La electricidad y el magnetismo son fenómenos físicos presentes en la naturaleza, hoy en día ampliamente comprendidos por los seres humanos. Se han utilizado las investigaciones de los científicos y científicas acerca de estos eventos para obtener grandes beneficios: básicamente toda nuestra sociedad de hoy en día se basa en el uso de la electricidad como energía, y el electromagnetismo está presente en cada aparato tecnológico que utilizamos en la vida cotidiana.
Sin embargo, no somos sólo los seres humanos los que podemos utilizar estos fenómenos naturales para nuestro beneficio. Vamos a ver cómo algunos animales también usan la electricidad y el magnetismo de formas muy sorprendentes.
Arañas y campo eléctrico
Un fenómeno poco conocido pero que ha llamado la atención de biólogos, biólogas y personas curiosas en general desde hace mucho tiempo es el hecho de que algunas especies de arañas puedan trasladarse grandísimas distancias flotando por el aire. A este comportamiento se le llama ballooning, por la palabra en inglés para globo. Si pensamos en animales voladores lo primero que se nos viene a la cabeza seguro son aves e insectos, luego podríamos pensar en murciélagos, pero, ¿arañas? Suena un poco más extraño. Muchas especies de arañas trepan a los árboles y extienden largas hebras de sus redes, así, logran elevarse y flotar, usando las telas como si fuesen un paracaídas o un ala delta. Se han encontrado arañas a más de 4 kilómetros de altura y a cientos de kilómetros de distancia del lugar de donde despegaron.
Arañas en vuelo. Imagen extraida de «Galapagos», documental de David Attenborough
Muchas de ellas incluso pierden la vida durante los vuelos, pero eso no es un impedimento para que sigan realizando este accionar. Estos vuelos les permiten a las arañas recién salidas del huevo dispersarse rápidamente, encontrando nuevos territorios en donde no tengan que competir por la comida con su gran cantidad de hermanos. A su vez, permite a las arañas adultas encontrar nuevos territorios para expandirse, se cree incluso que algunas arañas presentes en islas llegaron hasta allí con este mecanismo. Comprender cómo funciona este comportamiento ayudará a entender un poco más sobre la distribución, evolución y ecología de este particular y diverso grupo de seres vivos.
Charles Darwin documentó este fenómeno en una entrada en su diario en 1832. Estando a bordo del barco Beagle en su largo viaje de investigación, vio como la cubierta del barco se llenaba de cientos de arañas pequeñas, cada una flotaba como arrastrada por una hebra de su propia tela. Darwin las llamó “arañas aeronautas” y calculó que debían haber viajado desde tierra unos 100 km aproximadamente hasta haber llegado al barco. Y en su diario también se pregunta cuál será la inexplicable causa que les permite comenzar esas excursiones aéreas.
La primera explicación que tal vez se nos venga a la mente es una bastante obvia: ¡por el viento! Ésta se mantuvo durante muchos años pero nunca se terminó de aceptar como la única causa, debido a que se ha observado que las arañas comienzan sus vuelos en presencia de vientos muy débiles, cuyas velocidades no son suficientes para generar las aceleraciones iniciales registradas en el momento del despegue de las arañas. Tampoco queda claro cómo las redes que emite una sola araña para flotar no se enredan entre sí, si no que sus hebras permanecen separadas.
La posibilidad de que los campos eléctricos de la atmósfera terrestre tuviesen alguna relación con el fenómeno también se barajó, pero nunca se testeó hasta 2018, y con mucho éxito, ya que se obtuvieron pruebas concluyentes. Se creía que la tela de las arañas podría tener pequeñas cargas eléctricas que interactuasen con los campos eléctricos atmosféricos, así, las fuerzas electrostáticas entre la tela y la atmósfera permitirían el despegue de las arañas, y se explicaría que las telas no se enreden durante el vuelo, ya que se repelerían entre sí por tener cargas del mismo signo.
Araña realizando el «tiptoeing».
