La araña infinita
Cómo funcionan las patas de las arañas
Aceptémoslo, las arañas son consideradas espeluznantes por una gran mayoría de personas en todo el mundo. Sin embargo, cuando se les pregunta, la mayoría de la gente no puede decir qué es lo que les asusta de las arañas. Por lo general, las explicaciones comienzan con los ojos saltones, los colmillos, las mordeduras o el hecho de envolver a sus presas. El movimiento de las arañas también encabeza la lista. Se mueven y corretean por la noche (sobre todo cuando se encienden las luces y salen corriendo), saltan y, en general, corren de forma «espeluznante». Pero, ¿qué es lo que hace que su movimiento nos resulte realmente extraño y espeluznante? La respuesta está en dos elementos clave de su anatomía, su esqueleto y sus músculos.
Primero, echa un vistazo a este breve vídeo de una araña caminando, para darte un poco de contexto:
Las arañas son artrópodos, lo que significa literalmente «con patas articuladas». Como todos los artrópodos, carecen de huesos y de un esqueleto interno. En cambio, tienen un esqueleto exterior duro llamado exoesqueleto. Este exoesqueleto está hecho de quitina, algo similar a nuestras uñas y pelo. Es súper fuerte y ligero. ¿Pero cómo se relaciona esto con su movimiento espeluznante? Las arañas no tienen huesos internos, lo que significa que no tienen los mismos músculos y accesorios que tienen los vertebrados.
En el cuerpo de los vertebrados, como los humanos, hay tres tipos de músculos. Son los cardíacos (corazón), los viscerales (órganos internos) y los esqueléticos. Los huesos de nuestro esqueleto son movidos por músculos que se unen directamente a cada hueso en pares antagónicos. Son los flexores y los extensores. La contracción de los músculos flexores hace que una articulación se doble (piensa en «flexionar el músculo»), mientras que los extensores hacen que una articulación se abra. Los flexores y extensores nos proporcionan un movimiento suave en los músculos. Las arañas no tienen este mismo movimiento.
Los humanos sólo tienen una articulación principal por miembro (rodilla, codo, etc), pero las arañas tienen siete articulaciones por cada pata. La consecuencia de tener un exoesqueleto multiarticulado es que las arañas no tienen el apoyo de los huesos para una flotilla de flexores y extensores. No hay suficiente espacio dentro de sus cuerpos para la fijación, e incluso si lo hubiera, todos esos músculos las harían súper pesadas y torpes. Además, las arañas no tendrían suficiente energía para mantener esos músculos calientes (es duro ser una criatura de «sangre fría») ni suficiente oxígeno para mantener un gran número de músculos.
Entonces, si las arañas pueden flexionar naturalmente sus miembros hacia adentro, ¿cómo empujan sus patas hacia afuera para correr, saltar y moverse sin extensores? La respuesta es la presión hidráulica. El cuerpo de un esqueleto está lleno de un fluido que es como la sangre (aunque algo diferente) llamado hemolinfa. Si recuerdas, las arañas sólo tienen dos partes del cuerpo, la primera es la cabeza y el medio fusionados, llamada cefalotórax (#2 abajo). La otra es su abdomen (#3).
Las ocho patas de la araña están unidas al cefalotórax por una buena razón. El movimiento exterior de cada pata se controla a través del cefalotrox, que regula el movimiento hidráulico y la presión de la hemolinfa. Las arañas no necesitan músculos extensores porque pueden utilizar el movimiento hidráulico de los fluidos para «empujar» sus patas hacia fuera. El cefalotórax actúa como un fuelle lleno de fluido muy afinado que empuja la hemolinfa alrededor del cuerpo de la araña en una fracción de segundo. Los músculos flexores de las patas de la araña quieren contraerse de forma natural, pero la presión hidráulica permite que las patas se muevan hacia fuera y se resistan a esta contracción. ¿Ha visto alguna vez una araña muerta con las ocho patas enroscadas? (sí, lo sé, la mayoría de vosotros os habéis alegrado) Esto se debe a que cuando la araña muere sus patas se contraen de forma natural debido a que los músculos flexores carecen de resistencia hidrostática.
