E13 Sensado del Flujo

Tópico

La línea lateral es un sistema mecanosensorial distribuido a lo largo de todo el cuerpo del pez, que detecta las perturbaciones de presión y de flujo presentes en el agua que lo rodea, funcionando como un órgano de sensado hidrodinámico capaz de percibir el entorno cercano al cuerpo del pez. Sus unidades funcionales son los neuromastos: grupos de células ciliadas encapsuladas dentro de una cúpula gelatinosa que se deflecta cada vez que un gradiente de presión o una velocidad de flujo la empuja. Los neuromastos superficiales responden principalmente a la velocidad del flujo local, mientras que los neuromastos canalizados, ubicados dentro del canal de la línea lateral, responden a los gradientes de presión y resultan más sensibles a las variaciones del flujo a lo largo del tiempo.

La línea lateral funciona, en conjunto, como un detector de campo de presión dinámico distribuido a lo largo de todo el cuerpo del pez: registra la distribución de presión sobre la superficie de ese cuerpo, y de esa distribución de presión se puede recuperar información sobre la estructura del flujo que rodea al pez, incluida la posición, el tamaño y la velocidad de objetos cercanos, de depredadores, de presas, e incluso la ola de presión que deja otro pez del mismo cardumen al nadar. Inferir la fuente de una perturbación a partir de las señales de presión que la línea lateral registra es un problema inverso, análogo al método de síntesis de apertura que usan el radar y el sonar para reconstruir la posición de un objeto a partir de las señales que reciben.

La sensibilidad de cada neuromasto puede modelarse como la de un oscilador amortiguado: su cúpula tiene una masa efectiva propia, una rigidez que le imponen las fibras que la conectan al tejido circundante, y un amortiguamiento que le impone la viscosidad del fluido que la rodea.

La forma en que ese neuromasto responde a distintas frecuencias es la propia de un sistema de segundo orden, caracterizado por una frecuencia natural que depende de la raíz cuadrada del cociente entre la rigidez y la masa efectiva de la cúpula, y por un factor de calidad que depende de la raíz cuadrada del producto entre esa rigidez y esa masa, dividido por el amortiguamiento del sistema. Los neuromastos superficiales están críticamente amortiguados y tienen una frecuencia natural baja, de apenas entre uno y diez hercios, mientras que los neuromastos canalizados tienen una respuesta mucho más plana a lo largo de un rango de frecuencias que llega hasta doscientos hercios.

El comportamiento esperado de la línea lateral es que su umbral de detección de la velocidad del flujo es tan bajo como un micrómetro por segundo, y que gracias a esa sensibilidad extrema puede detectar presas inmóviles en completa oscuridad a distancias de entre una y dos longitudes del propio cuerpo del pez, extrayendo esa información del mismo campo de presión dinámico distribuido que se describió al comienzo de este modelo.

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