Flota flota, pequeño cefalópodo

Artículo: Buoyancy of some Palaeozoic ammonoids andtheir hydrostatic properties based on empirical 3D-models. Carol Naglik, Farhad Rikhtegar y Christian Klug.

¿Quién no se ha preguntado alguna vez cómo funcionan los mecanismos de flotabilidad de los ammonites?  Obviamente todo el mundo…

Numerosos naturalistas ya se lo preguntaban en el siglo VII y VIII, pero hasta los años 40 de nuestro pasado siglo XX no  habían teorizado, experimentado y documentado (Trueman, 1940)

Claro,  han ido pasando los años y se continuado con la investigación, pero gracias a la tecnología de este maravilloso siglo XXI se han llevado  a cabo experimentos con modelos en 3D.

En este caso se estudiará la flotabilidad y las características hidrostáticas de estos ammonoideos, para lo que se necesitará la ayuda de nuestros cefalópodos favoritos del Paleozoico, concretamente dos del Devónico (Fidelites clariondi y Diallagites lenticulifer) y uno del Carbonífero (Goniatites multiliratus).

Y me diréis: ¿Qué se saca en claro de esto? Pues lo parezca o no, se determinará la masa de las conchas para saber cómo afecta a su flotabilidad; descubrir  si podían mantener una flotabilidad neutral  y averiguar sus capacidades natatorias…  vamos, cómo se movían por el agua.

Para analizar a los especímenes, introdujeron los  datos en varios programas; como adobe Illustrator y Photoshop para obtener las imágenes y VGstudiomax2.1 para llevar a cabo las imágenes en 3D. Los datos técnicos están disponibles en Naglik et al. (2015)

Con estos programas calcularon directamente el centro de masas y obtuvieron el volumen de los cefalópodos, lo cual es imprescindible para el estudio.

Conociendo el volumen de los segmentos calcularon la masa utilizando una aproximación de densidad, para lo cual fue necesario conocer la densidad de materiales similares, como la de sus descendientes modernos conocidos como  Nautilus, estos se utilizan en la actualidad para estudiar la flotabilidad de los ammonites. (Saunders & Shapiro, 1986).

Así, llegaron a atribuirle una densidad de 1,055 g/cm³ a la parte suave de su cuerpo, para lo que simplemente  dedujeron que el volumen de esta parte suave se podía calcular restando la cavidad del manto (la cual estaba llena de agua) a la cámara del cuerpo. (Kröger, 2002)

El problema se presentó para Diallogites y Goniatites ya que no tenían partes completamente preservadas, por lo que tuvieron que examinar más especímenes y utilizar otros estudios para reconstruir la longitud de la cámara(Klug, 2001). Pero tuvieron una pequeña discrepancia en la longitud de dicha cámara  de los ejemplares preservados y la literatura o especímenes que disponían, por lo que decidieron quitar los últimos cinco tabiques de Diallogites lenticulifer y los últimos dieciséis de Goniatites multiliratus para obtener una reconstrucción completa de las cámaras de su cuerpo.

Hay varios valores publicados sobre la densidad  del caparazón y los tabiques que van desde 2,61 a 2,69 g/cm³ (Reyment, 1958). A pesar de que los caparazones de Nautilus tienen una densidad de entre 2,61 a 2,62 g/cm³, sus septos contienen menos material orgánico, por lo que su densidad varía entre 2,93 a 2,64 g/cm³, se decidió comparar el centro de masas usando 2,62g/cm³ y el valor medio de cada modelo (calculado de la suma entre el caparazón y los septos, que eran entre 2,64 y 2,66 g/cm³). Pero dado que ésta diferencia afectaba de forma insignificante a los resultados, se decidió utilizar el valor de 2,62 g/cm³.

Los centros de masas se calcularon usando una ecuación de baricentro, determinando las coordenadas de cada segmento (imagen 1). Las coordenadas resultantes se introdujeron en un programa llamado Geomagic Studio and XOS, donde se observó que el centro de flotabilidad se corresponde con el centro de masas del agua desplazada por el animal.  Considerando los estudios de  Tajika  (2014) para estos cálculos, aceptaron que las cámaras de los fragmoconos estaban rellenos de gas.

Imagen 1: Centro de masa (cruz) y centro de flotabilidad (punto negro) de las muestras.

A continuación se midió la longitud de la cámara del cuerpo, la orientación de la apertura y la estabilidad relativa,  la cual se calculó midiendo la distancia entre el centro de flotabilidad y el centro de masas,  y dividiéndolo en el diámetro de la concha.

