Las serpientes pueden arrastrarse en línea recta.
El biólogo de la Universidad de Cincinnati Bruce Jayne estudió la mecánica del movimiento de las serpientes para entender exactamente cómo pueden impulsarse hacia delante como un tren a través de un túnel.
«Es una forma muy buena de moverse en espacios reducidos», dijo Jayne. «Muchas serpientes de cuerpo pesado utilizan esta locomoción: víboras, boas constrictoras, anacondas y pitones»
Su estudio titulado «Arrastrarse sin menearse» se publicó en diciembre en la revista Journal of Experimental Biology.
Las serpientes suelen nadar, trepar o arrastrarse doblando su columna vertebral en bobinas serpenteantes o utilizando los bordes de ataque para empujar objetos. Un ejemplo extremo de su diversidad de movimientos da nombre a la serpiente de cascabel sidewinder.
Jayne, profesor de ciencias biológicas en el McMicken College of Arts de la UC & Ciencias, ya ha desentrañado la mecánica de tres tipos de locomoción de las serpientes llamadas concertina, serpentina y sidewinding. Pero el movimiento directo de las serpientes, llamado «locomoción rectilínea», ha recibido menos atención, dijo.
Esta coordinación de la actividad muscular y el movimiento de la piel fue examinada por primera vez en 1950 por el biólogo H.W. Lissmann. Él planteó la hipótesis de que los músculos de la serpiente, combinados con la piel suelta, flexible y blanda de su vientre, le permitían desplazarse hacia delante sin doblar la columna vertebral.
«Han pasado casi 70 años sin que se entienda bien ese tipo de locomoción», dijo Jayne.
Jayne y su estudiante de posgrado y coautor, Steven Newman, pusieron a prueba la hipótesis de Lissmann utilizando equipos que no estaban al alcance de los investigadores en la década de 1950. Jayne utilizó cámaras digitales de alta definición para filmar a las boas constrictoras mientras registraba los impulsos eléctricos generados por determinados músculos. Esto produjo un electromiograma (similar a un electrocardiograma) que mostraba la coordinación entre los músculos, la piel de la serpiente y su cuerpo.
Para el estudio, Newman y Jayne utilizaron boas constrictoras, serpientes de gran cuerpo conocidas por viajar en línea recta sobre el suelo del bosque. Grabaron un vídeo de alta definición de las serpientes moviéndose por una superficie horizontal con marcas de referencia. Los investigadores también añadieron puntos de referencia a los lados de las serpientes para seguir el sutil movimiento de su piel escamosa.
Los músculos de la serpiente se activan secuencialmente desde la cabeza hacia la cola de una manera notablemente fluida y sin fisuras. Dos de los músculos clave responsables de esto se extienden desde las costillas (costo) hasta la piel (cutáneo) dándoles su nombre costocutáneo.
«La columna vertebral se mueve hacia adelante a un ritmo constante», dijo Newman. «Un conjunto de músculos tira de la piel hacia delante y luego se ancla en su sitio. Y los músculos antagónicos opuestos tiran de la columna vertebral»
La ventaja de este tipo de movimiento es obvia para un depredador que come roedores y otros animales que pasan el tiempo bajo tierra.
«Las serpientes evolucionaron a partir de ancestros excavadores. Pueden caber en agujeros o túneles mucho más estrechos moviéndose de esta manera que si tuvieran que doblar el cuerpo y empujar contra algo», dijo Newman.
El estudio fue apoyado en parte por una subvención de la Fundación Nacional de Ciencias.
Jayne dijo que la descripción de Lissmann de 1950 era en gran parte correcta.
«Pero él planteó la hipótesis de que el músculo que acorta la piel era el mecanismo que impulsa a una serpiente hacia adelante. Se equivocó en eso», dijo Jayne. «Pero dado el tiempo en que realizó el estudio, me maravilla cómo fue capaz de hacerlo. Siento una enorme admiración por sus conocimientos».
