Por cierto, ¿cómo vuela una mosca?

Por Francisco R. Villatoro, el 31 agosto, 2008. Categoría(s): Aerodinámica • Ciencia • Física • Mecánica ✎ 39

En verano las moscas son muy pegajosas, siempre encima de uno, especialmente cuando hace calor. No hay manera de quitárselas de encima. La razón es que a las moscas les cuesta más volar cuando hace calor por ello necesitan parar más a menudo. La evolución ha hecho que las moscas que tienen que volar en ambientes más fríos tengan las alas más grandes (con más área y más largas), como han estudiado recientemente M. R. Frazier et al., “Cold rearing improves cold-flight performance in Drosophila via changes in wing morphology,” Journal of Experimental Biology 211, 2116-2122 ( 2008 ).

Pero, ¿cómo vuela una mosca? Un interesante y reciente artículo de revisión sobre el tema es Fritz-Olaf Lehmann, “When wings touch wakes: understanding locomotor force control by wake-wing interference in insect wings,” Review on Biomechanics of Flight, Journal of Experimental Biology 211, 224-233 ( 2008 ) , que por cierto, es un artículo de libre acceso (gratuito).

Hay dos efectos necesarios para el vuelo de la mosca, la producción de una estela de vórtices por cada ala independientmente y la interacción de los vórtices entre ambas alas. En un único aleteo, cada ala genera un vórtice (leading edge vortex, LEV en la figura) que interactúa con la estela de vórtices de aleteos anteriores permitiendo que el animal extraiga energía del fluido. Las figuras A-D muestran este efecto gráficamente. Sin embargo, las simulaciones por ordenador (utilizando CFD, computational fluid dynamics) muestran que este efecto no permite explicar toda la fuerza de sustentación en el vuelo del insecto. Estudios recientes han mostrado la gran importancia de la interacción entre ambas alas (mostrado en las figuras E-H). Durante el aleteo, cada ala produce un vórtice, que interactúan entre ellos y con la estela. La mosca acerca las alas entre sí, para luego alejarlas, produciendo un vacío en forma de V que incrementa la energía asociada a los vórtices y con ella la fuerza de sustentación conseguida. Los experimentos muestran que es necesaria una separación angular entre ambas alas de 10-12° (para un número de Reynolds de 134). En las alas de la mosca Drosophila (cuyo aleteo tiene una amplitud angular de 160°), la sustentación máxima aumenta aproximadamente un 17% por este proceso de interacción entre ambas alas, con respecto a la que se obtendría si actuarán independientemente. Más aún, durante la interacción entre los vórtices de ambas alas, el fluido reduce su velocidad localmente, reduciendo el gasto energético del aleteo para la mosca.

El movimiento del ala durante el aleteo es muy complejo y se suele describir por 6 fases separadas. No entraré en sus detalles. El artículo de Fritz-Olaf Lehmann and Simon Pick, “The aerodynamic benefit of wing-wing interaction depends on stroke trajectory in flapping insect wings,” Journal of Experimental Biology 210, 1362-1377 ( 2007 )(también gratuito) presenta gran número de detalles para los interesados. Para entender estos detalles sobre la aerodinámica del vuelo de la mosca han sido necesarias tanto las simulaciones por ordenador, como las presentadas en Ravi Ramamurti and William C. Sandberg, “A computational investigation of the three-dimensional unsteady aerodynamics of Drosophila hovering and maneuvering,” Journal of Experimental Biology 210, 881-896 ( 2007 ) (también gratuito), que muestra en detalle las curvas de iso-vorticidad así como las fuerzas y momentos que producen sobre las alas, como las video de alta velocidad, mediante cámaras infrarrojas para 3D, como las mostradas en Steven N. Fry, Rosalyn Sayaman and Michael H. Dickinson, “The aerodynamics of hovering flight in Drosophila,” Journal of Experimental Biology 208, 2303-2318 ( 2005 ), (también gratuito), quienes además de usar moscas también han utilizado robots como modelos.

¿Cómo controla el pequeño “cerebro” de la mosca su vuelo? Los detalles no se conocen todavía, pero los estudios parecen indicar claramente que la organización física de las conexiones neuronales están muy relacionadas con la aerodinámica y biomecánica de su vuelo, por ejemplo, véase Michael H. Dickinson, “The Initiation and Control of Rapid Flight Maneuvers in Fruit Flies,” Integrative and Comparative Biology 45(2):274-281 ( 2005 ) (también de acceso gratuito). Es sorprendente, pero muchos artículos relacionados con el vuelo de las moscas son de acceso gratuito en sus respectivas revistas (será que el tema tiene interés mediático e incrementa los índices de impacto).

