Por Rory Galloway, Escritor de ciencias para BBC News Septiembre 17 de 2017
Trate de aplstar una mosca y pronto se hará evidente que son más rápidos que usted. Mucho mas rápido. Pero ¿cómo en la Tierra estas diminutas criaturas -con sus minúsculos cerebros- nos superan con tanta facilidad?
Usted probablemente ha reflexionado sobre ella después de perseguir una mosca alrededor de su casa y agitando su zapato con golpes repetidos, sin éxito. ¿Cómo se mueve tan rápido? ¿Puede leer mi mente?
Era la pregunta puesta al equipo de la BBC World Service CrowdScience para nuestro episodio más reciente dirigiéndose a las superpotencias aparentes de animales diminutos. La respuesta es que, en comparación con usted y yo, moscas esencialmente ver el mundo en cámara lenta.
Para ilustrar esto, eche un vistazo a un reloj con una mano tictac. Como humano, usted ve el reloj que hace tictac a una velocidad particular. Pero para una tortuga que parece estar marcando en dos veces esa velocidad. Para la mayoría de las especies de moscas, cada garrapata se arrastraría unas cuatro veces más lentamente. En efecto, la velocidad del tiempo difiere dependiendo de su especie.
Esto sucede porque los animales ven el mundo a su alrededor como un video continuo. Pero en realidad, reúnen imágenes enviadas de los ojos al cerebro en distintos destellos un número determinado de veces por segundo. Los seres humanos promedio de 60 flashes por segundo, las tortugas 15, y las moscas 250.
Es todo relativo
La velocidad a la que estas imágenes son procesadas por el cerebro se llama la "tasa de fusión de parpadeo". En general, cuanto más pequeña es la especie, más rápida es su tasa de fusión crítica de parpadeo - y las moscas, en particular, nos ponen a la vergüenza.
El profesor Roger Hardie, de la Universidad de Cambridge, investiga cómo funcionan los ojos de las moscas, y él tiene un experimento para determinar su tasa de fusión parpadeante.
-¿Cómo les gustan las manzanas? Para las moscas, el tiempo se mueve más lentamente que para las personas. Crédito de la imagen: SPL
"La velocidad de fusión parpadeante es simplemente lo rápido que una luz tiene que encenderse y apagarse antes de que sea percibida o vista como una luz continua", dice el Prof Hardie.
Roger inserta diminutos electrodos de vidrio en las células sensibles a la luz viva de sus ojos - fotorreceptores - antes de parpadear luces LED a velocidades cada vez más rápidas. Cada flash del LED produce una pequeña corriente eléctrica en los fotorreceptores que una computadora puede graficar en una pantalla. Las pruebas revelan que las respuestas más rápidas registran distintas respuestas al parpadeo de hasta 400 veces por segundo, más de seis veces más rápido que nuestra propia tasa.
La visión más rápida de todos se encuentra en una especie literalmente llamada "mosca asesina". Es una pequeña especie depredadora encontrada en Europa que captura a otras moscas del aire con reacciones súper rápidas. En su "laboratorio de moscas" en la Universidad de Cambridge, la Dra. Paloma Gonzales-Bellido demuestra el comportamiento de caza de las moscas asesinas liberando la presa de la mosca de la fruta en una caja de rodaje especial con una mosca asesina.
Algunas moscas ven seis veces más rápido que nosotros, capturando presas en el aire en menos de un segundo.
Paloma registra el comportamiento a 1.000 fotogramas por segundo utilizando cámaras de video de cámara lenta con un buffer de grabación. El equipo conectado guarda constantemente el video, sobreescribiéndose cada doce segundos. Cuando la mosca se mueve, Paloma hace clic en un botón para guardar permanentemente los últimos 12 segundos.
"Nuestro tiempo de reacción es tan lento que si lo deteníamos cuando pensamos que algo está sucediendo ya habría sucedido", dice el Dr. Gonzales-Bellido. Esencialmente, ni siquiera podemos hacer clic en un botón antes de que el comportamiento haya ocurrido, es tan rápido.
Mosca versus Mosca
Con las moscas asesinas y su presa en la caja de rodaje, inicialmente la mosca asesina se quedó inmóvil, pero cuando una de las moscas de la fruta voló unos 7cm por encima de ella, hubo un destello de movimiento y de repente la mosca asesina estaba en el fondo de la caja chomping en la mosca de fruta temblorosa.
Sólo viendo las imágenes más lentas en la computadora se hizo claro lo que pasó; la mosca asesina despegó, rodeó la mosca de la fruta tres veces mientras trataba de agarrarla repetidamente, antes de lograr capturar la evasiva mosca de la fruta con sus patas delanteras.
El comportamiento entero desde el despegue hasta el aterrizaje tomó sólo un segundo. Aparece como un destello a nuestros ojos, por lo que a la inversa, la mano golpeando de un ser humano debe aparecer a un ritmo de caracol.
