Cómo trepan las serpientes sin extremidades?

Los animales hacen las cosas más sorprendentes. Léelas en esta serie de Janaki Lenin.

Una serpiente arbórea marrón trepa por un poste con estacas. Crédito: Bruce Jayne

Las serpientes trepan por los árboles sin ayuda de manos, pies, garras o almohadillas pegajosas en los dedos. También se arrastran, excavan, nadan e incluso se deslizan por el aire. Hagan lo que hagan, su plan corporal no se altera. Las serpientes acuáticas no tienen aletas, las serpientes voladoras no tienen alas, ni las serpientes excavadoras tienen garras. Pero han modificado sus cuerpos de forma sutil. Las trepadoras especializadas en árboles son delgadas y tienen colas largas, a menudo prensiles, capaces de enroscarse en las ramas. Las trepadoras terrestres, como las boas constrictoras, son más pesadas y tienen colas cortas. Todas las serpientes marinas se propulsan con colas planas en forma de remo.

Las serpientes trepan doblando y flexionando toda la longitud de sus cuerpos tubulares. Sus vientres brillantes pueden parecer inadecuados para trepar, pero se deslizan sobre la áspera corteza de los árboles. Si fueran rugosas, causarían fricción y ralentizarían el avance de los reptiles.

Los troncos de los árboles van de lisos a rugosos. Los troncos lisos y las paredes que no proporcionan ningún punto de apoyo derrotan a algunas serpientes. Los trepadores de árboles consumados, como las serpientes rata occidentales, evitan subir a los árboles de corteza lisa en todo Estados Unidos.

Las serpientes arborícolas pardas del Pacífico Sur se encuentran entre la élite de los trepadores de árboles. Durante la Segunda Guerra Mundial, invadieron la isla de Guam, en el Pacífico, como polizones en barcos de carga. Sin depredadores que las mantuvieran a raya, su número se descontroló. Ninguna parte de la isla está a salvo de ellas. Las serpientes ya han diezmado las especies autóctonas de aves y mamíferos. Y provocan apagones al trepar por los postes eléctricos y causar cortocircuitos.

¿Cuál es el secreto de su excepcional habilidad para trepar?

Una serpiente arbórea marrón trepa por un poste resbaladizo. Crédito: Bruce Jayne

Un profesor de biomecánica, Bruce Jayne, y sus estudiantes de la Universidad de Cincinnati (EE.UU.) realizaron un experimento. Pusieron a prueba a las robustas boas constrictoras, a las serpientes del maíz de peso medio y a las esbeltas y ágiles serpientes arbóreas marrones. Las serpientes del maíz son polifacéticas y cazan tanto en tierra como en los árboles. Las 37 candidatas tenían el mismo tamaño, entre un metro y metro y medio de longitud.

Los investigadores simularon diferentes texturas de troncos de árboles clavando clavijas en cilindros lisos. Las clavijas estaban casi al ras de los postes o sobresalían hasta 4 cm. Los investigadores también cambiaron el grado de inclinación del cilindro de horizontal a vertical. Observaron cómo se comportaban las serpientes a medida que aumentaba la inclinación y disminuía la longitud de las clavijas. En total, los investigadores realizaron unos 10.000 ensayos.

Cuando las clavijas eran altas y las inclinaciones superficiales, las serpientes trepaban con normalidad, empujándose contra las clavijas y subiendo en zig-zag.

La parte más difícil del experimento para todas las serpientes fue trepar por un cilindro casi vertical sin clavijas. Entonces recurrieron a un tipo único de locomoción llamado concertina. Daban dos o tres vueltas al cilindro, se estiraban hacia delante y volvían a dar vueltas, mientras arrastraban la parte inferior del cuerpo hacia arriba. Como este modo de andar requiere más esfuerzo para no resbalar, las serpientes avanzaban lentamente.

En cuanto los investigadores proporcionaron las clavijas más cortas, de 1 mm. de longitud, las serpientes arborícolas pardas se deslizaron con su marcha sinuosa normal. Pero las boas constrictoras y las serpientes del maíz, sin embargo, avanzaron a trompicones hasta que las clavijas fueron lo suficientemente largas como para hacer palanca con sus cuerpos hacia arriba.

Aunque las boas constrictoras fueron las más lentas, utilizaron su fuerza muscular para agarrarse y trepar por el poste. Los investigadores afirman que las serpientes hacen frente a las diferentes estructuras modificando su comportamiento.

La locomoción de la concertina consume siete veces más energía que la ondulación sinuosa normal. Probablemente por eso las serpientes arbóreas pardas de Guam evitan trepar por los postes eléctricos, dice Jayne. En su lugar, trepan por los finos cables tensores que sostienen los postes.

Las serpientes arborícolas prefieren ahorrar energía y recurrir al estilo concertina lo menos posible. ¿Qué les da a las serpientes arborícolas pardas la capacidad de trepar por pendientes pronunciadas con poco apoyo?

Las escamas del vientre de las serpientes arborícolas se extienden a lo ancho del cuerpo. En otras serpientes, como las boas constrictoras, estas escamas son más cortas y no cubren todo el vientre. Estas escamas se superponen unas a otras como las tejas dispuestas en un tejado.

