Los flamencos de pie serenamente en un lago alcalino poco profundo con cabezas sumergidas pueden parecer alimentándose plácidamente, pero hay muchas cosas debajo de la superficie.
A través de los estudios de flamencos chilenos en el zoológico de Nashville y el análisis de modelos impresos en 3D de sus pies y facturas en forma de L, los investigadores han documentado cómo las aves usan sus pies, cabezas y picos para crear una tormenta de tornados arremolinadores o vórtices, en el agua para concentrarse eficientemente y slurp en su prey.
«Los flamencos son en realidad depredadores, buscan activamente animales que se muevan en el agua, y el problema que enfrentan es cómo concentrar estos animales, para unirlos y alimentarse», dijo el Victor Ortega Jiménez, profesor asistente de biología integradora en la Universidad de California, Berkeley, que se especializa en biomecánica. «Piense en las arañas, que producen redes para atrapar insectos. Los flamencos están usando vórtices para atrapar animales, como los camarones de salmuera».
Ortega Jiménez y colaboradores en el Instituto de Tecnología de Georgia en Atlanta; Universidad Estatal de Kennesaw en Marietta, Georgia (Ksu-Marietta); y el zoológico de Nashville publicará sus hallazgos esta semana en el diario Actas de la Academia Nacional de Ciencias.
Los investigadores descubrieron que los flamencos usan sus pies coladas en ellas para producir el sedimento inferior y impulsarlo hacia adelante en espirales que las aves se tiran a la superficie sacudiendo sus cabezas hacia arriba como los colgadores, creando mini tornados. Todo el tiempo, las cabezas de los pájaros permanecen al revés dentro del vórtice acuático, sus picos angulados parlotean para crear vórtices más pequeños que dirigen el sedimento y la comida a sus bocas, donde se tensa.
El pico de un flamenco es único al ser aplanado en la parte delantera angulada, de modo que cuando la cabeza del pájaro está al revés en el agua, la porción plana es paralela a la parte inferior. Esto permite que el flamenco emplee otra técnica llamada skimming. Esto implica el uso de su cuello largo en forma de S para empujar su cabeza hacia adelante mientras aplaude rápidamente su pico, creando vórtices en forma de lámina, vortices von Kármán, que atrapan presas.
Este conjunto de comportamientos de alimentación activos cree la reputación del flamenco como alimentador de filtro pasivo, dijo Ortega Jiménez.
«Parece que están filtrando solo partículas pasivas, pero no, estos animales en realidad están tomando animales que se están moviendo», dijo.
Los principios que descubrió podrían usarse para diseñar mejores sistemas para concentrar y chupar pequeñas partículas, como los microplásticos, del agua; mejores filtros de autolimpieza, basados en charlas; O robots que, como los flamencos, pueden caminar y correr en el barro.
Charla
Ortega Jiménez, originaria de Puebla, México, quedó fascinada con el comportamiento de alimentación de los flamencos durante una visita al zoológico de Atlanta con su esposa e hija ante la pandemia Covid-19. Al filmar el comportamiento de alimentación de las aves, observó solo ondas en la superficie.
«No sabemos nada sobre lo que está sucediendo dentro. Esa fue mi pregunta», dijo.
En ese momento, un becario postdoctoral en la Universidad Estatal de Kennesaw en Georgia, Ortega Jiménez se centró en la alimentación de flamencos como su próximo proyecto de investigación. Se ve a sí mismo, dijo, como un naturalista darwiniano moderno, que investiga el comportamiento de los animales de todo tipo, desde nematodos y moscas hasta colas de primavera y aves, enfocándose en cómo los animales interactúan y manipulan sus alrededores, incluidos el aire, el agua y los campos electromagnéticos.
Desde el estado de Kennesaw se mudó al Instituto de Tecnología de Georgia para trabajar en el laboratorio de Saad Bhamla, donde colaboró con los ingenieros, y obtuvieron acceso a flamencos chilenos en el zoológico de Nashville. El equipo los filmó alimentándose en una bandeja grande, usando un láser para iluminar burbujas de gas en el agua para ver los vórtices creados por las cabezas y los picos de los animales.
