Flipper (anatomía)

Una aleta es una extremidad ancha y aplanada adaptada para la locomoción acuática . Se refiere a los apéndices totalmente palmeados y natatorios de los vertebrados acuáticos que no son peces .

En animales con dos aletas, como las ballenas , el término "aleta" se refiere únicamente a las extremidades anteriores . En animales con cuatro aletas, como los pinnípedos y las tortugas marinas , se pueden distinguir aletas anteriores y posteriores , o aletas pectorales y pélvicas . ^{[ 2 ] [ 3 ]}

Entre los animales con aletas se incluyen los pingüinos (cuyas aletas también se denominan alas ), los cetáceos (por ejemplo, delfines y ballenas ), los pinnípedos (por ejemplo, morsas , focas con y sin orejas ), los sirenios (por ejemplo, manatíes y dugongos ) y los reptiles marinos como las tortugas marinas y los ahora extintos plesiosaurios , mosasaurios , ictiosaurios y metriorrínquidos .

El uso de los términos «aleta» y «aleta de dedo» a veces es inconsistente, incluso en la literatura científica. Sin embargo, las superficies de control hidrodinámico de los peces siempre se denominan «aletas» y nunca «aletas de dedo». Las extremidades de los tetrápodos que han evolucionado hasta convertirse en estructuras similares a aletas se denominan habitualmente (aunque no siempre) «aletas de dedo» en lugar de aletas. La estructura dorsal de los cetáceos se llama «aleta dorsal» y las grandes colas de los cetáceos se denominan principalmente « aletas caudales », aunque ocasionalmente también «aletas caudales»; ninguna de estas estructuras son aletas de dedo.

Algunas aletas son hidroalas muy eficientes , análogas a las alas ( perfiles aerodinámicos ), que se utilizan para propulsarse y maniobrar en el agua con gran velocidad y maniobrabilidad (véase Perfil aerodinámico ). Los apéndices natatorios con los dedos aún visibles, como en las patas delanteras palmeadas de las tortugas anfibias y el ornitorrinco , se consideran remos en lugar de aletas. ^{[ 3 ]}

En todas las especies de vertebrados acuáticos, el rendimiento natatorio depende de las superficies de control del animal, que incluyen aletas, aletas caudales y aletas pectorales. Las aletas se utilizan para diferentes tipos de propulsión, control y rotación. En los cetáceos, se utilizan principalmente para el control, mientras que la aleta caudal se utiliza para la propulsión. ^{[ 4 ]}

La evolución de las aletas en los pingüinos se produjo a expensas de su capacidad de vuelo, a pesar de haber evolucionado a partir de un ancestro similar al alca que podía "volar" tanto bajo el agua como en el aire. No se han encontrado pingüinos capaces de volar en el registro fósil, por lo que sabemos muy poco sobre las aves que precedieron al pingüino no volador. La forma limita la función, y las alas de las especies voladoras buceadoras, como el arao o el cormorán, no se han desarrollado hasta convertirse en aletas. Sin embargo, especies como estas, que pueden volar y bucear, apoyan la hipótesis de que los pingüinos habrían evolucionado a partir de un ave que podía volar y bucear antes de perder el vuelo por completo. De hecho, los araos y los cormoranes tienen costos de vuelo y de buceo extremadamente altos en comparación con los pingüinos, lo que demuestra que existe una compensación entre la eficiencia en el aire y la eficiencia en el agua. ^{[ 5 ]}

Las aletas de los pingüinos se volvieron más planas, densas y pequeñas al modificarse para mejorar sus propiedades hidrodinámicas. ^{[ 1 ]} La funcionalidad del hidroala del pingüino proviene de los propios huesos del ala, a diferencia de las plumas en las aves voladoras. ^{[ 6 ]} Sus huesos tienen el hueso cortical más grueso de todas las aves, una cavidad medular muy pequeña y se consideran en gran medida osteoescleróticos. ^{[ 7 ]} También hay fusión de dedos y articulaciones dentro del ala del pingüino que impide la mayor parte de la flexión y extensión. ^{[ 8 ]}

Hidrodinámica

Las aletas de los cetáceos pueden considerarse análogas a los hidroalas modernos diseñados, que poseen propiedades hidrodinámicas: coeficiente de sustentación, coeficiente de resistencia y eficiencia. Las aletas son una de las principales superficies de control de los cetáceos (ballenas, delfines y marsopas) debido a su posición delante del centro de masa y a su movilidad, que proporciona tres grados de libertad . ^{[ 4 ]}

Las aletas de las ballenas jorobadas ( Megaptera novaeangliae ) tienen bordes de ataque irregulares, pero demuestran una dinámica de fluidos superior a los bordes de ataque característicamente lisos de las alas artificiales, las turbinas y otros tipos de palas. La sorprendente destreza de la ballena se debe principalmente a sus aletas no convencionales, que tienen grandes protuberancias de aspecto irregular llamadas tubérculos en sus bordes de ataque. Los tubérculos interrumpen el paso del agua, manteniendo canales uniformes en el agua que se mueve rápidamente, limitando la turbulencia y proporcionando una mayor maniobrabilidad. ^{[ 9 ]}

