Modos de locomoción y eficiencia

Por qué nadar, volar y correr tienen su propia física y costo energético, y qué hace que una forma de moverse sea más económica que otra.

Definition

Los modos de locomoción son las distintas formas en que los animales se propulsan —principalmente nadar, volar y la locomoción terrestre— y la eficiencia locomotora es la economía con la que cada modo mueve a un animal, comúnmente expresada como el costo de transporte, la energía requerida para transportar una unidad de masa corporal una unidad de distancia.

Scope

Este tema abarca los principales modos de locomoción animal y su eficiencia energética: la natación y la resistencia al moverse por el agua, el vuelo y la generación de sustentación, la locomoción terrestre y el uso de las marchas, y la comparación de estos modos mediante el costo de transporte. Trata cómo el medio, el tamaño corporal y la velocidad determinan la energía necesaria para recorrer una distancia determinada y por qué cada modo es eficiente bajo sus propias condiciones. La cobertura es comparativa y mecanicista.

Core questions

• ¿Qué fuerzas físicas dominan la natación, el vuelo y la carrera?
• ¿Cómo se mide y compara la eficiencia energética de la locomoción?
• ¿Por qué los animales utilizan diferentes marchas a diferentes velocidades?
• ¿Cómo determinan el medio y el tamaño corporal qué modo de movimiento es el más económico?

Key theories

Costo de transporte en los modos de locomoción

La energía para mover una unidad de masa corporal una unidad de distancia difiere sistemáticamente entre la natación, el vuelo y la carrera, siendo la natación generalmente la más barata y la carrera la más cara por distancia, y disminuye con el tamaño corporal dentro de cada modo.

Selección de la marcha por economía

Los animales terrestres cambian entre marchas como caminar, trotar y galopar a velocidades en las que cada una se vuelve la más económica, lo que refleja los cambios en la mecánica y el uso de energía de la locomoción con la velocidad.

Mechanisms

Cada modo de locomoción se enfrenta a diferentes fuerzas. Los nadadores deben superar la resistencia y la densidad del agua y generar empuje mediante ondulaciones o apéndices, logrando un bajo costo de transporte porque el agua soporta su peso. Los voladores deben generar sustentación para mantenerse en el aire, así como empuje para avanzar, lo que hace que el vuelo sea potente pero, por distancia, moderadamente económico para los animales que viajan lejos. Los animales terrestres soportan su peso contra la gravedad y aceleran y desaceleran sus extremidades y cuerpos con cada zancada, lo que hace que correr sea relativamente costoso, aunque el almacenamiento de energía elástica y la elección de la marcha reducen el gasto. La comparación de los modos con el costo de transporte muestra que, para un tamaño corporal dado, la natación es generalmente la más barata y correr la más cara, y que los animales más grandes se mueven de forma más económica por unidad de masa dentro de cada modo. Estos patrones explican por qué los animales están adaptados a medios y distancias de viaje particulares.

Clinical relevance

El estudio comparativo de la eficiencia locomotora contribuye a la comprensión del costo energético del movimiento, la marcha y el ejercicio, y guía el diseño de vehículos y robots eficientes. Esta entrada es material de referencia educativa y no proporciona orientación médica.

History

Las mediciones de Schmidt-Nielsen y Taylor sobre el costo energético de la locomoción en animales y modos establecieron el marco del costo de transporte, los estudios de Tucker sobre la energética del vuelo cuantificaron el costo de volar, y los análisis de Alexander sobre la marcha y la similitud dinámica explicaron por qué los animales se mueven como lo hacen.

Key figures

• Knut Schmidt-Nielsen
• Robert McNeill Alexander
• Charles Richard Taylor
• Vance Tucker

Seminal works

• schmidtnielsen1997
• alexander2003
• hill2016

Frequently asked questions

¿Cuál es la forma más eficiente energéticamente de moverse?

Para un tamaño corporal dado, la natación generalmente tiene el costo de transporte más bajo porque el agua soporta el peso del animal, mientras que correr tiende a ser lo más costoso por distancia recorrida.

¿Por qué los animales cambian de marcha a medida que aumentan la velocidad?

Cada marcha es más económica en un cierto rango de velocidades, por lo que los animales cambian de caminar a trotar y a galopar en los puntos donde la nueva marcha consume menos energía.