Por el Dr. Elio M rivera
En las aguas tranquilas de manglares, estuarios y ríos del sudeste asiático y otras regiones cercanas vive un pequeño pez que posee una manera extraordinaria de conseguir alimento. Nada lentamente cerca de la superficie mientras observa las ramas y hojas situadas fuera del agua. Allí puede encontrarse un insecto descansando, aparentemente fuera de su alcance.
El pez no puede trepar hasta la rama ni perseguir a su presa por el aire. Sin embargo, dispone de otra estrategia. Se coloca debajo del insecto, orienta cuidadosamente su cuerpo, aproxima la boca a la superficie y dispara un potente chorro de agua. Si alcanza el objetivo, el insecto pierde el equilibrio, cae al agua y el pez lo captura rápidamente.
Se trata del pez arquero, nombre utilizado para diferentes especies de la familia Toxotidae. Su capacidad resulta mucho más compleja de lo que inicialmente parece. Para derribar una presa necesita localizarla fuera del agua, calcular correctamente su posición a pesar de la refracción de la luz, orientar el disparo, producir un chorro suficientemente potente y anticipar dónde caerá el insecto para llegar antes que otros peces.
Una pequeña acción que dura apenas unos instantes requiere visión, física, coordinación muscular, aprendizaje y precisión trabajando conjuntamente.
El pez arquero un organismo que caza presas de otro mundo
El pez arquero enfrenta un problema poco común. Él permanece bajo el agua, pero muchas de sus presas están en el aire.
Esto significa que sus ojos deben observar objetos a través de la superficie que separa dos medios diferentes.
Cuando la luz pasa del aire al agua cambia de velocidad y dirección. Este fenómeno se conoce como refracción.
Nosotros mismos podemos observarlo introduciendo parcialmente un lápiz dentro de un vaso con agua. El lápiz parece doblarse precisamente porque la luz cambia de dirección al atravesar la superficie.
Para el pez arquero, este fenómeno no es una curiosidad de laboratorio.
Es un problema que necesita resolver cada vez que apunta hacia una presa.
El pez arquero, calculando donde se encuentra su presa
El insecto no está exactamente donde parece
Cuando el pez observa un insecto situado sobre una rama, la luz procedente de esa presa atraviesa primero el aire y después entra en el agua.
Al cambiar de dirección, puede modificar la posición aparente del objeto.
Si el pez simplemente disparara hacia donde parece encontrarse el insecto sin compensar correctamente esa diferencia, podría fallar.
Por eso su sistema visual y su comportamiento permiten responder a la geometría creada por la refracción.
El desafío aumenta cuando la presa no está directamente encima del pez, porque el efecto óptico depende del ángulo desde el cual se observa.
Antes de lanzar una sola gota, el pez ya enfrenta un problema de óptica.
Una posición puede simplificar el problema
Existe una manera de reducir la dificultad producida por la refracción.
Cuando el pez puede colocarse aproximadamente debajo de la presa y observarla con un ángulo cercano a la perpendicular respecto de la superficie, la desviación de la luz disminuye.
Los peces arqueros pueden utilizar posiciones favorables para realizar sus disparos.
Sin embargo, también son capaces de alcanzar objetivos desde distintos ángulos, lo que demuestra que su capacidad no depende exclusivamente de situarse directamente debajo del insecto.
Los experimentos han mostrado que estos peces pueden aprender relaciones entre posiciones, distancias y trayectorias.
No estamos observando solamente una boca que expulsa agua.
Estamos observando un sistema sensorial capaz de guiar esa acción.
¿Cómo fabrica el pez una pistola de agua?
El mecanismo utilizado para disparar es extraordinariamente sencillo en apariencia.
Dentro de la boca existe un surco relacionado con el paladar. La lengua puede colocarse de manera que contribuya a formar un conducto estrecho.
Al cerrar las estructuras apropiadas y comprimir rápidamente el agua dentro de la cavidad bucal, el pez dirige el líquido hacia el exterior.
La boca funciona temporalmente como una pequeña boquilla.
El resultado es un chorro dirigido hacia el objetivo.
Pero producir agua hacia arriba no sería suficiente. El chorro necesita conservar suficiente cohesión y fuerza para alcanzar al insecto y hacerlo caer.
El chorro se vuelve más poderoso mientras avanza
Esta es una de las características más sorprendentes del sistema.
Los investigadores descubrieron que el pez arquero no necesariamente expulsa toda el agua exactamente a la misma velocidad. Puede modificar el flujo durante el disparo de manera que el agua emitida posteriormente viaje más rápido que parte del agua expulsada anteriormente.
Las porciones posteriores comienzan entonces a alcanzar a las anteriores.
Como resultado, una cantidad mayor de agua puede concentrarse cerca del extremo del chorro cuando llega a la presa.
El efecto incrementa la fuerza del impacto.
Es una solución extraordinaria: el pez no depende solamente de producir un chorro fuerte; controla la dinámica del agua para concentrar el golpe cerca del objetivo.
La distancia también importa
No es lo mismo derribar un insecto situado muy cerca de la superficie que alcanzar uno colocado bastante más arriba.