¿Cómo se generan estos campos eléctricos en la atmósfera terrestre? Por movimiento de cargas tanto en la superficie de la Tierra como en el aire, se forman infinidad de circuitos eléctricos y diferencias de potencial entre diferentes puntos del aire, generando campos eléctricos atmosféricos. Probablemente no seamos conscientes de ellos ni los notemos cualquier día con buen clima, pero definitivamente sí nos podemos dar cuenta de la electricidad presente en la atmósfera cuando vemos rayos en los días tormentosos, provocados por diferencias de potencial enormes entre la superficie de la tierra y las nubes.
Un grupo de investigación de la Universidad de Bristol en Inglaterra simuló en el laboratorio las condiciones y magnitudes del campo eléctrico atmosférico, eliminando la variable del viento para poder concentrarse sólo en ver la reacción de las arañas ante la presencia de campos eléctricos.
Investigaron primero cómo las arañas podrían detectar la presencia de estos campos, y observaron que, al generar variaciones del campo eléctrico, los pequeñísimos vellos sensoriales de las arañas, llamados tricobotrios, reaccionaban erizándose, de la misma forma que nuestro cabello se eriza por electrostática si frotamos un globo sobre él. Esto les permite saber si los campos eléctricos atmosféricos presentes en ese momento serían favorables para iniciar el vuelo, ya que les brinda información sobre las condiciones climáticas.
Luego de esta reacción, las arañas comenzaban a realizar los movimientos que se han observado en la totalidad de las ocasiones previo al vuelo de las arañas, llamados tiptoeing: realizan pequeños pasitos, como si se pararan en puntas de pie, estiran sus patas, elevan su abdomen, y comienzan a generar un poco de seda. Bajo ciertas magnitudes de campo eléctrico, las arañas efectivamente despegaban, y los investigadores observaron que una vez en el aire, encender y apagar el campo eléctrico hacía que la altura de las arañas variase.
Araña realizando el «tiptoeing».
¡Por lo tanto quedó demostrado que las arañas efectivamente sacan provecho de la electricidad! Las fuerzas electrostáticas son fundamentales para que este fenómeno pueda ocurrir, complementando así esta acción con el de las corrientes de aire que también aportarán su parte a que el vuelo de las arañas sea exitoso.
Aves y campo magnético
Si quisiésemos saber cómo llegar hasta un lugar del planeta, necesitaríamos dos cosas muy importantes: un mapa, para poder precisar dónde estamos parados, y una brújula, para saber en qué dirección caminar. Antes utilizábamos esos elementos, pero hoy en día encontramos ambas funciones condensadas en los dispositivos electrónicos de la vida diaria, como los celulares o computadoras, en donde con sólo unos pocos clicks la tecnología satelital nos permite saber exactamente dónde estamos y cómo ir a donde queremos. Vemos entonces que los humanos siempre hemos utilizado objetos externos a nosotros para orientarnos, ya sea mapas, celulares, brújulas, o incluso las estrellas del cielo.
Nos preguntamos entonces, ¿cómo se las arreglan otras especies de animales? Un caso muy emblemático es el de las aves migratorias, que todos los años, en la misma época, vuelan miles de kilómetros buscando zonas más cálidas para pasar el invierno, o zonas propicias para alimentarse, anidar para reproducirse, y cuidar a sus crías. Estos viajes los hacen habitualmente por el mismo camino y llegando hasta los mismos lugares con gran exactitud. Entender cómo hacen para orientarse en estas largas travesías es un desafío para los biólogos y las biólogas.
Hasta ahora, la explicación más aceptada es que las aves son capaces de orientarse al sentir el campo magnético de la Tierra. ¿Qué es el campo magnético de la Tierra? Nuestro planeta está dividido en diferentes capas. Al centro de la Tierra se lo llama núcleo, tiene una parte sólida y una parte líquida y está compuesto casi totalmente de hierro, que es un metal, por lo tanto es un buen conductor de la electricidad. La parte líquida del núcleo se mueve permanentemente, es por esto que las cargas eléctricas presentes en el hierro también se mueven. Las corrientes eléctricas que se crean generan el campo magnético de la Tierra.