Los ojos de la mosca asesina contienen muchas más mitocondrias que en los ojos de otras especies de moscas
Paloma Gonzales-Bellido utiliza una caja de rodaje especial para estudiar moscas asesinas
Para permitir esta velocidad increíble de la mosca del asesino, que es más rápida incluso que otras especies de la mosca, las células de la luz-detección en los ojos de la mosca asesinos contienen muchas más mitocondrias (las "baterías" de células biológicas) que están presentes en las mismas células de otras moscas.
Estas son las baterías de la célula, por lo que la visión rápida debe tomar más energía que la visión lenta, explicando por qué todos los ojos no sólo están ajustados a la tasa de fusión de parpadeo más alto.
La dieta carnívora de la mosca asesina proporciona las grandes cantidades de energía que necesita para alimentar estas células de alta energía. Pero incluso si tuviéramos el mismo número de mitocondrias en las células o en nuestros propios ojos, no tendríamos la misma velocidad de visión porque las células sensibles a la luz de las moscas tienen un diseño totalmente diferente al de los vertebrados.
Detrás de las diferencias estructurales en los ojos de las moscas está su origen evolutivo. Los artrópodos y los vertebrados, los grupos que sostienen las moscas y los seres humanos, desarrollaron sus ojos completamente por separado alrededor de 700-750 millones de años.
Teoria de las cuerdas
Los ojos de las moscas evolucionaron para recoger la luz con una serie de minúsculas estructuras en forma de cuerdas que se encuentran horizontales en el camino que la luz viaja a través del ojo. Estas estructuras reaccionan a la luz mecánicamente, mientras que los vertebrados tienen largas células similares a tubos que se enfrentan a la luz, con sustancias químicas que reaccionan a la luz en la base.
Esta estructura en el ojo de la mosca es algo que Roger estudia en su laboratorio. "Es más sensible en términos de poder dar una señal grande a la menor cantidad de luz y también puede responder más rápido que las varillas y conos en el ojo de vertebrados", explica.
Roger Hardie estudia la estructura del sistema visual de la mosca
Hay algunas razones para esta mayor sensibilidad, pero lo que el profesor Hardie descubrió es que responden mecánicamente a la luz, a diferencia de químicamente como en conos y varillas.
Las respuestas mecánicas permiten señales neurales más rápidas. Además de eso, hay un límite a la velocidad a la cual los impulsos neurales pueden viajar y las distancias de nervio más pequeñas desde el ojo de la mosca al cerebro de la mosca acelera el procesamiento en comparación con los vertebrados más grandes.
Algunos vertebrados experimentan una visión mucho más rápida que la nuestra. Si la especie es capaz de volar parece correlacionarse con una visión más rápida, al igual que ser pequeño. Esto puede deberse a que los pequeños animales voladores tienen que reaccionar tan rápidamente durante el vuelo para evitar acercarse a los obstáculos.
'Aplastamiento de movimiento lento'
La visión más rápida de todos se encuentra en las especies que capturan moscas en el aire.
Los científicos de la Universidad de Uppsala, en Suecia, descubrieron que, al investigar la visión del mosquero, un pequeño pájaro encaramado que atrapa moscas en vuelo, pudo identificar una luz parpadeando 146 veces por segundo desde una luz continua fuente.
Los pájaros fueron entrenados para asociar una fuente de luz intermitente con un sabroso plato, y identificarían con precisión la luz intermitente hasta esta velocidad, colocando su tasa de fusión de parpadeo en 146. Eso es aproximadamente el doble de la tasa que los humanos pueden ver, pero aún no tan rápido como el promedio de la mosca.
Esto significa que las aves, como las moscas, experimentan cada garrapata del reloj más lentamente que los humanos.
Hay una presión evolutiva en los flycatchers para experimentar la mano tictac del reloj tan lentamente como sea posible con el fin de burlar a sus presas rápidas. Durante el tiempo evolutivo, los pájaros que experimentaron un "tictac más lento" podrían reaccionar más rápido a sus presas, permitiéndoles comer más, criar más pollitos y pasar esta visión rápida a las generaciones futuras.
Las moscas que han sido perseguidas por los pájaros de vista rápida estarán evolucionando reacciones más rápidas para escapar. Creando una carrera de armamentos evolutiva que ha durado más tiempo que la existencia de aves. Prey moscas han estado evolucionando una visión más rápida y las reacciones para escapar moscas depredadoras como la mosca asesina desde que evolucionaron vuelo.
La próxima vez que trate inanely de golpear una mosca, trate de no estar tan desanimado. Sus tortugas de movimiento lento, lento están siendo frustrados por cientos de millones de años de selección natural dejando las moscas mirar sus intentos en cámara lenta.
Entre usted y la mosca, el tiempo, al parecer, es relativo.
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