La potencia necesaria para el vuelo de las aves

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El libro del vuelo de las aves se encuentra disponible impreso y en edición electrónica, para localizarlo haga click en el siguiente enlace: libros de Francisco Escartí

 

La aguja colipinta o becasina de cola barrada (limosa lapponica), en invierno, es un pájaro poco llamativo. Las plumas del pecho y la barriga de color blancuzco, el dorso gris y el cuerpo sobre dos patas no muy largas para ser un ave zancuda, le confieren un aspecto insignificante. Algo más distinguido se presenta durante la época de la reproducción, con el pecho de color rojo ladrillo. Tiene un pico muy largo, curvo hacia abajo y rosado en la punta, con el que atrapa insectos y pequeños crustáceos en las marismas arenosas donde vive, aunque también se alimenta con algunas plantas. Las hembras son más grandes que los machos que pesan unos 300 gramos, sus alas se extienden de punta a punta alrededor de 75 centímetros y su cuerpo mide unos 40 centímetros de longitud.

La becasina de cola barrada pone cuatro huevos en nidos escondidos entre los matorrales y los incuba durante veintiocho días. De mayo a octubre se ocupa de la reproducción y la crianza, época en la que vive en algunos lugares del oeste de Europa, las costas del Ártico, los países Escandinavos, Siberia y Alaska. Pasa el invierno en África occidental, el oeste de Europa o Nueva Zelanda y Australia y regresa en abril o principios de mayo a sus cuarteles de verano para reproducirse. Los viajes migratorios los hace en bandadas.

En 1985 y 1986, Theunis Piersma y Joop Jukema, observaron los vuelos migratorios de becasinas de cola barrada que invernaban en el Banco de Arguin en la costa Atlántica de Mauritania y pasaban la época de crianza en el Mar de las islas Wadden (Holanda). El vuelo desde África lo iniciaban estos pájaros entre el 25 y 27 de abril y llegaban al mar de Wadden del 27 al 3 de mayo. Para salvar tan considerable distancia, las becasinas se sometían en África a una dieta de engorde que les permitiese abordar la excursión con suficiente grasa en el cuerpo. La dieta hipercalórica —con la que ganaban 2,8 gramos diarios de peso los machos (y 3,5 las hembras)— comenzaba en marzo. Resulta llamativo que a su llegada a Holanda recuperaban el peso con mayor rapidez: 5,6 gramos diarios los machos y 7,5 las hembras; cuando aterrizaban en el Wadden estaban realmente flacos y tenían mayor necesidad de engordar.

Para el efectuar el viaje, de más de 4000 kilómetros, las becasinas no siguen la trayectoria más corta (ortodrómica) ni la que se corresponde con un rumbo constante (loxodrómica). Estos pájaros tienen en cuenta las corrientes de aire y ajustan su trayectoria para beneficiarse de los vientos favorables. El viento, normalmente, sopla con una intensidad y dirección, que varía con la altura, por lo que las becasinas tienen que acomodar su nivel de vuelo a estas variaciones para aprovechar la energía eólica. De hecho, a baja altitud, los vientos dominantes entre África y Holanda, a lo largo de la trayectoria que tienen que seguir las aves migratorias en primavera, son de componente norte, desfavorables a sus intereses.

Piersma y Jukema supusieron que sus pájaros eran capaces de estimar su velocidad observando un punto fijo en tierra, volar a alturas de 5000 metros y detectar la eficiencia de su vuelo para elegir el nivel óptimo. Si eso era cierto, los pájaros serían capaces de encontrar la trayectoria más eficiente. Los científicos estimaron —analizando la información meteorológica— que dicha ruta se encontraba ligeramente al este de la ortodrómica, tenía una longitud de 4300 kilómetros y se hallaba a 5500 metros de altura. A ese nivel, los pájaros podrían beneficiarse de un viento en cola de 18,1 kilómetros por hora. Como sabían que las becasinas, con el viento en calma, acostumbraban a volar a 57 kilómetros por hora en las migraciones, la velocidad con respecto a tierra a lo largo de esa ruta sería de 75 km/h, por lo que tardarían en recorrerla 57,3 horas.

De la evaluación de las diferencias de peso entre las aves que partieron de África y las que llegaron Holanda, determinaron que en el viaje las becasinas perdieron un promedio de 136 gramos de peso, los machos, y 178 gramos las hembras. Parte de esta masa es grasa (aproximadamente un 50%) que es la que aporta la energía necesaria para que trabajen los músculos. Con estos datos, Piersma y Jukema, estimaron que la energía liberada por la grasa consumida era de 3163 kilo julios en los machos y 3857 kilo julios en las hembras. Esta energía, durante el vuelo de 57,3 horas, equivale a una potencia de 55 kj/hora (15,6 vatios los machos) y 67 kj/hora (18,6 vatios las hembras).

