Desvelan el mecanismo hidrodinámico desarrollado por los primeros vertebrados para colonizar el océano abierto

Según ha informado la institución académica en un comunicado, estos peces «optimizaron» sus caparazones cefálicos para elevarse desde el fondo y moverse de manera eficiente en las aguas oceánicas, con lo que contrarrestaban así su falta de aletas.

Se trata del principal resultado del trabajo que se ha realizado a partir de modelos 3D de fósiles y mediante avanzadas técnicas de velocimetría digital de imágenes de partículas. La colonización del medio pelágico --aguas medias próximas a la superficie oceánica--, por parte de los vertebrados, supuso un «hito» en el establecimiento de los complejos ecosistemas acuáticos.

Aunque esta transición ha estado siempre relacionada con la aparición de aletas y mandíbula durante el proceso evolutivo de los peces, estudios recientes sugieren que los primeros nadadores activos que ocuparon la columna de agua fueron algunos ostracodermos, peces primitivos sin mandíbulas ni más aletas que la caudal, su propia cola. Ahora bien, el mecanismo hidrodinámico que utilizaron dichos agnatos para elevarse desde las zonas bentónicas hasta el medio pelágico permanecía sin aclarar.

El trabajo desvela el mecanismo hidrodinámico que utilizaron los ostracodermos para generar fuerzas de elevación mediante sus grandes caparazones cefálicos y a partir de la generación de vórtices o torbellinos denominados LEVs (Leading Edge Vortices).

Realizado conjuntamente desde la paleobiología y la ingeniería mecánica de fluidos, el estudio utilizó modelos de fósiles de más de 420 millones de años, impresos en 3D. Se sirvió, además, de la tecnología DPIV -Digital Particle Image Velocimetry-, una técnica que permite medir «con precisión» campos de velocidad bidimensional y que se aplicó en un entorno de túneles de agua para estudiar el flujo alrededor de las estructuras corporales de los peces.

«Al tiempo que nadaban, los peces generaban vórtices en los bordes delanteros de sus escudos cefálicos, mediante los cuales estabilizaban su nado y adquirían una capacidad de elevación sorprendente, similar a la producida en las alas delta triangulares que usan algunos de los aviones y vehículos espaciales más modernos», ha explicado Héctor Botella, catedrático de Paleontología, investigador del Institut Cavanilles de Biodiversitat i Biología Evolutiva (ICBiBe) de la UV y coautor del artículo.

Durante las últimas décadas la ciencia ha demostrado que los LEVs representan un mecanismo hidro-aerodinámico explotado universalmente por muchas especies. El presente estudio demuestra que los primeros vertebrados ya explotaron los LEVs hace más de 400 millones de años para suplir la carencia de apéndices móviles y colonizar la columna de agua.

Los resultados de esta investigación abren «nuevas perspectivas» al estudio de la evolución de los primeros vertebrados acuáticos y a su capacidad de adaptación al entorno marino pelágico. El descubrimiento de que los ostracodermos usaban principios similares a los que utilizan las alas delta en aeronáutica subraya la «complejidad y diversidad» de las estrategias evolutivas y puede suponer, según los autores, una fuente de de bio-inspiración para el diseño de vehículos subacuáticos.

Además de la Unidad de Paleobiología del Institut Cavanilles de Biodiversitat i Biología Evolutiva (ICBiBe) de la Universitat de València, han participado en la investigación el departamento de Paleontología de la Universidad de la República (Montevideo, Uruguay) y el de Ingeniería Mecánica de la Universitat Rovira i Virgili (URV, Tarragona).