Un modelo computacional demuestra que los sensores ubicados en las extremidades no responden al paso normal, lo que redefine la comprensión de la percepción sensorial en insectos y su aplicación en robótica
Un grupo de científicos internacionales, bajo la dirección del Dr. Brian Saltin del Bonn Institute of Organismic Biology, realizó un descubrimiento sorprendente sobre las moscas de la fruta. Un modelo computacional desarrollado por el equipo mostró que los sensores ubicados en las patas de estos insectos no se activan durante su caminar cotidiano. Hasta ahora, se pensaba que dichos mecanismos jugaban un papel importante en la percepción sensorial al moverse.
Para alcanzar esta conclusión, los investigadores emplearon simulaciones avanzadas para analizar cómo los diminutos sensores de las moscas responden a diferentes tipos de presión mecánica.
Un avance clave para la biología y la tecnología
El estudio, desarrollado por el equipo de Saltin y publicado en la revista Journal of the Royal Society Interface, explora cómo los insectos, con sistemas nerviosos simples, logran coordinar el movimiento de sus patas. La mosca de la fruta (Drosophila), que a diferencia de la moscas comunes (Musca domestica) son más pequeñas y se ven atraídas por la fruta maduras o en descomposición, son un modelo crucial en este análisis debido a su uso como referente para investigar procesos neurológicos fundamentales.
Además de su importancia biológica, el sistema sensorial de la mosca de la fruta destaca por su simplicidad y eficiencia, convirtiéndose en un modelo valioso para la robótica. En este ámbito, la coordinación de movimientos y la percepción sensorial son retos importantes, y los hallazgos del estudio pueden ayudar a entender los mecanismos básicos que sustentan la biología y la ingeniería de sistemas artificiales.
Un elemento clave de la investigación son los campaniform sensilla, órganos sensoriales situados cerca de las articulaciones de las patas de la mosca de la fruta. Estos sensores microscópicos detectan el estrés mecánico, o las fuerzas que actúan sobre las extremidades durante el movimiento, y son esenciales para la percepción y el control motor en los insectos.
Un enfoque multidisciplinario: métodos de alta precisión
Para entender cómo las moscas de la fruta coordinan el movimiento de sus patas, el equipo utilizó varias técnicas avanzadas. Se usaron cámaras de alta velocidad para registrar en tres dimensiones los movimientos de las extremidades mientras estos insectos se desplazaban, lo que permitió captar con precisión cómo se mueven las patas, mostrando la trayectoria y velocidad de cada segmento.
En colaboración con investigadores en Estados Unidos, se aplicaron métodos de cinemática y dinámica inversa. Estas técnicas matemáticas calculan las fuerzas ejercidas en cada paso a partir de los movimientos observados, siendo esenciales para entender el impacto del caminar sobre los órganos sensoriales.
Además, se utilizó la microscopía electrónica para examinar la estructura interna y externa de los campaniform sensilla a una escala muy pequeña, lo que ayudó a reconstruir detalladamente la geometría de estos sensores. Esta información fue clave para crear un modelo computacional.
Finalmente, al integrar los datos de estas técnicas, se construyó una simulación informática que predice cómo se deforman los sensores cuando la mosca camina. Compararon los niveles de estrés obtenidos en la simulación con datos científicos previos sobre los niveles necesarios para activar las células sensoriales mediante el flujo de iones.
Hallazgos que desafían las expectativas
El estudio liderado por el Dr. Saltin revela que, en las moscas de la fruta, caminar normalmente hacia adelante no genera suficiente estrés para activar los sensores situados en sus muslos. Esto desafía la idea previa de que el simple contacto del pie con el suelo activaría dichos mecanismos.
En cambio, los hallazgos sugieren que estos sensores se activan mediante fuerzas musculares locales y no solo por el caminar.
Aunque las moscas no son tan fuertes como las hormigas, su sistema sensorial está diseñado para detectar estímulos específicos o más intensos que los generados por el caminar cotidiano. Además, el estudio destaca que los insectos tienen muchos órganos sensoriales mecánicos, pero no todos se involucran en cada movimiento.
Lo descubierto sobre la mosca de la fruta es solo una parte de un complejo sistema, y cada nuevo hallazgo abre preguntas sobre la variedad y especialización de estos sensores en los insectos. Esto sugiere que el sistema sensorial de las moscas está adaptado para percibir y responder a un rango diverso de estímulos.
Implicaciones y acceso abierto al modelo
Una de las contribuciones más relevantes del trabajo es la disponibilidad del modelo computacional como recurso de código abierto. “Se ha puesto a disposición como open source, lo que facilita su uso en estudios que involucren a otros animales y nuevas preguntas de investigación”, explicaron los investigadores en el artículo citado por el Journal of the Royal Society Interface.
Esta decisión permite que otros equipos científicos puedan adaptar y aplicar la simulación a diferentes especies o contextos experimentales, acelerando el avance en el estudio de la percepción sensorial y la coordinación motora en animales con sistemas nerviosos simples.
Además, el modelo ofrece una herramienta valiosa para la robótica, donde la emulación de sensores biológicos puede inspirar el diseño de dispositivos más eficientes y adaptativos.
El acceso abierto al modelo también fomenta la colaboración interdisciplinaria, ya que investigadores de áreas como la biología, la ingeniería y la informática pueden contribuir a su mejora y expansión.
De este modo, el trabajo liderado desde el Bonn Institute of Organismic Biology se posiciona como un referente en la integración de métodos experimentales y simulación computacional para el estudio de sistemas biológicos complejos.
Nuevas preguntas y próximos pasos
El hallazgo de que el caminar normal no activa los órganos sensoriales estudiados plantea interrogantes sobre qué tipos de comportamientos o situaciones sí podrían desencadenar la respuesta de estos sensores.
“Tenemos la intención de analizar otros comportamientos o situaciones de movimiento, como caminar boca abajo en el techo, que podrían hacerlo”, adelantó el equipo de investigación en el artículo publicado por el Journal of the Royal Society Interface.
Además, los científicos planean explorar otros sistemas modelo y estudiar la función de órganos sensoriales ubicados en diferentes posiciones, ya que los insectos poseen este tipo de sensores en casi todas las partes de sus patas y cuerpo.
Estas futuras investigaciones podrían arrojar luz sobre la diversidad funcional de los órganos sensoriales y su papel en la adaptación de los insectos a distintos entornos y desafíos mecánicos.
El equipo liderado por el Dr. Brian Saltin continuará colaborando con socios internacionales para ampliar el alcance de sus estudios, con el objetivo de desentrañar los mecanismos que permiten a los insectos percibir y responder a su entorno de manera eficiente.
