebrados terrestres que apoyaran lo descubierto en este estudio. "También sería bueno explorar el movimiento en un rango más amplio de materiales, tanto húmedos como secos", opina Blob.