En definitiva: las becasinas necesitan unos motores de 15-20 vatios, funcionando de modo interrumpido durante 57,3 horas para efectuar su largo viaje primaveral desde África a Holanda.

Piersma y Jukema compararon sus resultados, empíricos, con los que se obtienen mediante el cálculo de la potencia necesaria para el vuelo con nueve métodos distintos. En ocho de estos métodos la potencia se calcula con una fórmula en la que interviene la masa del animal, a lo que se añade, en algunos casos, otras características del volador como la superficie alar o la envergadura. Las fórmulas tratan de representar una función que se ajuste lo más posible a los datos que se han obtenido en una serie de experimentos con pájaros reales volando en túneles de viento o al aire libre. Estos ocho métodos se fundamentan en resultados de ensayos en los que se ha medido la potencia necesaria para el vuelo con distintos pájaros de diferente masa. En todos ellos, el elemento fundamental a tener en cuenta es la masa del pájaro y, en algunos, únicamente se utiliza esta variable. Hay otros en los que también se toma en consideración la superficie y la envergadura de las alas del pájaro. En todos los métodos las fórmulas expresan que la potencia necesaria para el vuelo es proporcional a la masa elevada a un exponente (alrededor de 0,66, si solo interviene la masa). Por tanto, la masa del volador es el elemento principal que se emplea en dichas fórmulas, que se resolvieron con un valor de 340,5 gramos, igual a la media de la masa de las hembras que participaron en el experimento anterior. El valor medio de la potencia hallada, al aplicar estos métodos, es de 75 Kj/hora (20,8 vatios); una cifra bastante próxima a la que obtuvieron Piersma y Jukema en su estudio: 67 kj/hora (18,6 vatios). Además de calcular la potencia necesaria para el vuelo, por estos ocho métodos basados en mediciones reales, los autores del experimento también aplicaron el modelo aerodinámico de Pennycuick (1989) que predecía una potencia de 73,5 Kj/h (20,4 vatios) si el pájaro volaba a su velocidad de potencia mínima, o de 92,5 Kj/h (25,7 vatios) si lo hacía a la velocidad de máximo alcance.

Los resultados del experimento de Piersma y Jukema estaban completamente en línea con los que podían obtenerse aplicando todo el conocimiento que, hasta ese momento, se tenía del vuelo de los pájaros. Es muy probable que la becasina desarrolle esos 20 vatios de potencia para efectuar su vuelo migratorio de primavera, de África a Holanda, por lo que el experimento no causó ninguna sorpresa. Tuvieron que transcurrir poco más de 20 años para que la becasina de cola barrada ocupara la primera plana de muchos periódicos.

En el año 2007, el biólogo norteamericano Bob Gill y Phil Battley, de la Universidad Massey de Nueva Zelanda, siguieron vía satélite el vuelo de 16 becasinas, a las que les habían colocado un equipo electrónico de seguimiento, desde Nueva Zelanda hasta el Mar Amarillo en China. Aunque la distancia es de 9 575 kilómetros, los pájaros efectuaron una ruta, sin escalas, de 11 026 kilómetros. Se trataba del vuelo animal más largo que jamás se había registrado. Aunque algunos científicos suponían que estos vuelos ocurrían en la realidad, no se pudieron constatar hasta que los ornitólogos dispusieron de radiolocalizadores con baterías de larga duración, suficientemente ligeros.

Fue un récord de corta duración. El estudio había terminado pero los transmisores siguieron instalados en los pájaros. Las baterías se agotaron tal y como estaba previsto, salvo la de una de las aves que continuaría emitiendo, vía satélite, su posición. A los científicos la suerte les deparaba una buena sorpresa. Las señales procedían del equipo que portaba una hembra de la bandada a la que se le había colocado el identificador E7. Después de reponerse en Asia, del largo vuelo desde Nueva Zelanda, reemprendió un viaje de 5000 kilómetros hasta Alaska. Allí pasó el verano y el 29 de agosto voló, sin hacer ninguna escala intermedia desde la península de Avinof,en la Alaska occidental, hasta el río Piako, cerca de Thames, en Nueva Zelanda. En total había recorrido 11 680 kilómetros, en 8,1 días, y su vuelo estableció otro nuevo record.

¿Cómo es posible volar durante casi nueve días consecutivos a más de 50 kilómetros por hora, sobre el mar, y acertar con un destino elegido que se encuentra a más de 11 000 kilómetros de distancia del punto de partida? Unas 70 000 becasinas lo hacen todos los años, de Alaska a Nueva Zelanda. Es un viaje peligroso, los expertos consideran que la mitad de las aves migratorias que recorren largas distancias perecen en el viaje; quizá un modo de reducir esta tasa de mortalidad consista en efectuar el traslado en una sola etapa.

