Si las patas de un tigre fuesen similares a las patas de una mangosta, tendrían que ser del tamaño de las patas de un hipopótamo para soportar el gran peso del felino. Pero no lo son.

Durante décadas, los investigadores han estado examinando cómo funcionan las patas de diferentes tamaños en el reino animal cuadrúpedo, pero hasta ahora han pasado por alto los «zapatos», estas suaves almohadillas en la parte inferior de la pata que soportan el peso del animal mientras camina y corre.

Una nueva investigación realizada por científicos en Taiwán y en la Universidad de Duke ha descubierto que las propiedades mecánicas de las almohadillas varían de manera predecible a medida que los animales se hacen más grandes. En resumen, las criaturas más grandes necesitan «zapatos» más rígidos.

Kai-Jung Chi, profesora adjunta de física en la Universidad Nacional de Chung Hsing en Taiwán, realizó una serie de «pruebas de compresión» cuidadosamente calibradas en las almohadillas de los carnívoros que tenían un dedo adicional en mitad de la pata delantera, incluidos los perros, lobos, gatos domésticos, leopardos y hienas. Ella estaba midiendo la rigidez relativa de las almohadillas en las especies – cuánto se deformaban bajo una determinada cantidad de compresión.

«La gente no había observado las almohadillas», dijo el co-autor V. Louise Roth, profesor asociado de biología y antropología evolutiva, que fue asesor de tesis de Chi en la Universidad de Duke. «Han estado examinado los huesos y los músculos, pero no ese tejido blando».

Ya sea que el animal esté corriendo, caminando o simplemente esté parado, la mayor parte del peso se apoya en la almohadilla en forma de trébol que se ubica detrás de los cuatro dedos de las patas, llamada almohadilla metapodial-falangeal, o almohadilla m-f. Está hecha de bolsas de tejido graso separadas por tabiques de colágeno. Chi disecó cuidadosamente las almohadillas de animales muertos (ninguno de los cuales fueron sacrificados para este estudio) a fin de poder introducirlas en el medidor de presión sin ningún tipo de estructuras circundantes.

Plasmado en un gráfico, el análisis de 47 especies carnívoras muestra que el área de la almohadilla m-f no aumenta su tamaño al mismo ritmo que el cuerpo. Sin embargo, la dureza de las almohadillas sí aumenta con el tamaño, evitando así que las patas de los animales más grandes sean poco manejables.

La masa del animal aumenta cúbicamente con su tamaño, pero las patas no crecen de la misma manera. «Un ratón y un elefante tienen mismos ingredientes», señaló Roth. «Entonces, ¿cómo se hace eso?»

Las investigaciones anteriores habían descubierto que las presiones sobre los huesos largos de las extremidades permanecen bastante constantes en todos los animales, en parte debido a los cambios en la postura, que distribuyen las presiones al momento de caminar diferente, señaló Roth. Pero eso claramente no era suficiente.

Los investigadores también encontraron que los animales más grandes tienen una marcada diferencia de rigidez entre las almohadillas de las extremidades delanteras y las almohadillas en las extremidades traseras. Los animales más grandes tienen almohadillas relativamente más suaves en sus patas traseras, mientras que los animales más pequeños cuentan con la misma rigidez en ambas patas.

Chi piensa que las suaves almohadillas en la pata posterior de los animales más grandes pueden ayudar a recuperar un poco de energía, y proporcionar un poco más de impulso a su propulsión. (Piense en la manera en que un gran depredador pliega sus extremidades delanteras y se lanza con sus patas traseras.)

«Es como si la rigidez de la almohadilla estuviera sincronizada para mejorar la forma en que el animal se mueve y para mantener la fuerza en sus huesos», dijo Roth.

La investigación aparece en Journal of the Royal Society, Interface. Fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias.

Chi está desarrollando un nuevo trabajo que observa la estructura del talón humano de la misma manera.

Journal Reference:

Kai-Jung Chi and V. Louise Roth. Scaling and mechanics of carnivoran footpads reveal the principles of footpad design. Journal of The Royal Society Interface, 2010; DOI: 10.1098/rsif.2009.0556