Las aletas delanteras que utilizan los pinnípedos actúan como hidroalas oscilantes . Tanto las aletas delanteras como las traseras se utilizan para girar. ^{[ 3 ]} Un estudio de 2007 sobre el león marino de Steller encontró que la mayor parte del empuje se producía durante la fase de impulso del ciclo de brazada de la aleta delantera. Aunque hallazgos previos sobre las focas con orejas sugerían que el empuje se generaba por el movimiento inicial hacia afuera de las aletas delanteras o la fase terminal de remo basada en la resistencia, el estudio de 2007 encontró que se generaba poco o ningún empuje durante esas fases. El rendimiento de natación en los leones marinos está modulado por cambios en la duración e intensidad de los movimientos sin cambiar su secuencia. Utilizando criterios basados ​​en la velocidad y el radio mínimo de giros, la maniobrabilidad de los pinnípedos es superior a la de los cetáceos pero inferior a la de muchos peces. ^{[ 10 ]}

Los mamíferos marinos han evolucionado varias veces, desarrollando aletas similares. Las extremidades anteriores de los cetáceos, pinnípedos y sirenios presentan un ejemplo clásico de evolución convergente . Existe una convergencia generalizada a nivel genético. ^{[ 11 ]} Sustituciones distintas en genes comunes crearon diversas adaptaciones acuáticas, la mayoría de las cuales constituyen evolución paralela porque las sustituciones en cuestión no son exclusivas de esos animales. ^{[ 12 ]}

Procesos digitales

Las ballenas y sus parientes poseen una aleta de tejido blando que recubre la mayor parte de la extremidad anterior, y dedos alargados con un mayor número de falanges. ^{[ 13 ]} La hiperfalangia es un aumento en el número de falanges más allá de la condición de los mamíferos plesiomórficos de tres falanges por dedo. ^{[ 14 ]} Este rasgo es característico de los vertebrados secundariamente acuáticos con aletas. La hiperfalangia estaba presente entre los ictiosaurios, plesiosaurios y mosasaurios extintos. ^{[ 15 ]}

Los cetáceos son los únicos mamíferos que han desarrollado hiperfalangia. Si bien las aletas de los cetáceos modernos no se describen correctamente como pies palmeados, las extremidades palmeadas intermedias de los antiguos cetáceos semiacuáticos sí pueden describirse como tales. La presencia de membranas interdigitales en los fósiles de cetáceos semiacuáticos del Eoceno probablemente fue el resultado de antagonistas de BMP que contrarrestaron la apoptosis interdigital durante el desarrollo embrionario de las extremidades . Es probable que las modificaciones en las señales de estos tejidos contribuyeran al origen de una forma temprana de hiperfalangia en cetáceos completamente acuáticos hace unos 35 millones de años. El proceso continuó con el tiempo, y una forma muy derivada de hiperfalangia, con seis o más falanges por dedo, evolucionó convergentemente en los rorcuales y los delfines oceánicos , y probablemente estuvo asociada con otra ola de señalización dentro de los tejidos interdigitales. ^{[ 14 ]}

Aunque los cetáceos dentados tienen cinco dedos, la mayoría de las ballenas barbadas tienen cuatro dedos e incluso carecen de metacarpiano. En estas últimas (misticetos), el primer radio del dedo pudo haberse perdido hace hasta 14 millones de años. ^{[ 13 ]}

Evolución de las aletas en las tortugas

Las tortugas marinas evolucionaron en el Cretácico . Sus aletas se desarrollaron gradualmente mediante una serie de adaptaciones por etapas, apareciendo los rasgos más fundamentales de las aletas en los nodos más antiguos (los primeros tiempos) de su filogenia . Estos rasgos iniciales evolucionaron solo una vez entre los quelonioideos , y el plan corporal se perfeccionó mediante un proceso secundario de especialización. ^{[ 16 ]}

Evers et al. identificaron caracteres relacionados con la cintura pectoral y la extremidad anterior que están relacionados con la modificación de los brazos y manos de la tortuga marina en aletas. ^{[ 16 ]}

Características biomecánicas clave de las aletas

• aplanamiento de elementos
• alargamiento del húmero
• reducción de la movilidad entre los elementos individuales de la aleta

Características fundamentales del movimiento de las aletas

• posición lateral del proceso humeral
• cambio en el ángulo de la escápula interna ^{[ 16 ]}

Debido a la especialización de las aletas y sus limitaciones hidrodinámicas, se pensaba que no se utilizaban para interactuar significativamente con el medio ambiente, a diferencia de las patas de los tetrápodos terrestres. Sin embargo, el uso de las extremidades para la búsqueda de alimento está documentado en tetrápodos marinos . ^{[ 17 ]} El uso de las aletas para la búsqueda de alimento se observa en mamíferos marinos como morsas , focas y manatíes, e incluso en reptiles como las tortugas marinas. Entre las tortugas, se han observado comportamientos como una tortuga verde sujetando una medusa , una tortuga boba haciendo rodar una vieira por el fondo marino y una tortuga carey empujando contra un arrecife para hacer palanca y arrancar una anémona . ^{[ 18 ]} Basándonos en el uso presunto de las extremidades en las tortugas ancestrales, estos comportamientos podrían haber ocurrido hace hasta 70 millones de años. ^{[ 17 ]}

• Aleta de pez
• Homología (biología)