Después de mudarse a la Universidad de Maine en Orono como profesora asistente, Ortega Jiménez refinó los modelos impresos en 3D de un pico y un pie de flamenco para estudiar con mayor precisión el movimiento del agua y las partículas durante el pico del pico, o «charla», que las aves usan al comer.
En 2024, se mudó nuevamente, a UC Berkeley, donde realizó experimentos para ver cuán efectivos fueron los charlatanes y los pisotones para capturar camarones de salmuera viva. El nuevo artículo resume todo este trabajo de colaboración.
En UC Berkeley, adjuntó un verdadero pico de flamenco a un actuador para simular la charla y agregó una pequeña bomba en la boca para simular la lengua y absorber los camarones de salmuera capturados por la boca. Con esta configuración, pudo establecer que la charla es clave para la alimentación del flamenco.
«La charla en realidad está aumentando siete veces el número de camarones de salmuera que pasan por el tubo», dijo. «Por lo tanto, está claro que la charla está mejorando el número de personas que son capturadas por el pico».
Pisotear bailando
El comportamiento de alimentación comienza con los pies, dijo Ortega Jiménez. Si miras un flamenco en aguas muy poco profundas, a menudo puedes ver su comportamiento de baile de baile o circular.
Los pies son webbados, pero como con muchas aves vadear, son flexibles, de modo que cuando el pájaro levanta un pie, la cinta se derrumba y sale de la parte inferior sin la succión que dificulta a los humanos caminar en el barro. Al caminar o correr, los flamencos parecen deslizar sus pies hacia el agua en lugar de pisotear, una técnica que podría ayudar a los robots a caminar en agua o barro.
Ortega Jiménez creó modelos de pies flamencos rígidos y flexibles para comparar cómo los dos diseños afectan el flujo de fluidos, y descubrió que los pies de disquete son mucho más efectivos para empujar vórtices de sedimentos frente a cada paso. La cinta rígida produce principalmente turbulencia.
Creando un modelo 3D del pico en forma de L, pudo demostrar que tirar de la cabeza hacia arriba en el agua crea un vórtice girando alrededor de un eje vertical, nuevamente concentrando partículas de alimentos. Medió la velocidad de la cabeza a aproximadamente 40 centímetros por segundo (1.3 pies por segundo). Los pequeños tornados eran lo suficientemente fuertes como para atrapar incluso invertebrados ágiles, como camarones de salmuera y los crustáceos microscópicos llamados copépodos.
La charla también crea vórtices alrededor del pico. En este caso, el flamenco mantiene su pico superior estacionario, aunque es capaz de un movimiento independiente y mueve solo el pico inferior, aproximadamente 12 veces por segundo durante la charla, descubrió Ortega Jiménez.
Tien Yee, coautor del periódico y profesor de Ksu-Marrieta, empleó dinámica de fluidos computacionales para simular en una computadora el flujo 3D alrededor del pico y los pies. Confirmó que los vórtices concentran partículas, similares a los experimentos que usan una cabeza impresa en 3D en un canal con camarones de salmuera de natación activamente y huevos de camarones de salmuera pasivamente flotantes.
«Observamos cuando colocamos un modelo impreso en 3D en un canal para imitar lo que llamamos descascaramiento, están produciendo vórtices simétricos a los lados del pico que recirculan las partículas en el agua para que realmente se metan en el pico», dijo Ortega Jiménez. «Es este truco de la dinámica de fluidos».
Sus próximos proyectos son determinar el papel de la lengua de pistón del flamenco y cómo los bordes de peine del pico se presionan de agua salada y a veces tóxica.
«Los flamencos son animales súper especializados para la alimentación de filtros», dijo. «No es solo la cabeza, sino el cuello, sus piernas, sus pies y todos los comportamientos que usan solo para capturar efectivamente estos pequeños y ágiles organismos».
Además de Yee, otros coautores del periódico son el compañero postdoctoral Pankaj Rohilla, el estudiante graduado Benjamin Seleb y el profesor Saad Bhamla de Georgia Tech; y Jake Belair del zoológico de Nashville en Tennessee. El trabajo fue apoyado por subvenciones de la National Science Foundation (Carrera de NSF IOS-1941933), y el Proyecto de Filantropía Abierta a Bhamla, y de la Universidad de Maine y UC Berkeley a Ortega Jiménez.
