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Modelamiento matemático revela como un colibrí usa efecto Doppler para cantar con las plumas durante el cortejo

por 17 octubre, 2018

Modelamiento matemático revela como un colibrí usa efecto Doppler para cantar con las plumas durante el cortejo
Investigadores de Estados Unidos y Canadá estudian el comportamiento reproductivo del Colibrí de la Costa, descubriendo un singular comportamiento de cortejo en el que el macho utiliza el efecto Doppler con el fin de exagerar sus destrezas motoras.
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El efecto Doppler, descrito por primera vez por el físico alemán Christian Doppler en 1842, se define como un cambio en la frecuencia de una onda procedente de un cuerpo en movimiento respecto a un observador y su estudio tiene múltiples aplicaciones. En palabras más simples, es el cambio de tono en el sonido, que percibimos cuando un objeto que es la fuente emisora de ese sonido se acerca a nosotros y luego se aleja, y uno de los mejores ejemplos es lo que habitualmente escuchamos en la calle cuando pasa una ambulancia con su baliza encendida.

Pero ¿a quién se le podría ocurrir que, para una especie de animales, este efecto físico podría ser fundamental para la consecución de pareja y por consiguiente para la reproducción? Bueno, eso es precisamente lo que fue reportado recientemente en por Christopher Clark y Emily Mistick de las Universidades de California y de Columbia Británica.

El modelamiento matemático que realizaron los investigadores indicó que efectivamente, debido al efecto Doppler, la hembra debería percibir un aumento en el tono del silbido, con respecto al tono real de emisión, producido por el vuelo del macho, justo en el punto de máxima cercanía. Al mismo tiempo, el modelo entregó varias trayectorias posibles, considerando que la hembra se mantiene quieta mientras el macho realiza su despliegue de destrezas.

El estudio en cuestión tiene varias características muy interesantes. La primera de ellas es que el animal de estudio fue una especie de colibrí o picaflor, como se les conoce. La segunda característica relevante del estudio se aprecia en los instrumentos utilizados para registrar su comportamiento reproductivo, consistente en cámaras acústicas, es decir, cámaras de video capaces de “ver” los sonidos y algunas características de estos como su dirección y su intensidad. Esto se logra gracias a la integración de la cámara con micrófonos ubicados en posiciones y distancias predefinidas por los experimentadores, que genera una representación gráfica del sonido, su trayectoria y sus características, en base a una escala de colores, la que se sobrepone a la imagen de video que se está grabando en el momento.

Lo más sorprendente de todo son los hallazgos encontrados, pero antes de explicarlos, es necesario indicar que, en la naturaleza, los animales presentan una gran diversidad de estrategias de reproducción, en las cuales, hay también esfuerzos diferenciados por parte de los individuos de la especie que en ese momento buscan reproducirse.

Muestras de destreza física

Para ponerlo en palabras claras, en algunos casos, existen especies en las que no hay estrategias de búsqueda y selección de parejas, sencillamente se encuentran dos individuos y se aparean, como es el caso de muchas especies de moluscos hermafroditas. En otras especies, tanto el macho como la hembra buscan y seleccionan al otro individuo con el que se aparean, como es el caso de los humanos. Existen especies en las que las hembras buscan a la pareja y los machos seleccionan, como es el caso de algunas especies de insectos. En otras especies los machos buscan hembras y ellas seleccionan, como es el caso de muchas especies de mamíferos y aves en las que los machos compiten haciendo muestras de destreza física.

Lo descubierto en este estudio, se refiere precisamente a una conducta en la que el macho de la especie de colibríes de costa (Calypte costae), un pequeño picaflor que reside principalmente en el suroeste de Estados Unidos, realiza un baile nupcial en el que se tira en picada desde cierta altura, sobre una hembra que se encuentra detenida, a quien trata de impresionar con su velocidad, para posteriormente cambiar bruscamente su trayectoria cuando está en el punto más cercano posible a ella. Muchas especies de colibrí relacionadas entre sí tienen comportamientos similares, que aprovechan el hecho de que, al tirarse en picada desde una gran altura, gracias a la fuerza de gravedad, pueden alcanzar velocidades mayores que lo que sus destrezas físicas reales les permiten.

Junto con el comportamiento de caída en picada, el colibrí de Costa muestra un despliegue de sonidos mientras cae, como un silbido, que además cambia de tono a medida que la velocidad del ave cambia (efecto Doppler), pero más interesante aun es que este sonido es generado por el aire al pasar por las plumas de la cola que mantiene extendidas mientras cae y no por la siringe, que es la estructura similar a nuestra laringe, que permite a las aves generar su canto.

Los investigadores decidieron entonces evaluar como el colibrí de costa macho modula la percepción de este sonido respecto a la hembra, pues parecía ser un indicador de la velocidad de este.

Utilizaron un túnel de viento aeroacústico (también utilizados en la industria automotriz), instrumento que permite caracterizar como se produce el sonido, evaluando los cambios que se producen al variar la velocidad y dirección con la que el viento llega a las plumas, al mismo tiempo que por medio del uso de micrófonos y cámara acústica podían visualizar estas variaciones.