Conforme aumenta la distancia, el agua pierde velocidad, la gravedad modifica su trayectoria y pequeñas imprecisiones en el ángulo producen errores mayores.
El pez necesita ajustar su disparo.
Estudios experimentales han demostrado que puede modificar características del chorro según la distancia del objetivo.
Esto significa que el comportamiento no consiste en repetir siempre exactamente el mismo movimiento.
El disparo se adapta a las circunstancias.
Una boca utilizada como herramienta
La boca de un pez normalmente se relaciona con capturar y procesar alimento, mover agua hacia las branquias y otras funciones.
En el pez arquero aparece una posibilidad adicional.
La misma cavidad bucal participa en la construcción de una herramienta hidráulica temporal.
Lengua, paladar, músculos y agua trabajan juntos para producir el disparo.
No existe una estructura semejante a un arma separada del cuerpo.
El propio sistema oral se convierte durante unos instantes en un mecanismo capaz de proyectar agua con precisión.
Pero acertar al insecto es solamente la mitad del problema
Imaginemos que el pez dispara correctamente.
El insecto cae.
Todavía no ha terminado la competencia.
Otros peces pueden encontrarse cerca y también intentar capturarlo.
Por eso el arquero necesita reaccionar inmediatamente.
En cuanto la presa comienza a caer, el pez puede iniciar un movimiento rápido hacia el punto donde espera que llegue al agua.
Esto introduce otro problema fascinante.
Ahora necesita anticipar dónde caerá el insecto.
El pez arquero es capaz de predecir dónde caerá la presa
Investigaciones experimentales han demostrado que los peces arqueros pueden iniciar movimientos hacia el lugar esperado de caída en un tiempo extraordinariamente breve.
La posición inicial del insecto y su trayectoria proporcionan información que permite orientar la respuesta.
El pez no necesita esperar hasta que la presa toque el agua para comenzar a perseguirla.
Puede anticiparse.
Esto aumenta considerablemente sus posibilidades de llegar primero.
La capacidad resulta especialmente importante cuando varios peces están esperando debajo de la misma rama.
Ver un objeto en movimiento
Los peces arqueros también han llamado la atención de neurobiólogos porque poseen capacidades visuales notables.
No solamente disparan hacia insectos inmóviles. Pueden aprender a responder a diferentes formas y movimientos, distinguir objetivos y ajustar su comportamiento según lo observado.
El cerebro necesita procesar rápidamente información visual procedente de un ambiente situado fuera del agua.
Después debe transformar esa información en órdenes musculares precisas.
Los ojos detectan.
El cerebro procesa.
El cuerpo se orienta.
La boca dispara.
Y todo sucede en cuestión de instantes.
La superficie del agua funciona como una ventana
Desde debajo del agua, el mundo exterior presenta una apariencia muy diferente.
Debido a las propiedades de la refracción, un pez puede observar una región del mundo situado sobre la superficie dentro de un campo visual comprimido conocido en óptica como ventana de Snell.
Árboles, cielo, ramas e insectos aparecen dentro de esa ventana visual.
Para nosotros puede resultar extraño imaginar el mundo desde esa perspectiva.
Para el pez arquero es su ambiente cotidiano.
Su sistema visual funciona dentro de esas condiciones y le permite localizar objetivos situados fuera de su propio medio.
Aprender observando a otros
Una de las capacidades más interesantes demostradas experimentalmente en peces arqueros es el aprendizaje.
Investigadores han observado que determinados individuos pueden mejorar su desempeño con la experiencia. Incluso existen experimentos en los que peces que observaron a otros realizar una tarea posteriormente mejoraron su capacidad para resolverla.
Esto demuestra que el comportamiento del pez arquero posee una flexibilidad mayor de la que podríamos esperar de un animal con un cerebro relativamente pequeño.
La experiencia modifica su desempeño.
La precisión puede mejorar.
El animal aprende.
Un cerebro pequeño no significa una tarea sencilla
Con frecuencia tendemos a relacionar inteligencia exclusivamente con el tamaño del cerebro.
El pez arquero nos invita a ser más cuidadosos.
Su sistema nervioso necesita resolver tareas específicas con enorme eficacia. Debe procesar imágenes procedentes de fuera del agua, coordinar movimientos y ajustar el comportamiento según diferentes circunstancias.
No significa que piense matemáticamente acerca de la refracción o calcule ecuaciones de trayectoria.
No necesita hacerlo.
Su sistema nervioso produce respuestas apropiadas a las condiciones físicas que encuentra.
La capacidad de resolver una tarea no exige comprender conscientemente las leyes que la describen.
El pez no conoce la ley de Snell
Los seres humanos necesitaron estudiar óptica para describir matemáticamente cómo cambia la dirección de la luz al atravesar dos medios.
La relación se expresa mediante la conocida ley de Snell.
El pez arquero obviamente no conoce esa ecuación.
Sin embargo, su comportamiento funciona dentro de las mismas leyes físicas.
Esto hace especialmente fascinante su estudio.
La física describe las reglas.
