Ciencia.-La génesis de la locomoción con patas se desarrolló bajo el agua

22/03/2021 Investigadores de la Universidad de Nueva York descubrieron que los pequeños patines, que se escabullen por el fondo del mar con dos aletas parecidas a patas, utilizan las mismas neuronas motoras y genes que ayudan a los humanos y a otros vertebrados terr
POLITICA INVESTIGACIÓN Y TECNOLOGÍA
JUNG ET AL./N.Y.U. SCHOOL OF MEDICINE
22/03/2021 Investigadores de la Universidad de Nueva York descubrieron que los pequeños patines, que se escabullen por el fondo del mar con dos aletas parecidas a patas, utilizan las mismas neuronas motoras y genes que ayudan a los humanos y a otros vertebrados terr POLITICA INVESTIGACIÓN Y TECNOLOGÍA JUNG ET AL./N.Y.U. SCHOOL OF MEDICINE


MADRID, 22 (EUROPA PRESS)

La evolución de la capacidad de caminar, antes aún de que las primeras especies salieran del agua para moverse en tierra firme, ha sido modelada por matemáticos de la Universidad de Harvard.

En 2018, el pequeño patín, un pez con forma de raya del tamaño de una sartén, causó gran impacto en la biología evolutiva. Investigadores de la Universidad de Nueva York descubrieron que los pequeños patines, que se escabullen por el fondo del mar con dos aletas parecidas a patas, utilizan las mismas neuronas motoras y genes que ayudan a los humanos y otros vertebrados terrestres a caminar.

Los hallazgos sugirieron que las redes neuronales necesarias para caminar podrían haber estado presentes en el antepasado común de las rayas y los mamíferos hace unos 420 millones de años, millones de años antes de que el primer pez intrépido saliera del océano.

Pero, ¿cómo caminaron exactamente nuestros ancestros acuáticos antiguos? Si bien el registro fósil conserva sus huesos, el sistema neuromuscular y las vías que controlaban su movimiento se pierden.

Ahí es donde los modelos teóricos pueden ayudar a iluminar el rango y la dificultad de las diferentes estrategias.

Investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson desarrollaron un marco matemático para explicar cómo pudo haber evolucionado la caminata bajo el agua. Los investigadores encontraron que los ancestros de los patines y los humanos podrían haber logrado caminar bajo el agua de manera eficiente utilizando la morfología corporal disponible con muy poca energía y controles simples.

La investigación se publicó en la revista Journal of The Royal Society Interface.

Los investigadores demostraron que la marcha alterna de izquierda a derecha que usan los patines y otros vertebrados surge con un algoritmo simple basado en el aprendizaje por refuerzo, consistente con un modelo teórico simple. Para probar el marco, los investigadores construyeron un robot bípedo y demostraron que sus comportamientos son similares a los del modelo.

"Nuestra investigación es otra pieza en el rompecabezas hacia la comprensión de la evolución de la locomoción con patas", dijo Fabio Giardina, becario postdoctoral en matemáticas aplicadas en SEAS y primer autor del artículo. "Demostramos que dada una morfología rudimentaria, existen leyes de control simples que conducirán a una locomoción muy eficiente. La física nos está dando todo lo que necesitamos para que caminar sea factible bajo el agua".

"La combinación de un entorno confiable de baja gravedad y una morfología del cuerpo con patas bien puede haber ayudado a allanar el camino para la marcha bípeda antes de que nuestros antepasado acuáticos hicieran la transición a tierra firme", dijo L. Mahadevan, profesor de Matemáticas Aplicadas de Biología Organísmica y Evolutiva y de Física y autor principal del artículo. "A medida que nuestros antepasados hicieron la transición a la tierra, la estrategia de control probablemente se volvió más compleja. Pero en entornos confiablemente homogéneos, como el fondo del mar, tal vez todo lo que se necesitaba era una estrategia simple".

Además de arrojar luz sobre el pasado, esta investigación allana el camino para diseñar robots bioinspirados más eficientes en el futuro.

"Además de la locomoción energéticamente eficiente, descubrimos que nuestro robot puede recuperarse de grandes perturbaciones sin corregirlas activamente, una propiedad que atribuimos a la adaptación del diseño al entorno físico", dijo Giardina. "Creemos que este enfoque nos ayudará a construir robots andantes más eficientes y robustos en el futuro".

"Nuestro trabajo se suma a la creciente evidencia de que para comprender verdaderamente el comportamiento o sintetizarlo usando robots, debemos considerar la interacción entre el cerebro, el cuerpo y el medio ambiente", dijo Mahadevan.