Viento en las plumas

Gracias al túnel de viento los científicos descubrieron, que el sonido se producía al pasar por uno de los bordes de una pluma de la cola, las rectrices como también se las conoce, específicamente la rectriz 5 (se numeran desde la línea media del cuerpo hacia los extremos) y que, en esta especie, se producía un efecto amplificador del sonido cuando la rectriz 5 estaba en contacto con la rectriz 4. En estos experimentos además midieron la “forma” del sonido desde diferentes ángulos y como cambiaron sus propiedades dependiendo de factores como la velocidad del viento y la distancia del receptor.

Es aquí donde encontraron algo sorprendente, dependiendo del ángulo en el que se encontraban las plumas rectrices 5 con relación al viento que pasaba por ellas, el sonido era reflejado sobre diferentes superficies. Este dato es importante, pues indica que el sonido emitido por estas plumas es direccional. Es así como hay múltiples opciones por medio de las cuales el macho de esta especie puede optimizar el efecto del sonido generado sobre la receptora, lo que llevó a los investigadores a hipotetizar que, el macho era capaz de dirigir el sonido hacia la hembra, mientras que, por otro lado, podría elegir un comportamiento similar al de otras especies de colibríes, consistente en minimizar la distancia entre él y la hembra al momento de realizar el vuelo en picada.

El modelamiento matemático que realizaron los investigadores indicó que efectivamente, debido al efecto Doppler, la hembra debería percibir un aumento en el tono del silbido, con respecto al tono real de emisión, producido por el vuelo del macho, justo en el punto de máxima cercanía. Al mismo tiempo, el modelo entregó varias trayectorias posibles, considerando que la hembra se mantiene quieta mientras el macho realiza su despliegue de destrezas. Sin embargo, las trayectorias que generaban el mejor efecto de percepción sobre la hembra implicaban la colisión del macho con esta.

Es así como se decidió probar el modelo en la realidad y para esto, se realizó la visualización directa de vuelos nupciales en la naturaleza con hembras silvestres las que se ubican normalmente en lugares altos en árboles o arbustos. Adicionalmente, se utilizaron nuevamente las cámaras acústicas para grabar a los machos mientras realizaban su vuelo en picada, con hembras enjauladas con el fin de controlar la ubicación de esta respecto a los micrófonos que graban el sonido, pudiendo visualizar directamente el sonido que los machos producían.

Se pudo observar que a diferencia de todas las otras especies de colibríes relacionadas y con bailes nupciales similares, el macho de esta especie llega a su punto más cercano a la hembra a 4 metros de distancia de esta y en posición casi horizontal, es decir, llega por un costado de esta, mientras prácticamente todas las otras especies presentan un comportamiento en que el macho pasa por sobre la hembra a distancias mucho más cortas.

Además, la cámara acústica reveló que no hay atenuación en el tono del sonido como se podría esperar por el efecto Doppler, a pesar de la distancia a la que se encuentra el macho, llegando a conservar la misma frecuencia y por lo tanto el tono audible, que se produce justo en la posición del macho, sin embargo, este efecto si se observa en otros puntos de medición a distancias similares del macho, pero en otras posiciones distintas a la de la hembra.

Dada la orientación casi horizontal del vuelo del macho respecto a la hembra, se podría haber esperado que la precisión de la cola fallara en orientar el sonido hacia la hembra, dado que los machos de todas las especies emparentadas presentan las plumas de la cola dispuestas también en plano horizontal mientras realizan su vuelo, lo que facilita dirigir el sonido hacia abajo, pero en el caso del picaflor de costa no hay error, porque además se observó que el macho extiende solo las plumas de un lado de la cola mientras las agita (cosa que tampoco se había visto en otras especies), indicando que con esto el macho es capaz de direccionar el sonido que producen sus plumas.

Tonalidades más altas

El sonido que se produce, además, tiene una tonalidad más alta que el resto de las especies, por lo tanto, se piensa que las hembras han ido seleccionando a través de la evolución de esta especie a los machos con tonos más altos. Esto es importante, porque el cambio de tono sería el que le indica a la hembra la velocidad del macho, en todas las demás especies relacionadas, mientras en el caso particular de esta especie, el macho ha desarrollado la estrategia para ocultar este efecto a la hembra, como se demostró al no observar la atenuación del sonido característico del efecto Doppler.

Normalmente, cuando la gente piensa en evolución, se destaca principalmente aspectos físicos que permiten superar la presión ejercida por el ambiente, pero lo que no se destaca comúnmente es que también existen cambios evolutivos de las estrategias que se utilizan para sobrevivir y en este caso particular, hay que destacar que la estrategia es precisamente engañar, ocultar información, lo que necesariamente involucra no solo una mejora física, sino que también probablemente, una mejor integración de la información ambiental, un manejo más eficiente de las habilidades físicas que se poseen y lo que podríamos llamar una “estrategia” elaborada con el fin de ser seleccionado por la hembra.

Artículo original: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982218303221?via%3Dihub

Texto del convenio con el Centro Interdisciplinario de Neurociencia de Valparaíso (CINV)

 

 

 

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