Según Phil Battley, durante el vuelo pierden un 50% de su peso, saben dormir con la mitad del cerebro despierto, conocen las estrellas del cielo y su posición a lo largo de la noche, en ambos hemisferios, y son capaces de tomar la altura del sol durante el día.

El régimen general de vientos les favorece, con la excepción del tramo inicial. Esta dificultad la resuelven esperando a que se forme algún ciclón en el Golfo de Alaska para empezar el viaje. Una vez que llegan a la zona de los alisios, en ambos hemisferios, las corrientes les serán favorables. El peor tramo lo pasan en la zona ecuatorial por la falta de vientos, y allí se ven obligados a batir con más frecuencia las alas para mantener la velocidad de crucero.

Pero, lo más sorprendente es que desde aquel descubrimiento hemos aprendido que la aguja café o zarapito pico recto (limosa haemastica) que normalmente emigra de América del Norte a América del Sur, hay veces que se confunde: siempre hay alguna que aterriza en Nueva Zelanda como si de una becasina de cola barrada se tratase. Aún más, al parecer, el chorlito dorado (pluvialis fulva) también es capaz de volar de Alaska a Australia, a través del Pacífico, sin escalas. Por lo que la becasina no es el único pájaro capaz de cruzar, sin detenerse, el océano Pacífico.

Si comparamos los vuelos de las becasinas de Piersma y Joop Jukema, de Mauritania a Holanda, con el de la hembra E7, de Alaska a Nueva Zelanda, que observaron Gill y Battley en 2007, surgen preguntas difíciles de responder. Este último vuelo, tuvo una duración (194 h), casi tres veces superior a los primeros (57,3 h), en los que el consumo de masa de las hembras fue de 178 gramos de media. El peso de E7, al despegar de Alaska podía rondar los 600 gramos, incluidos los 27 gramos del equipo electrónico de seguimiento que llevaba a cuestas. Según el ingeniero aeronáutico francés, Breguet, el radio máximo de acción de un aeroplano depende de la relación entre sustentación (peso) y resistencia al avance (L/D) y el porcentaje de su peso de despegue atribuible al combustible. Da igual el peso total del aparato y no importa la velocidad de vuelo. Creo que, en términos generales, el criterio puede extenderse a los pájaros. E7 y sus colegas, que vuelan entre el Alaska y Nueva Zelanda, parece que son un poco más grandes que las becasinas que estudiaron Piersma y Jukema y quizá su morfología les otorgue alguna mejora en cuando al factor (L/D); también es posible que sus tejidos sean más ricos en grasas (mayor porcentaje de combustible en su masa al despegar). En cualquier caso, el factor (L/D) aumenta durante el vuelo en la medida en la que el pájaro adelgaza porque la superficie frontal disminuye. También es posible que estos pájaros elijan una velocidad de crucero (con respecto al aire) relativamente baja, más próxima a la de consumo mínimo que a la de máximo alcance, aprovechando que las corrientes de aire les aportan la velocidad adicional que necesitan para llegar a su destino volando a ese régimen.

La realidad, es que no sabemos cómo logran las becasinas, los zarapitos de pico recto y las agujas café, realizar ejercicios físicos que a escala humana resultan imposibles; pero, lo que sí parece cierto es que, para llevarlos a cabo, les basta un pequeño motor cuya potencia no debe exceder los 20 vatios.

Y es que la potencia que desarrollan las aves, para ejercer el vuelo moviendo las alas, oscila entre los 2 o 3 vatios que necesitan los pájaros pequeños como el jilguero o la golondrina común (19 gramos), hasta los casi 300 vatios de los más pesados, como el cisne blanco (10,8 kilogramos) y los gansos de gran tamaño. Pero, no es la potencia que son capaces de desarrollar lo que sorprende, sino el larguísimo tiempo que pueden sostenerla a costa de sus reservas energéticas y su extraordinaria habilidad para hacer un uso eficiente de ella.

7 comentarios el “La potencia necesaria para el vuelo de las aves

  1. Estimado Francisco , sorprendente el desarrollo de algunas aves y la manera de optimizar sus recursos energéticos , tal vez cuantas especies más tendrán sus ventajas en el vuelo que aún falta por estudiar.
    Cada publicación que realiza, es siempre muy cautivante, sobre todo en un tema tan bien analizado como el del vuelo de las aves , gracias por acercar estos temas al diario vivir, saludos

  2. Pingback: El vuelo de las aves | elsecretodelospajaros

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