Muchas plumas de aves son notablemente buenas para arrojar agua, tanto que “como el agua en la espalda de un pato” es una frase común. Mucho más inusuales son las plumas del vientre de la ganga de arena, en particular de la ganga de Namaqua, que absorben y retienen agua con tanta eficacia que los machos pueden volar más de 20 kilómetros desde un abrevadero distante hasta el nido y retienen suficiente agua en sus plumas para que los polluelos bebe y come en los abrasadores desiertos de Namibia, Botswana y Sudáfrica.

¿Cómo funcionan estas plumas? Si bien los científicos habían deducido una imagen aproximada, se necesitaron las últimas herramientas de microscopía y un trabajo paciente con una colección de plumas de ganga para desbloquear los detalles estructurales únicos que permiten que las plumas retengan agua. Los resultados aparecen hoy en el Revista de interfaz de la Royal Societyen un papel por Lorna Gibson, profesora Matoula S. Salapatas de ciencia e ingeniería de materiales y profesora de ingeniería mecánica en el MIT, y el profesor Jochen Mueller de la Universidad Johns Hopkins.

La capacidad única de transportar agua de las plumas de ganga fue reportada por primera vez en 1896, dice Gibson, por EGB Meade-Waldo, quien crió las aves en cautiverio. “Él los vio comportarse así, ¡y nadie le creyó! Quiero decir, sonaba tan raro”, dice Gibson.

En 1967, Tom Cade y Gordon MacLean informaron de avistamientos detallados de aves en pozos de agua, en un estudio que demostró que el comportamiento único era real. Los científicos han descubierto que las plumas de ganga macho pueden contener alrededor de 25 mililitros de agua, o alrededor de una décima parte de una taza, después de que el pájaro pasa unos cinco minutos sumergido en agua y esponjando sus plumas.

Aproximadamente la mitad de esta cantidad puede evaporarse durante el vuelo de media hora del ave macho hasta el nido, donde los polluelos, que no pueden volar durante su primer mes, beben el resto directamente de las plumas.

Cade y MacLean “tenían parte de la historia”, dice Gibson, pero las herramientas no existían en ese momento para realizar la imagen detallada de las estructuras de las plumas que el nuevo estudio pudo hacer.

Gibson y Mueller realizaron su estudio utilizando microscopía electrónica de barrido, tomografía computarizada e imágenes de video. Tomaron prestadas las plumas del vientre de la ganga Namaqua del Museo de Zoología Comparada de la Universidad de Harvard, que tiene una colección de especímenes de alrededor del 80% de las aves del mundo.

Las plumas de las aves generalmente tienen un eje central, desde el cual se extienden púas más pequeñas, y luego se extienden bárbulas más pequeñas desde estas. Las plumas de Ganga, sin embargo, están estructuradas de manera diferente. En la zona interna de la pluma, las bárbulas tienen una estructura enrollada en hélice cerca de su base y luego una extensión recta. En la zona exterior de la pluma, las bárbulas no tienen espiral helicoidal y son simplemente rectas. Ambas partes carecen de las ranuras y los ganchos que mantienen unida la paleta de plumas de contorno en la mayoría de las otras aves.

Cuando están mojadas, las partes enrolladas de las bárbulas se desenrollan y giran para quedar perpendiculares a la paleta, produciendo un denso bosque de fibras que pueden retener agua por acción capilar. Al mismo tiempo, las bárbulas de la zona exterior se enroscan hacia adentro, ayudando a retener el agua.

Las técnicas de microscopía utilizadas en el nuevo estudio permitieron medir las dimensiones de diferentes partes de la pluma. En el área interna, los tallos de las púas son lo suficientemente grandes y rígidos para proporcionar una base rígida alrededor de la cual giran las otras partes de la pluma, y ​​las bárbulas son lo suficientemente pequeñas y flexibles para que haya suficiente tensión superficial para doblar las extensiones en forma recta. lágrimas. Estructuras que retienen agua. Y en la zona exterior, los tallos y las púas de la barba son aún más pequeños, lo que les permite envolver la zona interior, reteniendo más agua.

Si bien trabajos anteriores habían sugerido que la tensión superficial producía las características de retención de agua, “lo que hicimos fue medir las dimensiones y hacer algunos cálculos para demostrar que eso es lo que realmente está sucediendo”, explica Gibson. El trabajo de su grupo demostró que la rigidez variable de las diferentes partes de la pluma juega un papel clave en su capacidad para retener agua.

El estudio fue impulsado principalmente por la curiosidad intelectual sobre este fenómeno de comportamiento único, dice Gibson. “Solo queríamos ver cómo funcionaba. Toda la historia sonaba tan interesante. Pero ella dice que podría conducir a aplicaciones útiles. Por ejemplo, en regiones desérticas donde el agua escasea pero la niebla y el rocío ocurren con regularidad, como el desierto de Atacama en Chile, se podría incorporar alguna adaptación de esta estructura de plumas en los sistemas de enormes redes que se utilizan para recolectar agua. “Puedes imaginar que podría ser una forma de mejorar esos sistemas”, dice ella. “Un material con este tipo de estructura podría ser más eficiente para recolectar niebla y retener agua”.

“Este fascinante y profundo estudio revela cómo las diferentes partes de las plumas del vientre de la ganga de arena, incluidos los tallos microscópicos y las bárbulas, trabajan juntas para retener agua”, dice Mary Caswell Stoddard, bióloga evolutiva de la Universidad de Princeton, que no estuvo asociada con este estudio. estudiar. “Al utilizar un conjunto de técnicas de imagen avanzadas para describir las plumas del vientre y estimar su rigidez a la flexión, Mueller y Gibson están agregando nuevos y ricos detalles a nuestra comprensión de las plumas transportadoras de agua de la ganga de arena… Este estudio puede inspirar a otros a mirar más de cerca en las diversas microestructuras de las plumas de las especies de aves, y preguntar si estas estructuras, como en la ganga, ayudan a mantener funciones inusuales o sorprendentes.

El trabajo fue apoyado en parte por la Fundación Nacional de Ciencias y la Cátedra Matoula S. Salapatas en Ciencia e Ingeniería de Materiales en el MIT.