Cómo un estudio sobre pájaros carpinteros revela una biomecánica que desafía la lógica
Un equipo internacional de investigadores descifró un mecanismo que, durante décadas, parecía desafiar cualquier explicación fisiológica: la manera en que los pájaros carpinteros golpean la madera miles de veces por día con una violencia extraordinaria sin sufrir consecuencias graves. El hallazgo, publicado en Journal of Experimental Biology, demuestra que estas aves transforman su cuerpo en un dispositivo de impacto perfectamente sincronizado, donde músculos, respiración y postura actúan como un único engranaje.
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La coordinación neuromuscular del movimiento y la respiración forja un mecanismo similar al de un martillo para la perforación del pájaro carpintero
Los comportamientos de perforación y picoteo en los pájaros carpinteros han atraído considerable atención durante mucho tiempo, dada su naturaleza extrema y de alto impacto. Sin embargo, aún se desconoce cómo estas aves integran los sistemas neuromuscular y respiratorio para producir comportamientos de tan alta fuerza y frecuencia. En este estudio, combinamos la electromiografía con mediciones de la presión del saco respiratorio y el flujo de aire de la sirenícula para investigar los mecanismos neuromusculares y ventilatorios del picoteo vigoroso en los pájaros carpinteros vellosos. Descubrimos que ambos tipos de comportamientos de picoteo evaluados involucran músculos esqueléticos de la cabeza, el cuello, las caderas, la cola y el abdomen. Un análisis exhaustivo de la sincronización y la actividad electromiográfica apunta a un modelo de martillo asociado con la perforación, en el que los músculos de la cabeza y el cuello se contraen para crear un brazo de palanca cefalocervical rígido que transfiere eficientemente la energía cinética del pico oscilante a la madera. Además, los flexores de la cadera ayudan a impulsar la protracción de la cabeza y el cuerpo para perforar, mientras que los músculos de la cola presumiblemente ayudan a estabilizar el cuerpo del ave contra el árbol. Los análisis respiratorios muestran que los pájaros carpinteros exhalan activamente con cada golpe de pico en el sustrato, un comportamiento similar al gruñido que los atletas humanos utilizan para estabilizar el tronco y aumentar la fuerza. Estos efectos persisten a altas frecuencias de golpeteo, lo que indica que los individuos toman breves respiraciones entre golpes sucesivos. En conjunto, nuestros resultados resaltan cómo los sistemas motor y respiratorio se utilizan para facilitar la producción de comportamientos extremos, que dependen de especializaciones biomecánicas y capacidades de rendimiento extraordinarias.
[Fuente: Neuromuscular coordination of movement and breathing forges a hammer-like mechanism for woodpecker drilling]
Nicholas D. Antonson, Stephen Ogunbiyi, Margot Champigneulle, Thomas J. Roberts, Franz Goller, Matthew J. Fuxjager
Los pájaros carpinteros gruñen como estrellas del tenis cuando taladran
Para ser pájaros pequeños, los pájaros carpinteros tienen una fuerza impresionante. Al golpear la madera con una fuerza de entre 20 y 30 veces su peso, experimentan desaceleraciones de hasta 400 g; los pilotos de combate se desmayan por encima de los 9 g. Los pájaros carpinteros son un ejemplo de resistencia, gracias a los amortiguadores integrados en sus esqueletos. Pero resistir un impacto requiere mucho más que la simple fuerza ósea. Nicholas Antonson, de la Universidad de Brown, en Estados Unidos, tenía curiosidad por saber si estas aves también tensan sus músculos para soportar el impacto. Y muchas criaturas sincronizan la respiración con sus movimientos; por ejemplo, los tenistas de élite emiten fuertes gruñidos para estabilizar los músculos centrales al golpear la pelota. ¿Podrían los pájaros carpinteros hacer lo mismo? En colaboración con Matthew Fuxjager, Stephen Ogunbiyi, Margot Champigneulle y Thomas Roberts (todos de la Universidad de Brown) y el experto en canto de aves Franz Goller (Universidad de Münster, Alemania), Antonson estudió de cerca cómo los pájaros carpinteros vellosos (Dryobates pubescens) utilizan sus músculos al perforar y picotear los árboles.
Tras capturar con cuidado a ocho pájaros carpinteros vellosos silvestres, Antonson los filmó con vídeo de alta velocidad durante tres días, registrando el momento en que perforaban y picoteaban un trozo de madera dura. Además, el equipo midió las señales eléctricas en los músculos de la cabeza, el cuello, el abdomen, la cola y las patas de las aves para determinar cuándo se contraían al golpear con sus picos. También registraron la presión del aire en una sección de las vías respiratorias de seis aves y la cantidad de aire que dos de ellas exhalaban a través de sus cuerdas vocales, para monitorizar su respiración antes de devolverlas a sus nidos. Tras reunir la información recopilada, el equipo comprendió que los músculos de los pájaros carpinteros eran clave para su extraordinaria habilidad para perforar la madera. Los músculos esenciales para martillar parecen ser el flexor de la cadera y el músculo frontal del cuello, que impulsan a las aves hacia adelante al clavar sus picos en la madera.
«Al mismo tiempo, otros músculos parecen desempeñar funciones de apoyo», explica Antonson, añadiendo que las aves inclinan la cabeza hacia atrás y se apoyan con tres músculos situados en la base del cráneo y la nuca. Además, estabilizan sus cuerpos con los músculos abdominales y se preparan para el impacto flexionando el músculo de la cola antes de usarlo para estabilizar la cadera y anclar el cuerpo contra el árbol en el momento del impacto. En esencia, los pájaros carpinteros vellosos se apoyan en sus cuerpos, convirtiéndose en un martillo para clavar sus picos en la madera. Pero los pájaros carpinteros no solo dan golpes aislados; estas aves modulan la potencia de sus impactos según si taladran con fuerza o golpean suavemente para enviar un mensaje. El equipo comparó la fuerza de las contracciones musculares mientras los pájaros carpinteros picoteaban y descubrió que el músculo flexor de la cadera anterior se contraía con mayor intensidad al taladrar —generando un impacto más fuerte— y disminuía la fuerza al golpear suavemente.
A continuación, el equipo se centró en los patrones respiratorios de los pájaros carpinteros y observó que exhalaban con fuerza, como si gruñeran, en el instante en que el pico golpeaba la madera. «Se sabe que este tipo de patrón respiratorio genera una mayor cocontracción de la musculatura del tronco», afirma Antonson, añadiendo que el gruñido podría aumentar eficazmente la potencia de cada golpe. El equipo también se percató de que las aves sincronizaban perfectamente su respiración con cada impacto, golpeando a un ritmo de hasta 13 golpes por segundo e inhalando brevemente (unos 40 ms) entre cada golpe. Los pájaros carpinteros utilizan todo su cuerpo al taladrar y golpear como si fueran un martillo, desde la punta del pico hasta la cola, pero a diferencia de los tenistas, sus gruñidos quedan ahogados por el tamborileo.
[Fuente: Woodpeckers grunt like tennis stars when drilling
