Los primeros vertebrados que caminaron sobre nuestro planeta podrían haberlo hecho en las profundidades del gran océano, millones de años antes de que sus parientes posteriores hicieran la transición a la tierra.
En 2018, los científicos se sorprendieron al encontrar al pequeño pez raya (Leucoraja erinacea) y algunos tiburones basales pudieron caminar a lo largo del fondo del océano utilizando muchos de los mismos circuitos neuronales que usamos para caminar hoy.
En general, se cree que los vertebrados solo aprendieron a caminar cuando comenzaron a evitar el mar por la orilla, hace aproximadamente 380 millones de años. Pero otros modelos basados en el pequeño pez raya, uno de los animales más primitivos con columna vertebral, sugieren un origen mucho más profundo, posiblemente hace más de 400 millones de años.
Utilizando datos de video publicados sobre la dinámica de hundimiento de esta criatura bentónica, los matemáticos han desarrollado un modelo para investigar cómo los primeros movimientos similares a piernas podrían haber evolucionado en las profundidades del mar.
El modelo simple que han creado predice el tipo de caminar más eficiente, controlado y equilibrado en un entorno de flotabilidad neutra: el mejor resultado requiere un patrón alterno de pie izquierdo-pie derecho muy similar al waddle del patín pequeño.
Además, este tipo de caminatas no requiere ningún costo energético adicional y podría reforzarse con el tiempo utilizando un esquema de aprendizaje simple.
“En el contexto de nuestro modelo, estos resultados sugieren que, a pesar del vasto espacio de solución de la marcha, una estrategia de control bípedo alterno de izquierda a derecha puede y será descubierta y es la solución óptima para la locomoción energéticamente eficiente”, afirman los autores del estudio. escribir.
Encontrar un ejemplo del mundo real de este organismo antiguo es similar a descubrir un “aguja en un pajar
Después de cuatro episodios de aprendizaje en el modelo, comenzó a surgir una estrategia de locomoción con una sola pierna. Después de 200 episodios, se hizo cargo de un patrón de caminar con dos piernas. En el episodio número 600, la criatura modelada comenzó a alternar entre pasos de izquierda y derecha.
Al ejecutar aproximadamente 50 instancias de aprendizaje durante 5,000 episodios, incluidos varios parámetros de aprendizaje y recompensas, los autores encontraron que la mejor solución coincide con el andar del pequeño patín en el 70 por ciento de todos los casos.
Esta simple estrategia de control sugiere que caminar en las profundidades del mar es un comportamiento robusto y eficiente similar al caminar pasivo, como el juguete furtivo que “camina” cuesta abajo sin la necesidad de un control complejo, solo la gravedad.
El pequeño patín, por supuesto, no es un plodder completamente pasivo. Sus células cerebrales todavía controlan el movimiento de seis músculos, pero los autores decir
Los autores no están seguros de por qué el pequeño patín desarrolló una caminata lenta por el fondo marino, pero sugieren que es más eficiente y rentable que nadar a un ritmo similar. Se necesitarán más estudios metabólicos sobre la criatura de las profundidades marinas para verificar esta idea.
A veces, en la naturaleza, el pequeño patín usará ambas piernas al mismo tiempo para “patear” hacia adelante e iniciar rápidamente su patrón de caminar de izquierda a derecha. Este tipo de movimiento no se encontró en el modelo, pero los autores creen que podría verse favorecido cuando se necesita una aceleración más rápida y la eficiencia energética no es tan importante. Esta batea inusual requiere un poco más de trabajo.
“La combinación de un entorno confiable de baja gravedad y una morfología de cuerpo con patas bien puede haber ayudado a allanar el camino para la marcha bípeda antes de que nuestros antepasados acuáticos hicieran la transición a tierra firme”. dice el matemático aplicado Lakshminarayanan Mahadevan de la Universidad de Harvard.
“A medida que nuestros antepasados hicieron la transición a la tierra, la estrategia de control probablemente se volvió más compleja. Pero en entornos confiablemente homogéneos, como el fondo del mar, quizás todo lo que se necesitaba era una estrategia simple”.
Para complementar este modelo teórico, los investigadores incluso construyeron un robot bípedo simple basado en condiciones similares de aguas profundas. Al final, el comportamiento de este robot mostró sorprendentes similitudes con el caminante ideal de su modelo. Su patrón regular de pisadas no requiere energía adicional y se ondula en ambos lados del cuerpo para brindar estabilidad.
El robot, sin embargo, tiende a caminar un poco más rápido de lo que se ve en el pequeño patín.
Los autores admiten que es posible que nunca sepan exactamente cómo surgió el primer paso al caminar, pero su modelo ayuda a refinar algunas de las dinámicas pasivas y los circuitos neuronales que se observan en los organismos vivos.
“Entender cómo el cerebro, el cuerpo y el medio ambiente trabajaron juntos en ambientes acuáticos y terrestres heterogéneos probablemente debían incluir retroalimentación propioceptiva”, dijeron los autores. sugerir.
“Pero en entornos confiablemente homogéneos, quizás la estrategia simple cuantificada aquí fue donde todo comenzó”.
El estudio fue publicado en la Revista de la interfaz de la Royal Society.
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