Los herpetólogos saben desde hace tiempo que las serpientes trepadoras de árboles, como las serpientes arborícolas de espalda de bronce, las serpientes voladoras y algunas serpientes lobo de Asia, tienen una muesca a cada lado de las escamas del vientre. Las serpientes arborícolas pardas también las tienen. Esto les ayuda a crear un pliegue donde las escamas del vientre se unen a las pequeñas escamas que cubren su espalda. Este pliegue, llamado quilla ventrolateral, se agarra a la más mínima irregularidad en árboles y paredes. Las escamas superpuestas actúan como los dientes de un engranaje, excepto que apuntan hacia atrás.

Vistas ventrolaterales de las tres especies de estudio que muestran la variación en la forma y la morfología de las escamas ventrales. (A) Boa constrictor. (B) Serpiente del maíz. (C) Serpiente arbórea marrón. Crédito: Bruce Jayne

«Nuestro hallazgo más notable es cómo la quilla ayuda a evitar el deslizamiento y permite a las serpientes utilizar un tipo de arrastre que no sólo es rápido sino que probablemente también ahorra energía», dice Jayne. «Esto es más importante a medida que aumenta la inclinación de la superficie. Por ejemplo, las serpientes arborícolas pardas fueron capaces de trepar en línea recta por un cilindro vertical empujando sólo contra clavijas de apenas 1 mm de altura».

Los escaladores utilizan dispositivos de aseguramiento para frenar una caída. Los dispositivos de aseguramiento de las serpientes son estos agudos pliegues del vientre. Las serpientes de maíz también tienen un poco de borde, pero no es tan pronunciado como el de las serpientes de árbol marrón. Sin esta ingeniosa característica, las boas constrictoras invierten su fuerza y energía trepando al estilo de las concertinas por postes resbaladizos.

Este pliegue cambia la forma de la sección transversal de las serpientes. La mayoría de las serpientes, como las boas constrictoras, tienen una sección transversal casi redonda. Las serpientes de maíz se parecen a una barra de pan: la parte superior es redondeada, mientras que la parte inferior tiene esquinas. En las serpientes arbóreas marrones, el pliegue se proyecta bruscamente hacia fuera del cuerpo.

Los cuerpos de las serpientes no están hechos para trepar, ya que rodarían por las ligeras protuberancias. Incluso las esbeltas serpientes arborícolas pardas pierden su capacidad de trepar cuando sus vientres están cargados de comida o huevos.

Los hallazgos de este experimento plantean más preguntas. «Algunas serpientes, como las serpientes planeadoras del género Chrysopelea, pueden formar una cresta aún más afilada a lo largo de su vientre que las serpientes arbóreas marrones», dijo Jayne a The Wire. «Pero aún nos faltan datos experimentales que prueben su capacidad para trepar por diferentes superficies con una amplia variedad de texturas».

Jayne espera poner en práctica los resultados de este experimento en el mundo real. Propone diseñar un material a prueba de serpientes arbóreas que impida a las serpientes arbóreas pardas trepar a determinados árboles o postes en Guam. Por ejemplo, protegiendo los cables de los postes eléctricos se evitarían los cortes de energía, y envolviendo el material alrededor de los árboles se protegerían los nidos de aves vulnerables de la depredación.

«A las serpientes arborícolas pardas les resulta tremendamente difícil trepar por los tubos de PVC de más de 10 cm de diámetro si la pendiente es superior a 45 grados», dice Jayne. «Algunos estudios más antiguos realizados por otros descubrieron que afeitar la corteza de los troncos de los árboles para hacerla más lisa puede ser muy eficaz para evitar que ciertas especies de serpientes rata norteamericanas trepen y accedan a los troncos de los árboles. Sin embargo, aún no sabemos si este enfoque podría hacer que un tronco de árbol fuera lo suficientemente liso como para evitar que las serpientes de árbol marrón trepen por una superficie natural tan modificada. Sin embargo, creo que ambos enfoques son muy prometedores y definitivamente merecen una investigación de seguimiento para probar directamente la eficacia en condiciones de campo.»

Además, Jayne desarrolla robots con diseños bioinspirados en colaboración con ingenieros. Los robots que imitan a las serpientes pueden trepar por el interior de tuberías y espacios reducidos que, de otro modo, serían difíciles de maniobrar para los humanos y los robots con ruedas.

Dado que la locomoción concertada es costosa en energía, ¿la utilizaría en los diseños de robots?

«Muy a menudo los parámetros de diseño distintos de la economía energética son de importancia primordial», responde Jayne. «Si un tipo de movimiento es económico, puede ser inútil si no permite a un animal o a una máquina moverse en una superficie determinada. Por ejemplo, todas las serpientes de nuestro estudio utilizaron la locomoción concertina en los cilindros lisos y empinados que carecían de clavijas, y el agarre por fricción es una estrategia muy eficaz para evitar el deslizamiento en tales circunstancias.»

El estudio se publicó en el Journal of Experimental Biology el 17 de diciembre de 2015.

Janaki Lenin es autora de Mi marido y otros animales. Vive en un bosque con el hombre serpiente Rom Whitaker y tuitea en @janakilenin.