Muchas plumas de aves son muy eficientes para arrojar agua, tanto que “como el agua en el lomo de un pato” es una expresión común. Mucho más inusuales son los pelos del vientre de la ganga de arena, especialmente la ganga de Namaqua, que absorben y retienen agua de manera tan eficiente que los machos pueden volar más de 20 kilómetros desde pozos de agua distantes hasta el nido y aún así almacenar suficiente agua en sus plumas para sus necesidades diarias. día pollitos para beber y mantenerse en los desiertos de Namibia, Botswana y Sudáfrica.

¿Cómo funcionan las cerdas? Si bien los científicos han concluido una imagen aproximada, se necesitaron nuevas herramientas de microscopía y un trabajo paciente con colecciones de plumas de urogallo, para desbloquear los detalles estructurales únicos que permiten que las plumas retengan agua. Los hallazgos aparecen hoy en 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.

Las capacidades únicas de transporte de agua de las plumas de ganga fueron reportadas por primera vez en 1896, dijo Gibson, por EGB Meade-Waldo, quien crió a las aves en cautiverio. “Él los vio comportarse así, ¡y nadie le creyó! Quiero decir, eso suena muy raro”, dijo Gibson.

En 1967, Tom Cade y Gordon MacLean informaron observaciones detalladas de aves en abrevaderos, en un estudio que demostró que el comportamiento único era real. Los científicos descubrieron que el plumaje de una ganga macho puede contener alrededor de 25 mililitros de agua, o alrededor de una décima parte de una taza, después de que el ave pasa unos cinco minutos sumergiéndola en el agua y sacudiendo sus plumas.

Aproximadamente la mitad de esa cantidad se evapora durante el vuelo de media hora del macho de regreso al nido, donde los polluelos, sin volar durante aproximadamente el primer mes, beben el resto directamente de sus plumas.

Cade y MacLean “poseen parte de la historia”, dijo Gibson, pero las herramientas no existían en ese momento para hacer la imagen detallada de la estructura de la pluma que el nuevo estudio podía hacer.

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

Las plumas de las aves generalmente tienen un eje central, desde el cual se extienden espinas más pequeñas, y luego se extienden espinas más pequeñas desde allí. Sin embargo, las plumas de urogallo tienen una estructura diferente. En la zona interna de las plumas, las bárbulas tienen una estructura helicoidal enrollada cerca de su base y luego extensiones rectas. En la zona exterior de las plumas, las bárbulas no tienen espirales helicoidales y solo son rectas. Las dos mitades carecen de las ranuras y los ganchos que sujetan las paletas de las plumas de contorno en la mayoría de las otras aves.

Cuando se humedecen, las secciones enrolladas de la bárbula se desprenden y giran perpendicularmente a las paletas, produciendo un denso bosque de fibras que pueden retener agua a través de la acción capilar. Al mismo tiempo, las bárbulas de la zona exterior se doblan hacia adentro, lo que ayuda a retener el agua.

La técnica de microscopía utilizada en el nuevo estudio permite medir las dimensiones de varias partes de las plumas. En la zona interior, las púas son lo suficientemente grandes y rígidas para proporcionar una base rígida sobre la cual se deforma el resto de la pluma, y ​​las bárbulas son lo suficientemente pequeñas y flexibles para que la tensión superficial sea suficiente para doblar extensiones rectas en extensiones similares a lágrimas. estructura de retención de agua. Y en la zona exterior, los ejes de las púas y las bárbulas son aún más pequeños, lo que les permite enrollarse alrededor de la zona interior, reteniendo aún más el agua.

Si bien el trabajo anterior había sugerido que la tensión superficial produce 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”, dice Gibson. El trabajo de su grupo muestra que las diversas rigideces de las diferentes secciones de la pluma juegan un papel clave en la capacidad de retención de agua.

Este estudio fue impulsado en gran parte por la curiosidad intelectual sobre este fenómeno conductual único, dijo Gibson. “Solo queremos ver cómo funciona. Toda la historia parece muy interesante. Pero dijo que podría conducir a algunas aplicaciones útiles. Por ejemplo, en áreas desérticas donde el agua escasea pero la niebla y el rocío son comunes, como en el desierto de Atacama en Chile, algunas de estas adaptaciones de la estructura de las plumas pueden combinarse en un sistema de grandes redes que se usan para recolectar agua. “Se puede imaginar que esto podría ser una forma de mejorar el sistema”, dijo. “Los materiales con este tipo de estructura podrían ser más efectivos para recolectar niebla y retener agua”.

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