Hasta donde sabemos, el engranaje mecánico (dientes de tamaño uniforme cortados en dos superficies giratorias diferentes para bloquearlos a medida que giran) fue inventado en algún momento alrededor del 300 a. C. por mecánicos griegos que vivían en Alejandría. En los siglos posteriores, el concepto simple se ha convertido en una piedra angular de la tecnología moderna, permitiendo todo tipo de maquinaria y vehículos, incluidos automóviles y bicicletas.
Sin embargo, resulta que un insecto saltador de tres milímetros de largo conocido como Issus coleoptratus nos ganó en esta invención. Malcolm Burrows y Gregory Sutton, un par de biólogos de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido, descubrieron que los juveniles de la especie tienen un intrincado sistema de engranajes que bloquea sus patas traseras, permitiendo que ambos apéndices roten en el mismo instante exacto, causando que pequeñas criaturas saltan hacia adelante.
Issus coleoptratus
Los engranajes se encuentran en el segmento superior de cada una de las patas traseras del insecto.
Se cree que el hallazgo, que se publicó hoy en Science, es el primer sistema de engranaje funcional jamás descubierto en la naturaleza. Los insectos del género Issus, comúnmente llamados "saltamontes", se encuentran en toda Europa y el norte de África. Burrows y Sutton usaron microscopios electrónicos y captura de video de alta velocidad para descubrir la existencia del engranaje y descubrir su función exacta.
La razón del engranaje, dicen, es la coordinación: para saltar, las dos patas traseras del insecto deben empujar hacia adelante al mismo tiempo. Debido a que ambos se balancean lateralmente, si uno se extendiera una fracción de segundo antes que el otro, empujaría al insecto fuera de curso hacia la derecha o hacia la izquierda, en lugar de saltar hacia adelante.
El engranaje es una solución elegante. Los videos de alta velocidad de los investigadores mostraron que las criaturas, que saltan a velocidades de hasta 8.7 millas por hora, levantaron las patas traseras en una posición de salto, luego empujaron hacia adelante, cada una moviéndose dentro de 30 microsegundos (eso es 30 millonésimas de segundo ) del otro.
Los engranajes finamente dentados en sus patas permiten que esto suceda. "En Issus, el esqueleto se usa para resolver un problema complejo que el cerebro y el sistema nervioso no pueden", dijo Burrows en un comunicado de prensa.
Los engranajes se encuentran en la parte superior de las patas traseras de los insectos (en segmentos conocidos como trochantera) e incluyen de 10 a 12 dientes cónicos, cada uno de unos 80 micrómetros de ancho (o 80 millonésimas de metro). En todas las tolvas Issus estudiadas, el mismo número de dientes estaba presente en cada pata trasera, y los engranajes se unían perfectamente. Los dientes incluso tienen curvas redondeadas en la base, un diseño incorporado en engranajes mecánicos artificiales porque reduce el desgaste con el tiempo.
Para confirmar que los engranajes realizaron esta función, los investigadores realizaron un truco limpio (aunque mórbido) con algunos Issus muertos. Levantaron manualmente las piernas hacia atrás en una posición de salto, luego estimularon eléctricamente el músculo principal de salto en una pierna para que la pierna se extendiera. Debido a que estaba rotativamente bloqueado por los engranajes, la otra pierna no estimulada también se movió, y el insecto muerto saltó hacia adelante.
El misterio principal es el hecho de que los adultos de la misma especie de insecto no tienen ningún engranaje: a medida que los juveniles crecen y su piel se muda, no pueden volver a crecer estos dientes de engranaje, y las piernas adultas se sincronizan por un mecanismo alternativo ( una serie de protuberancias se extienden desde ambas patas traseras y empujan la otra pierna a la acción).
Burrows y Sutton plantean la hipótesis de que esto podría explicarse por la fragilidad del engranaje: si un diente se rompe, limita la efectividad del diseño. Este no es un problema tan grande para los juveniles, que mudan y desarrollan nuevos engranajes antes de la edad adulta, pero para el Issus maduro, sería imposible reemplazar los dientes, de ahí la disposición alternativa.
Anteriormente se han encontrado estructuras con forma de engranaje en otros animales (como la tortuga espinosa o el insecto de la rueda), pero son puramente ornamentales. Este parece ser el primer diseño natural que funciona mecánicamente como nuestros sistemas de engranajes.
"Por lo general, pensamos en los engranajes como algo que vemos en la maquinaria diseñada por humanos, pero descubrimos que eso es solo porque no buscamos lo suficiente", dijo Sutton. “Estos engranajes no están diseñados; están evolucionados, lo que representa maquinaria de alta velocidad y precisión desarrollada para la sincronización en el mundo animal ".