Campo magnético de la Tierra
Las líneas de fuerza de este campo se asemejan a las que formaría un imán; salen en forma vertical desde el polo norte magnético (que coincide con el polo sur geográfico) y se curvan para llegar hasta el polo sur magnético (que coincide con el polo norte geográfico), tal como se muestra en la figura, y a su vez abarcando toda la circunferencia de la Tierra.
El campo magnético va a tener diferentes intensidades según en qué dirección nos movamos: si nos acercamos a un polo, moviéndonos en dirección sur-norte, o norte-sur, las líneas de campo estarán cada vez más juntas por lo cual lo sentiríamos más fuerte, si en cambio, nos moviésemos en dirección este-oeste, no notaríamos variación de intensidad. De la misma forma la inclinación de las líneas de campo respecto de la superficie de la Tierra varía, siendo casi paralelas en el ecuador, y casi perpendiculares en los polos. Además, dado que el campo puede tener irregularidades, podríamos también memorizar lugares específicos en donde sintamos una variación, y usarlos como marcadores del camino. Este es el mecanismo por el cual las aves se orientan, y la capacidad de percibir el campo magnético se llama magnetorrecepción.
Aves migrando
Sabemos que los animales usan el campo magnético, pero lo que todavía está en duda es cómo sienten este campo magnético. Esta pregunta no tiene una respuesta definitiva aún, aunque se consideran varias hipótesis. Las dos más aceptadas son que la detección se da mediante un sistema mecánico o uno químico. El sistema mecánico consiste en la presencia de pequeñas cantidades de magnetita que se han encontrado en muchísimos animales que efectúan migraciones. La magnetita es un mineral constituido por un óxido mixto de hierro, cuya fórmula química es Fe3O4. Este mineral es ferromagnético, lo que quiere decir que actúa como un imán, por lo que se cree que sufriría alguna orientación respecto del campo magnético de la Tierra, permitiendo así que los animales perciban su presencia. El otro mecanismo es el químico. Se ha encontrado en los ojos de muchas aves migratorias una proteína llamada criptocromo, que es sensible a la luz azul. Cuando estas proteínas se excitan por la luz, comienzan una compleja cadena de reacciones químicas, que posee como intermediarios unas partículas llamadas «pares radicales”, que son altamente sensibles a los campos magnéticos, lo que les permitiría detectar el campo magnético de la Tierra.
Muchos estudios se siguen haciendo para confirmar estas teorías, por ejemplo, se intenta descubrir cuál de estos mecanismos actuaría como el “mapa” de las aves, es decir, detectar dónde están ubicados, y cuál como la “brújula”, es decir, saber hacia dónde ir; o si los dos mecanismos combinados dan como resultado final que las aves puedan orientarse.
¡La naturaleza nunca acaba de sorprendernos! ¡No somos los únicos que usamos la electricidad y el magnetismo! Se han hecho grandes descubrimientos, pero aún quedan muchas preguntas por responder acerca de cómo los otros animales aprovechan estos fenómenos de nuestro bello planeta.
Fuentes e imágenes
- http://darwin-online.org.uk/ (Diario de Darwin, página 113)
- Morley, E. L., Robert D. Electric Fields Elicit Ballooning in Spiders. (2018). Cell Press: Current Biology. Vol 28, Issue 14, P2324-2330.E2.
- Documental “Galapagos” de David Attenborough, Episodio 1 (2013)
- http://www.jcscience.ie/3c1-magnetism.html
- Lohmann, K. J. Lohmann, C. M. F, Putman, N.F. Magnetic maps in animals: nature’s GPS. (2007). Journal of Experimental Biology. 210:3697-3705; doi: 10.1242/jeb.001313
- Munro, U., Munro, J. A., Phillips, J. B., Wiltschko, R. and Wilschko, W. (1997). Evidence for a magnetite-based navigational ‘map’ in birds. Naturwissenschaften 84, 26-28
- Hore, P.J., Mouritsen, H. The Radical-Pair Mechanism of Magnetoreception. (2016) Annu Rev Biophys. 45:299-344; doi: 10.1146/annurev-biophys-032116-094545.
