Revelen el mecanisme hidrodinàmic desenvolupat pels primers vertebrats per a colonitzar l'oceà obert
Alguns ostracoderms –vertebrats primitius sense aletes ni mandíbules– van colonitzar el mitjà pelàgic marí fa més de 400 milions d'anys. Aquests peixos van optimitzar les seues closques cefàliques per a elevar-se des del fons i moure's de manera eficient en les aigües oceàniques, contrarestant així la seua falta d'aletes. Es tracta del principal resultat d'un estudi que colidera un equip de l’Institut Cavanilles de la Universitat de València i que acaba de publicar la revista Nature Communications Biology. El treball s'ha realitzat a partir de models 3D de fòssils i mitjançant avançades tècniques de velocimetria digital d'imatges de partícules.
La colonització del mitjà pelàgic –aigües mitjanes pròximes a la superfície oceànica–, per part dels vertebrats, va suposar una fita en l'establiment dels complexos ecosistemes aquàtics. Encara que aquesta transició ha estat sempre relacionada amb l'aparició d'aletes i mandíbula durant el procés evolutiu dels peixos, estudis recents suggereixen que els primers nadadors actius que van ocupar la columna d'aigua van ser alguns ostracoderms, peixos primitius sense mandíbules ni més aletes que la cabal, la seua pròpia cua. Ara bé, el mecanisme hidrodinàmic que van utilitzar aquests àgnats per a elevar-se des de les zones bentòniques fins al mitjà pelàgic romania sense aclarir.
El treball que ara publica Nature Communications Biology revela el mecanisme hidrodinàmic que van utilitzar els ostracoderms per a generar forces d'elevació mitjançant les seues grans closques cefàliques i a partir de la generació de vòrtexs o remolins denominats Levs (Leading Edge Vortices). Realitzat conjuntament des de la paleobiologia i l'enginyeria mecànica de fluids, l'estudi va utilitzar models de fòssils de més de 420 milions d'anys, impresos en 3D. Es va servir, a més, de la tecnologia DPIV –Digital Particle Image Velocimetry-, una tècnica que permet mesurar amb precisió camps de velocitat bidimensional i que es va aplicar en un entorn de túnels d'aigua per a estudiar el flux al voltant de les estructures corporals dels peixos.
“Alhora que nadaven, els peixos generaven vòrtexs en les vores davanteres dels seus escuts cefàlics, mitjançant els quals estabilitzaven la seua nadada i adquirien una capacitat d'elevació sorprenent, similar a la produïda en les ales delta triangulars que usen alguns dels avions i vehicles espacials més moderns”, comenta Héctor Botella, catedràtic de Paleontologia, investigador de l’Institut Cavanilles de Biodiversitat i Biologia Evolutiva (ICBiBe) de la Universitat de València (UV) i coautor de l'article.
Durant les últimes dècades la ciència ha demostrat que els Levs representen un mecanisme hidro-aerodinàmic explotat universalment per moltes espècies. El present estudi demostra que els primers vertebrats ja van explotar els Levs fa més de 400 milions d'anys per a suplir la manca d'apèndixs mòbils i colonitzar la columna d'aigua.
Els resultats d'aquesta investigació obrin noves perspectives a l'estudi de l'evolució dels primers vertebrats aquàtics i a la seua capacitat d'adaptació a l'entorn marí pelàgic. El descobriment que els ostracoderms usaven principis similars als que utilitzen les ales delta en aeronàutica subratlla la complexitat i diversitat de les estratègies evolutives i pot suposar, segons els autors, una font de de bio-inspiració per al disseny de vehicles subaquàtics.
A més de la Unitat de Paleobiologia de l’Institut Cavanilles de Biodiversitat i Biologia Evolutiva (ICBiBe) de la Universitat de València, han participat en la investigació el departament de Paleontologia de la Universitat de la República (Montevideo, l'Uruguai) i el departament d'Enginyeria Mecànica de la Universitat Rovira i Virgili (URV, Tarragona).