No penséis que porque las arañas no tengan conjuntos de flexores y extensores no pueden moverse de forma eficiente. Como la mayoría de ustedes saben pueden moverse bastante rápido. ¡Se cree que las arañas saltadoras (~1-20 mm de longitud) son capaces de saltar entre 30 y 40 veces su propia longitud!
Una de las razones por las que las arañas son naturalmente asustadizas y temerosas de los humanos (léase depredadores) es porque dependen de la presión hidrostática en su esqueleto. Si se pinchan o pierden una pata, corren el riesgo de perder la presión y desinflarse literalmente. En algunas especies hay controles o válvulas en las patas para evitar la deflación, pero si pierden suficiente hemolinfa no podrían moverse. Su cuerpo principal también es muy vulnerable a los pinchazos e incluso a la muerte.
La otra consecuencia de tener un exoesqueleto (que os encantará a todos los aracnofóbicos) es que las arañas no pueden crecer mucho. En parte es porque la hidráulica de esta naturaleza y sus exoesqueletos afiliados no pueden soportar animales terrestres que sean muy grandes. Echa un vistazo a mi post sobre «Cucarachas asesinas de 50 pies» para saber más.
Las arañas y la biomimética
Como saben los lectores habituales de mi blog, adoro la biomimética, un campo de la ciencia y la ingeniería dedicado a modelar soluciones de la naturaleza. La hidráulica de las arañas está siendo estudiada por los investigadores para ver si pueden crear robots que se muevan como las arañas. Si no has leído mi post sobre biomimetismo e impresoras 3D, échale un vistazo aquí.
Actualmente, los investigadores han creado un pequeño robot, fabricado con una impresora 3D, que utiliza la hidráulica y la neumática para saltar y arrastrarse. Al igual que una araña real, las patas del robot se controlan a través de bombas hidráulicas en el abdomen de la máquina. Antes de que te asustes, piensa en las aplicaciones de una máquina así. Los humanos podrían buscar rápidamente entre los escombros y los desechos de los edificios, enviar a las arañas robot a situaciones de rehenes, explorar desagües y alcantarillas obstruidas, entrar en minas peligrosas o sondear cuevas. El movimiento de las arañas puede parecer espeluznante, pero hay una gran tecnología que puede desarrollarse imitando a las arañas.
Lecciones de Hidráulica de Arañas
Lo impresionante de las arañas, y su movimiento, es que puedes combinar lecciones de biología, anatomía, fisiología, hidráulica y neumática en una actividad de ingeniería para 5-8º grado. He modificado una lección sobre brazos hidráulicos para enseñar sobre las arañas. Puede ser tan sencillo como utilizar jeringuillas, agua, palitos de helado, pegamento caliente, cuentas, manguera de acuario y bridas. Mi sitio favorito fue «Easy Hydraulic Machines» del sitio web Instructables. Tienen instrucciones paso a paso y un PDF descargable.
Para mis clases empecé con una rápida lección sobre la anatomía de las arañas, y luego sobre hidráulica y neumática (usando jeringuillas y mangueras). A continuación, hice que los alumnos trabajaran en grupos y les di material, sin instrucciones de construcción. Les pedí que propusieran un brazo hidráulico, incluyendo los criterios y las limitaciones del proyecto (y sí, esto se ajusta a los Estándares de Ciencias de la Próxima Generación). Tenían que dibujar un diseño, averiguar los materiales, desarrollar un concepto de cómo debería funcionar el brazo y, después de la aprobación, construirlo. Puede llevar dos o tres periodos de clase, dependiendo de si quieres tener retos de «levantamiento».
Aquí tienes un breve vídeo de la web Instructables, que te da algunas ideas:
Lo bueno de este proyecto es que también se puede hacer en casa, para la escuela en casa, o simplemente para divertirse durante las vacaciones. Incluso se pueden comprar kits hidráulicos por internet. La creatividad no tiene fin!
Aunque las arañas pueden considerarse espeluznantes, yo las veo espeluznantes. Nos ofrecen una gran cantidad de información y aprendizaje, desde cómo tejen un material que es más fuerte que el cable de acero, hasta cómo se mueven. Esperemos que ahora tú también sientas un mayor respeto por la humilde araña, y la dejes seguir su camino.