E10 Flotabilidad y Vejiga Natatoria

Tópico

La flotabilidad es el control de la fuerza neta vertical que un pez experimenta dentro del fluido, y es fundamental para que el pez mantenga su posición en la columna de agua con el menor costo energético posible. El principio de Arquímedes establece que todo cuerpo sumergido recibe una fuerza de empuje igual al peso del fluido que ese cuerpo desplaza. Para que un pez sea neutralmente flotante, es decir, para que la fuerza neta vertical sobre su cuerpo sea nula, el pez debe ajustar su densidad media hasta igualarla con la densidad del agua que lo rodea, una densidad que varía según la temperatura, la salinidad y la profundidad del agua.

La vejiga natatoria es el órgano que le permite al pez lograr ese ajuste de densidad media: es una cámara de gas, compuesta principalmente por oxígeno, dióxido de carbono y nitrógeno, cuyo volumen el pez controla bombeando gas hacia adentro o absorbiéndolo hacia afuera mediante dos estructuras, el rete mirabile y la glándula de gas.

El volumen de gas dentro de esa vejiga natatoria obedece la ley de Boyle, según la cual, a temperatura constante, el volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión que lo comprime. Al descender el pez en profundidad, la presión hidrostática que el agua ejerce sobre su cuerpo aumenta, porque esa presión depende de la densidad del agua, de la gravedad y de la propia profundidad; ese aumento de presión comprime el gas dentro de la vejiga natatoria, la vejiga se encoge, y con ella se reduce el empuje que recibe el pez, haciéndolo más denso que el agua que lo rodea.

Para recuperar la flotabilidad neutral perdida por esa compresión, el pez debe secretar más gas hacia el interior de la vejiga natatoria, un proceso que consume energía metabólica adicional.

El tiempo que le toma a la vejiga natatoria responder a un cambio de profundidad, limitado por la rapidez con la que el rete mirabile puede secretar gas hacia adentro de la vejiga, es precisamente el factor biológico que determina qué tan rápido puede el pez ascender o descender de forma segura sin desequilibrar su flotabilidad.

No todos los peces ajustan el volumen de su vejiga natatoria de la misma manera: los peces fisóstomos, cuya vejiga natatoria permanece conectada al esófago, pueden ajustar ese volumen tragando o eructando gas directamente, mientras que los peces fisóclistos, cuya vejiga natatoria no tiene esa conexión, dependen exclusivamente del rete mirabile para lograr el mismo ajuste.

El comportamiento esperado es que incluso un pequeño error de flotabilidad, de apenas entre un dos y un cinco por ciento del peso del pez, obliga al pez a un trabajo muscular continuo para mantener su posición vertical en el agua, con un costo metabólico que crece con el cuadrado de ese desequilibrio de flotabilidad. De este modo, cualquier desviación de la condición de flotabilidad neutral introducida al comienzo de este modelo termina imponiéndole al pez un gasto energético que crece mucho más rápido que la propia desviación que lo origina.

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