La anatomía y fisiología del pez le permiten actuar correctamente dentro de ellas.
Cuando la biología y la física trabajan juntas
Para derribar un solo insecto deben intervenir numerosos componentes.
El ojo necesita captar correctamente la luz.
El sistema nervioso debe interpretar la posición del objetivo.
Los músculos orientan el cuerpo.
La lengua y el paladar forman el conducto.
Los músculos de la boca generan presión.
El agua sale con una velocidad controlada.
El chorro atraviesa el aire.
La presa recibe el impacto.
Después, el pez calcula rápidamente hacia dónde dirigirse para capturarla.
Ningún componente aislado explica el comportamiento completo.
La maravilla aparece cuando todos trabajan juntos.
Una pequeña lección sobre aquello que creemos sencillo
Desde la orilla podríamos observar al pez lanzar agua y pensar que se trata simplemente de un curioso truco.
La ciencia permite mirar más profundamente.
Primero aparece la refracción.
Después la orientación visual.
Luego la biomecánica de la boca.
A continuación la dinámica del chorro.
Finalmente encontramos predicción, competencia y aprendizaje.
Una conducta de pocos segundos contiene varias áreas completas de estudio científico.
El salmista escribió:
“Grandes son las obras de Jehová, buscadas de todos los que las quieren.”
(Salmo 111:2)
El pez arquero demuestra cuánto puede encontrarse cuando realmente comenzamos a buscar.
Un cazador que utiliza el agua como herramienta
El libro de Job declara:
“Y en efecto, pregunta ahora a las bestias, y ellas te enseñarán; a las aves de los cielos, y ellas te lo mostrarán.”
(Job 12:7)
También podríamos mirar hacia los peces.
La Biblia no pretende explicar la refracción, describir la dinámica de fluidos o analizar el sistema visual del pez arquero. Estas preguntas corresponden a la óptica, la zoología, la neurobiología y la biomecánica.
Las Escrituras, sin embargo, nos invitan a contemplar las criaturas y reconocer la sabiduría presente en ellas:
“¡Cuán innumerables son tus obras, oh Jehová! Hiciste todas ellas con sabiduría; la tierra está llena de tus beneficios.”
(Salmo 104:24)
El pez arquero constituye un magnífico ejemplo. Vive debajo de la superficie, pero encuentra parte de su alimento por encima de ella. Sus ojos observan a través de dos medios diferentes. Su sistema nervioso responde a los efectos de la refracción. Su boca transforma agua en un proyectil controlado y la dinámica del chorro ayuda a concentrar el impacto sobre una presa diminuta.
Después de acertar todavía debe reaccionar. El insecto comienza a caer y el pez se dirige rápidamente hacia el lugar donde espera encontrarlo.
Todo puede ocurrir en apenas unos segundos.
Desde la perspectiva bíblica, comprender estos mecanismos no disminuye el asombro; lo aumenta. El pez arquero nos recuerda que la sabiduría del Creador puede contemplarse incluso en un pequeño pez que mira hacia una rama, localiza un insecto desde debajo del agua y convierte unas cuantas gotas en una herramienta extraordinariamente precisa para conseguir su alimento.
Referencias
Escrituras consultadas
- Génesis 1:20-23.
- Job 12:7-10.
- Salmo 104:24-25.
- Salmo 111:2.
- Proverbios 3:19.
Bibliografía científica
- Schuster, S. Investigaciones sobre comportamiento, visión y mecanismos de caza del pez arquero.
- Rossel, S., Corlija, J. & Schuster, S. Estudios sobre compensación de la refracción y orientación visual.
- Timmermans, P. J. A. Estudios sobre conducta de disparo y captura de presas en peces arqueros.
- Gerullis, P. & Schuster, S. Investigaciones sobre dinámica y control de los chorros de agua.
- Helfman, G. et al. The Diversity of Fishes: Biology, Evolution, and Ecology. Wiley-Blackwell.
Investigación científica especializada
- Schuster, S. et al. Estudios experimentales sobre la capacidad del pez arquero para compensar los efectos ópticos de observar presas desde debajo del agua.
- Rossel, S. et al. Investigaciones sobre selección de ángulos y precisión visual durante el disparo.
- Gerullis, P. & Schuster, S. Estudios sobre control temporal del flujo de agua y concentración de fuerza en el extremo del chorro.
- Schlegel, T. & Schuster, S. Investigaciones sobre anticipación del punto de caída de las presas.
- Schuster, S., Wöhl, S., Griebsch, M. & Klostermeier, I. Estudios experimentales sobre aprendizaje y observación en peces arqueros.
Organizaciones y recursos científicos
- Smithsonian Institution. Recursos científicos sobre peces, comportamiento y biodiversidad acuática.
- Society for Experimental Biology. Investigaciones sobre biomecánica y fisiología animal.
- Max Planck Society. Investigación en neurobiología y comportamiento animal.
- University of Bayreuth. Estudios especializados sobre comportamiento y neurobiología del pez arquero.
- FishBase. Información científica sobre distribución, hábitat y biología de especies de la familia Toxotidae.
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