LOCOMOCION Y MOVIMIENTO

Fisiología animal

Raúl Herrera Fragoso

Locomoción

Desde el punto de vista termodinámico, la locomoción corresponde a un flujo de masa de un lugar a otro. Lo mismo que otros sistemas de flujo, el movimiento se optimiza de suerte tal, que la masa del animal se mueve a la mayor distancia posible con el mínimo gasto energético.

Los animales recurren a formas de locomoción diversas según el propósito, pero el uso eficiente de la energía resulta capital a lo largo de toda su vida.

La fuerza generada por los músculos de los animales al correr, volar o nadar se ajusta, con escasas variaciones, a unos 60 newton por kilogramo.

EL VUELOCorresponde a un ritmo optimizado en el que el trabajo realizado para recobrar altura se armoniza con el trabajo necesario para hacer avanzar el cuerpo en dirección horizontal.

Esquema de la trayectoria periódica de un animal volador

Durante el vuelo se deben afrontar 2 gastos energéticos:

• La perdida vertical

• La perdida horizontal

Conforme aumenta la velocidad de vuelo, decrece la pérdida vertical y aumenta la horizontal.

El equilibrio se alcanza batiendo las alas de modo que la velocidad de vuelo sea la adecuada

La fuerza neta que genera un animal para moverse a su velocidad óptima es un múltiplo —típicamente el doble— de su masa.

Aparición de alas: Insectos

Expansiones dorso-laterales.

Pliegues aplanados de la parte lateral.

No tienes relación con las patas.

Músculos de la pared corporal proporcionan la fuerza para el vuelo.

Tipos de musculaturaSincrónico o directo

Ascenso: Contracciones de músculos internos estirando de una estructura a modo de palanca que se encuentran en su base

Después unos músculos más gruesos externos se contraen para descender los extremos de las palancas y proporcionando la fuerza de descenso de las alas.

Tipos de musculaturaAsincrónico o indirecto

Músculos asincrónico o indirecto se realiza sobre el esqueleto torácico, gruesos músculos torácicos verticales y longitudinales se contraen alternativamente para deformar el tórax y mover indirectamente las alas, estos músculos posen propiedades únicas en cuanto a rapidez de oscilación.

Aves El centro de gravedad cerca de los pares de extremidades,

y el apoyo es principalmente con las patas traseras.

Las alas son modificaciones de sus extremidades las cuales son expansiones de tejido desarrolladas a partir del miembro anterior y agitado por los músculos modificados de este apéndice.

Los músculos en las aves son de gran importancia ya que sostienen y unen la mayoría de los huesos, y así estos se pueden ver reducidos para que el ave tenga menos peso y pueda volar

El plumaje es una adaptación directa protección y de vuelo

El dominio del aire progresando probablemente desde los simples saltos hasta los planeamientos ayudados por la gravedad, hasta los planeamientos más poderosos y así, finalmente, hasta llegar a un vuelo controlado.

Extrínsecos (se originan fuera de la parte sobre la cual actúan)

Pectoralis

25% de la masa del cuerpo

empuja el ala hacia abajo y hacia arriba

Supracoracoides

eleva el ala

Intrínsecos (se originan en la parte sobre la cual actúan)

Musculatura de las alas reducida

Murciélagos

Características

Su cuello es corto

su pecho es grande y fuerte

y su abdomen es angosto

Las alas están formadas por una superficie ancha y delgada, a la que se le conoce como superficie de sustentación en términos aerodinámicos.

Un murciélago posee grandes y fuertes músculos en su pecho y espalda. Estos músculos crean poderosos aleteos que hacen el vuelo posible. Algunos de estos músculos suben las alas mientras que otros las bajan.

Las alas no son planas, tienen una curvatura similar a una gota alargada, cóncava en la parte inferior, convexa en la superior, con una parte afilada en la parte anterior formada de piel con plumas, muy elástica y resistente llamada patagio.

La forma peculiar del ala permite oponer menor resistencia al medio ambiente aéreo, provocando que durante el paso del aire se genere una diferencia de velocidades entre las dos caras del ala, siendo más rápida en la parte superior al recorrer más distancia;

Puesto que el aire en la parte inferior corre más lento y queda atrapado por la forma ligeramente cóncava, se produce una fuerza ascendente en el ala, que es suficiente para elevar al animal venciendo la fuerza de la gravedad.

Para lograr el despegue, el ave impulsa el ala hacia abajo a través de los músculos pectorales (pectoralis).