La industria ha intentado imitar los movimientos serpenteantes y sin extremidades de las serpientes en los robots que pueden inspeccionar tuberías y otros equipos submarinos. Newman dijo que los robots que pueden aprovechar el movimiento rectilíneo de una serpiente podrían tener profundas aplicaciones.
«Esta investigación podría informar a la robótica. Sería una gran ventaja poder moverse en línea recta en espacios pequeños y reducidos. Podrían utilizar robots con forma de serpiente para la búsqueda y el rescate en escombros y edificios derrumbados», dijo Newman.
La locomoción rectilínea es de baja velocidad para las serpientes que, de otro modo, pueden convocar una velocidad sorprendente. Sólo la utilizan cuando están relajadas. Los investigadores observaron que las serpientes volvían a los movimientos tradicionales de concertina y serpentina cuando se las sobresaltaba o se las empujaba a moverse.
Avida ciclista, Jayne ha estudiado la fisiología y la biomecánica del ciclismo en un laboratorio de Rieveschl. Tiene estudios en curso sobre la aptitud cardiovascular de los ciclistas. Mide su consumo de oxígeno en un minuto por kilogramo de peso corporal para saber más sobre cómo los ciclistas pueden aumentar la capacidad de sus músculos para quemar lactasa.
Pero lo que más le ha fascinado siempre son las serpientes. Su trabajo se ha publicado en más de 70 artículos de revistas, la mayoría de ellos examinando algún aspecto del comportamiento o la biología de las serpientes. Más recientemente, Jayne ha estudiado la locomoción de las serpientes, en particular la asombrosa capacidad de algunas para trepar a los árboles.
Jayne enseña zoología de vertebrados y fisiología humana y biomecánica en la UC.
El interés de toda la vida de Jayne por las serpientes ha proporcionado a la ciencia una aguda visión de muchos comportamientos no documentados anteriormente. Estudió las serpientes que comen cangrejos en Malasia y está probando la agudeza de la visión de las serpientes en su propio laboratorio óptico improvisado en la UC.
Poniendo a prueba los límites de su movilidad, Jayne puede aprender más sobre los complejos controles motores de las serpientes. Esto puede arrojar luz sobre cómo los humanos pueden ejecutar movimientos coordinados.
«Lo que les permite ir en todas estas direcciones diferentes y lidiar con toda esa complejidad tridimensional es que tienen una diversidad o plasticidad de control neural de los músculos», dijo Jayne. «Incluso si el animal tuviera la fuerza física para hacer algo, no tendría necesariamente el control neural».
Jayne quiere aprender más sobre cómo este refinado control motor contribuye a las asombrosas contorsiones de una serpiente.
«Se mueven de tantas formas fascinantes. Se debe a que tienen una increíble diversidad de patrones motores que el sistema nervioso puede generar?»
«Aunque todas las serpientes tienen el mismo plan corporal, hay serpientes totalmente acuáticas, serpientes que se mueven en superficies planas, serpientes que se mueven en un plano horizontal, serpientes que trepan. Van a todas partes», dijo. «Y la razón por la que pueden ir a todas partes es que tienen muchas formas diferentes de controlar sus músculos. Eso es bastante intrigante»
Cuatro tipos de movimiento de las serpientes:
Serpentino: También llamado ondulación lateral, es el típico movimiento de lado a lado que utilizan las serpientes sobre el terreno áspero o en el agua.
Concertina: Las serpientes se enrollan en curvas alternas antes de enderezarse para impulsarse hacia adelante.
Enrollamiento lateral: Las serpientes se doblan en ondas tanto de lado a lado como en un plano vertical para levantar el cuerpo y formar sólo unos puntos de contacto con el suelo. Esto ayuda a las serpientes de cascabel a atravesar la arena caliente o trepar por las dunas.
Rectilínea: Unos músculos especializados mueven la piel del vientre de la serpiente, impulsándola hacia delante en línea recta. Esto permite a las serpientes deslizarse por madrigueras no mucho más grandes que ellas.