Después de todos estos cálculos y medidas, vamos a ver a qué resultados llegaron:

Como se observa en la tabla1, la coordenada (0,0,0) representa el centro de los modelos (Longridge et al. 2009). Si estos modelos fueran perfectamente simétricos, el valor Z seria 0, pero vemos que no es así, sino que tienen una ligera imperfección, que puede ser por un error en el rastreo, lo cual no afecta a los centros de masas ni de flotabilidad, por lo que no hay mayor problema.

tabla 1: masa y densidad de cada muestra. (BLC) corresponde con la longitud de la camara del cuerpo, (OR) a la orientacion, (f) distancia entre los dos centros, y (ST) la estabilidad relativa.

Los centros de masa varían entre los 201º en Fidelites clariondi, 354º en Goniatites multiliratus y282º en Diallagites lenticulifer. Con estos valores se reconstruyeron las orientaciones de las aperturas, con valores de 69º, 19º y 125º respectivamente.

La distancia entre el centro de masas y el de flotabilidad varía entre 10,193 a 0,962 mm en los tres ejemplares. Fidelites clariondi posee la cámara del cuerpo más pequeña y una mejor estabilidad hidrodinámica, con una mayor distancia entre sus centros de masas.  Diallagites lenticulifer es ligeramente más grande, con una menor estabilidad  y distancia entre centro de masas que el anterior; y Goniatites multiliratus aumenta su tamaño corporal y disminuye sus valores de estabilidad con respecto a los anteriores.

Y me preguntareis, ¿qué significa esto? En cristiano, por favor:

Mientras más larga sea la cámara del cuerpo, peor estabilidad tendrá. Ésta variación del cuerpo marcará la diferencia en el modo de vida de unas especies a otras, incluyendo los movimientos natatorios horizontales y sobre todo los verticales.

Para reconstruir la flotabilidad virtualmente, se calcularon las masas de cada segmento, flotabilidades, densidades y volúmenes de cada especie. Asumiendo que la densidad del agua es de 1,026g/cm³ se comparó la masa de los individuos con la masa del agua desplazada. Una vez hecho esto, se observó que la masa de agua desplazada por cada uno es proporcional, por lo que se dedujo que (asumiendo como hemos dicho antes, que los fragmoconos están rellenos de gas) los tres ejemplares podrían tener una flotabilidad muy alta, lo cual les permitiría mantenerse en la superficie del agua, pero esto es improbable. Hipotéticamente, los ammonites flotaban de forma neutral (no sobre la superficie del agua), por lo que la diferencia entre la flotabilidad neutral y la calculada debería representar una pequeña fracción, seguramente igual a la masa del líquido cameral. Es decir: no solamente deben tener gas en sus cámaras para flotar, sino que deberían tener un líquido que les permita mantener la flotabilidad (Tajika et al. 2014). Si se asume una densidad de 1,013g/cm³ para el líquido cameral, se puede llegar a saber la proporción del líquido que necesita cada especie para mantener esa flotabilidad total.  F. clariondi debería tener un 38% de líquido cameral, D. lenticulifer un 36%, y G. multiliratus un 31%.

Pero estos datos son solo teóricos, ya que no se sabe la densidad y composición de ese líquido. Además, ese líquido debería variar, teniendo en cuenta factores como la salinidad y la temperatura del agua, y no se saben los detalles exactos de los hábitats de las especies observadas.

De todo esto concluimos que las cámaras de cuerpo más alargado, con pequeñas aperturas y baja estabilidad podrían haber tenido movimientos que les permitirían desplazarse mejor verticalmente; mientras que los que tenían cámaras más cortas, con alta estabilidad y mayores aperturas horizontales eran mejores nadadores.

Bibliografía:

. Kröger, B. 2002. On the efficiency of the  bouyancy apparatus in ammonoids: evidences from sublethal Shell injuries. Lethaia 35, 61-70.

. Naglik, C., Tajika, A.Chamberlain, J. & Klug, C. 2015. Ammonoid locomotion. In Klug, C., Korn, D., De Baets, K., kurta,I. &Mapes, R.H. (eds): Ammonoid Paleobiology, Volume 1, From Anatomy to Ecology. Springer, Dordrecht.

. Reyment, R.A. 1958: Some factors in the distribution of fossil Cephalopods. Acta Universitatis Stockholmiensis. Stock-holm Contributions in. Geology 1, 97-184.

 . Saunders, W.B. & Shapiro, E.A. 1986: Calculation and simulation of ammonoid Hydrostatics. Paleobiology 12, 64-79.

. Tajika, A., Naglik, C., Morimoto, N., Pascual-Cebrain, E., Hennhöfer, D. & Klug, C. 2014. Empirical 3D-model of the conch of the Middle Jurassic ammonite microconch Normannites: its buoyancy, the physical effects of its mature modifications and speculations on their function. Historical Biology: An international journal of paleobiology, 1-11.

.Trueman, A.E. 1940: The ammonite  body chamber, with special reference to the buoyancy and mode of life of the living ammonite. Quarterly Journal of the Geological Society, London 96, 339-383.