Para adquirir la fuerza necesaria para elevarse desde el suelo, las aves suelen aletear fuertemente en arcos grandes, generalmente con un ángulo de ataque muy grande. Mientras más grande es el ave es mayor el esfuerzo que necesita para despegar

La carrera

Si se considera la carrera de la misma manera que el vuelo es decir, como un movimiento intermitente optimizado en el campo gravitatorio terrestre, la fuerza promedio que se ejerce en una zancada o en un batido de alas debería ser el doble de su peso.

La nataciónLa velocidad depende de la talla y la temperatura ambiental; siendo la velocidad máxima alrededor de 2-3 veces la longitud del pez/segundo

Natación por ondulaciones del cuerpo

Presente en los organismos que poseen esqueleto interno (peces).

Anguiliforme

Movimiento de la aleta caudal

Carangidae y Scombridae

Ostraciforme

• Movimiento de aletas

Tetrodontidae, Balistidae y Didontiforme

Rajidae y Gimnotiforme

Labriforme

Musculatura

Músculo miotomal

Formado por paquetes e músculos denominados miotomos.

Rapidez

Músculo rojo

Ubicado en la línea latera del cuerpo

Resistencia

Natación por propulsión Movimiento de avance o retroceso por la

reacción ante la expulsión rápida de chorros de agua. Cavidad paleal

Músculos radiales

y circulares.

Movimiento por reptación Los poseen los moluscos y los animales de cuerpo blando

que carecen de esqueleto interno o externo. Podios

Espinas ambulacrales

Caracoles, babosas, quitones y monoplacóforos. Pie en forma de suela reptante, ventral y aplanada.

Gasterópodos Músculos retractores del pie, lo unen a la concha , actúan de

manera coordinada para para elevar y bajar la suela del pie.

Costo energético

El peso de los animales nadadores es totalmente compatible con el medio, mientras que los animales que corren y vuelan deben soportar el peso total de sus cuerpos.

Los animales terrestres tiene un soporte sólido, pero el animal volador debe apoyar su peso en contra de un fluido de baja densidad y baja viscosidad.

Los animales acuáticos al nadar se encuentra con la resistencia de un medio de alta viscosidad y densidad por lo contrario los animales que correr y vuelan tienen la ventaja de moverse en un medio de baja viscosidad y baja densidad.

Comparación de los costos de energía

Variables que deben ser tomadas en consideración

La cantidad de combustible que un animal utiliza en el movimiento

Tamaño del animal y peso, está relacionada a la masa muscular

La distancia a la que un animal se mueve influye en el costo energético.

La velocidad a la que el animal se mueve también pueden ser considerados.

¿Cual es la base más adecuada para la comparación?

Se utilizar la cantidad de combustible (expresado en calorías) que se necesita para transportar una unidad de cuerpo peso (en gramos) en una unidad de distancia (1 kilómetro)

Natación

Para desplazarse el animal se debe suministrar una fuerza que es igual a la resistencia

El arrastre de los animales acuáticos es una función compleja de forma, tamaño y velocidad.

El tamaño del animal - área en contacto con el agua

Flujo en la capa límite es laminar o turbulento

Recordemos…Número de Reynolds

Cuando el numero de Reynolds es alto: el arrastre es aproximadamente proporcional al cuadrado de la velocidad

Cuando el número de Reynolds muy bajo: el arrastre se convierte principalmente en una función de la viscosidad y es directamente proporcional a la velocidad.

Volar El medio de los animales voladores es mucho menos denso y

viscoso, deben soportar el peso de sus cuerpos y superar la fricción

Fricción arrastre es causada por la viscosidad del aire en la capa límite y depende de la velocidad de deformación.

La resistencia inducida representa la fuerza necesaria para apoyar el cuerpo en el aire

La resistencia total es una función compleja la densidad del aire y la viscosidad, y está relacionada a la zona, la forma y velocidad del vuelo de los animales.

Correr Costo energético: se puede dividir en dos categorías

La energía disipada debido a las resistencias de fricción y viscosas en las articulaciones y músculos

La energía utilizada en las aceleraciones continuas y reducción de la velocidad de la masa del cuerpo y de las extremidades

Costos energéticos de la locomoción en el hombre - formas del cuerpo y tamaños. Correr cuesta mucho, requiere energía adicional.

Un cuerpo que se ha movido hacia arriba ha logrado energía potencial, que es el producto de su peso y la distancia vertical a través del cual se traslada.

El costo energético de animales de 1 gramo de movimiento en más de 1 kilómetro, se registra en el peso corporal

El costo de locomoción por unidad de peso, es menor para los animales más grandes

Los animales que corren necesitan del costo neto para poder hacerlo

En animales voladores, el costo total en la velocidad es más económica

Volar es una medida más barato para desplazarse hasta un punto distante de lo que es correr.

El costo de la energía de la natación es menor