Los animales [VIDEO] han desarrollado todo tipo de adaptaciones para obtener los nutrientes que necesitan. Para los murciélagos que se alimentan de néctar, hocicos largos y lenguas les permiten sumergirse dentro y fuera de las flores mientras revolotean en el aire. Para ayudar a la causa, sus lenguas están cubiertas de pequeños pelos que sirven como cucharas en miniatura para recoger y arrastrar la sabrosa savia.

Ahora los ingenieros del MIT han descubierto que, para los murciélagos y otros alimentadores de néctar de lengua vellosa, la clave para beber eficientemente radica en un delicado equilibrio entre el espaciado de los pelos en la lengua, el grosor del fluido y la "velocidad de retracción" o qué tan rápido un animal lanza su lengua hacia atrás para sorber el néctar.

Cuando los tres parámetros están en equilibrio, una buena cantidad de néctar llega a la boca del animal en lugar de gotear.

Ocurre lo mismo con otros comederos de néctar de lengua peluda, como las abejas melíferas y las zarigüeyas, que los investigadores descubrieron que también exhiben un "arrastre viscoso" óptimo, que se refiere a la cantidad de líquido que las superficies peludas pueden arrastrar desde un baño .

"Hay muchas diferentes técnicas para beber para los animales, y lo que creemos que es normal cuando bebemos es realmente una forma singular de beber", dice Pierre-Thomas, un ex instructor en el Departamento de Matemáticas del MIT. "Esperamos que nuestra teoría explique cuáles son los principales mecanismos de tendencia de este método de beber peludo, y creemos que hemos racionalizado esta peculiar técnica de consumo".

Brun, que ahora es profesor asistente en la Universidad de Princeton, realizó este trabajo actual en el MIT con Alice Nasto, estudiante graduada en el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT, y Anette "Peko" Hosoi, profesora de ingeniería mecánica y decano asociado de ingeniería en MIT. Los investigadores han publicado sus resultados, que se basan en una combinación de modelos matemáticos y experimentos de laboratorio, hoy en la revista Physical Review Fluids.

De castores a murciélagos

Las formas en que el fluido fluye a través de una superficie peluda ha sido un foco de investigación continua en el laboratorio de Hosoi. En 2016, el equipo fabricó láminas de polímero con pequeños pelos de polímero, y estudió cómo estas pieles manufacturadas atrapaban bolsas de aire cuando se sumergían en baños de diversos fluidos. Sus resultados arrojan luz sobre cómo los castores usan pieles similares para mantenerse calientes mientras bucean a través del agua. El trabajo también ha inspirado la idea de pelo trajes de neopreno para mantener covered nadadores seco y cálido.

"Una vez que hicimos estas superficies, pensamos: 'Tenemos este maravilloso sistema en el que podemos hacer experimentos fluídicos: ¿qué más hay que podamos modelar?'", Dice Nasto.

Mientras buscaba su próximo proyecto, Nasto se encontró con un estudio de investigadores de la Universidad Brown que tomó videos de alta velocidad de murciélagos bebiendo néctar de una flor. Después de analizar los videos, descubrieron que, cuando el animal sumergía su lengua dentro y fuera de la flor [VIDEO], diminutos vasos sanguíneos en los pelos de su lengua se hinchaban de sangre, lo que provocaba que los pelos se levantaran y arrastraran aún más néctar desde la flor.

"Su estudio analizó la fisiología de este comportamiento de consumo de alcohol, pero no ahondó demasiado en la mecánica de fluidos de esta colección de néctares", dice Nasto. "Así que pensamos, ahí es donde radica nuestra experiencia, y podríamos tratar de aumentar esta comprensión".

Predicción de goteos desde salsas

Para hacerlo, Nasto y sus colegas llevaron a cabo experimentos para simular la lengua de inmersión de un murciélago. Fabricaron largas tiras de material de polímero con forma de lengüeta, revestidas con pelos pequeños de 3 milímetros de altura, de dimensiones similares a las de los murciélagos reales. Cada tira estaba cubierta con pelos espaciados a varias densidades. Los investigadores sumergieron las tiras en un baño de aceite de silicona, tomando videos de alta velocidad de los experimentos, y luego midieron la cantidad de fluido que se drenó mientras tiraban de la tira hacia arriba.

Desarrollaron un modelo matemático para describir la relación entre las dimensiones de los pelos en una superficie, la velocidad a la que esta superficie se sumerge y sale de un baño, y las propiedades del baño.

Como guía, buscaron la teoría Landau-Levich-Derjaguin, o LLD, una ecuación matemática que se usa comúnmente para caracterizar el recubrimiento por inmersión, y específicamente, el grosor de la película que queda sobre una superficie plana después de haber sido sumergida. un baño líquido Brun desarrolló un nuevo modelo para incluir la influencia de una superficie vellosa, que anticipó que crearía películas mucho más espesas de líquido que una superficie completamente plana.

"Suponemos que la 'lengua' está inicialmente llena de líquido, y modelamos cuánto tiempo le lleva a este líquido caer nuevamente en el baño", explica Brun.

En su nuevo modelo, Brun también incluyó ciertos parámetros, como la altura y el espaciado de los pelos, y luego invirtió la teoría en cierto sentido, para predecir la cantidad de líquido que drenaba de una superficie, en lugar del fluido que permanecía.

El equipo descubrió que el modelo predijo, con una precisión razonable, la cantidad de drenaje de líquido que los investigadores midieron en sus experimentos.

Para probar más el modelo, Nasto diseñó una celda experimental simple, que consta de dos placas de vidrio intercaladas a varias distancias de distancia. El espacio entre las placas es análogo al espacio entre los pelos, y el flujo entre las dos placas es similar al flujo entre dos pelos vecinos. Puso la celda de costado y la llenó de fluido, luego la puso en posición vertical y midió la velocidad a la que el líquido se drenaba. Ella repitió el experimento con células de varios espaciamientos y fluidos de viscosidades variables. Los resultados también coinciden con lo que fue predicho por el nuevo modelo del equipo.

"Los experimentos nos permitieron confiar en que la teoría que se nos ocurrió es una buena manera de entender cómo la velocidad de drenaje se relaciona con el espaciamiento de los pelos", dice Nasto.

Un alto natural

Volviendo su enfoque a la naturaleza, los investigadores buscaron ver si su modelo podía predecir los comportamientos de beber de otros alimentadores de néctar de lengua peluda. Nasto revisó los documentos de fisiología animal y encontró otras dos especies que exhiben conductas similares de consumo de alcohol: abejas melíferas y marsupiales parecidos a ratones llamados zarigüeyas de la miel, que son originarios de Australia.

El equipo compiló datos de estas dos especies, junto con murciélagos, incluyendo las dimensiones de los pelos en sus lenguas, la velocidad a la que se alimentan y el tipo de néctar que prefieren. Ellos conectaron todo esto en su modelo, y encontraron que las tres especies son eficientes en arrastrar el néctar sin permitir que drene mucho.

"Todos se encuentran cerca del óptimo teórico", dice Nasto. "Han evolucionado para ser buenos bebedores. Y si lo piensas bien, los humanos pueden usar herramientas para beber y otros comportamientos. Pero muchos otros animales deben tener sus herramientas integradas en su fisiología".