¿Algún modelo matemático-físico sencillo de cómo vuelan las moscas? La aerodinámica de la interacción de vórtices es siempre complicada, pero el artículo de Laura A. Miller and Charles S. Peskin, “When vortices stick: an aerodynamic transition in tiny insect flight,” Journal of Experimental Biology 207, 3073-3088 ( 2004 ) (también gratuito), en mi opinión, puede ser comprendido por cualquier físico con un mínimo de bagaje (y que esté interesado en este asunto). Para los docentes y quienes estén interesados en una comparación entre cómo vuela un avión (la aerodinámica de un ala rígida) y una mosca, me parece que degustarán con placer el artículo de revisión de Sanjay P. Sane, “The aerodynamics of insect flight,” The Journal of Experimental Biology 206, 4191-4208 ( 2003 ),  que desafortunadamente considera la aerodinámica de cada ala por separado (sólo estudia un ala) y no tiene en cuenta los efectos de interacción entre alas que hoy sabemos que son bastante importantes.

Es increíble lo que se ha avanzado en la última década de investigación en el vuelo de los insectos y de la mosca en concreto desde que M.H. Dickinson and K.G. Gotz, “The wake dynamics and flight forces of the fruit fly Drosophila melanogaster,” Journal of Experimental Biology, 199: 2085-2104, 1996 , realizaron las primeras visualizaciones del flujo alrededor de una mosca en vuelo y estimaron la fuerza de sustentación instantánea que permite entender el porqué vuelan. Si te atreves a ver este artículo verás lo “pobres” que eran sus imágenes del fluido, comparadas con las que se observan en los artículos más recientes y con las nuevas técnicas de visualización infrarroja tridimensional.



39 Comentarios

  1. disculpen la molestia pero tengo una duda talves un poco rara de explicar, es que como una mosca que esta digamos en un automovil que viaja a 100 km/h con los vidrios cerrados tiene la capacidad de volar de un asiento a otro sin salir volando y estrellarse en el vidrio trasero ¿que es lo que le permite a la mosca volar en constante con la velocidad de el carro?, y ¿apartir de cuantas fuerzas g la mosca no soporta el peso?

    1. Galileo y Newton ya resolvieron el problema hace siglos. A velocidad constante, ni tú, ni la mosca, ni el aire en el auto notan nada. Sólo los acelerones y las frenadas conducen a la aparición de fuerzas “ficticias” (no inerciales) que notáis tanto tú, como la mosca y el aire dentro del vehículo.

      No sé cuánta aceleración soportará el cuerpo de una mosca (ratones de laboratorio soportan hasta 40 g durante 10 minutos, según estudios rusos de los 1970s). Te puedo decir que se han estudiado moscas en entornos de hipergravedad (centrifugadoras) hasta aceleraciones de 5 g y las moscas (de la fruta) viven tan a gusto… y viven más tiempo (crece su longevidad). No se sabe el porqué pero los gerontólogos estudian este asunto desde hace muchos años.

        1. Charlie, se sigue investigando en el vuelo de los insectos, hay muchas incógnitas aún por resolver. Cuestiones actuales son el despegue, el aterrizaje y la interacción mutua entre dos insectos; cómo controlan las neuronas el vuelo; cómo afecta la turbulencia debida a la flexibilidad del ala y a su rugosidad; cómo emular a los insectos en robots voladores; etc.

          Inés
          @InesLauraDawson, del canal de youtube Draw Curiosity, defenderá pronto su tesis doctoral en la Universidad de Oxford (Reino Unido, UK) sobre el vuelo de los insectos; mi idea es dedicar una entrada a su tesis cuando la defienda (y usarla como punto de referencia para la situación actual del campo).

      1. Buenos días desde Venezuela, soy Profesor de Física a nivel secundario, muy interesante tu artículo, pero quiero hacerte una pregunta: Que distancia estimada recorre una mosca en linea recta? Gracias y saludos.

    1. En 1966 se estimaba la máxima velocidad de una mosca de la fruta (Drosophila) en 200 cm/s = 0.2 m/s = 0.7 km/h(artículo), pero en 1997 ya se hablaba de 850 cm/s = 0.85 m/s = 3 km/h (ver figuras 3 y 4 del artículo). Este artículo presenta valores de laboratorio. Yo creo que esta velocidad máxima depende muchísimo de la humedad del ambiente. A mayor humedad, menor velocidad; de hecho, se vuelven más “pegajosas” ya que tienen que realizar un mayor número de paradas en los objetos que encuentren en su camino. Pero no soy experto; espero haber sido de ayuda.

      1. Profundizando en esta cuestión:
        He controlado moscas cerradas en una habitación volando durante más de 15 min continuados.
        Mi pregunta es ¿quanta energia consumen? ¿De donde procede ésta? Ya sabemos que de la energia derivada de la alimentción, pero me pregunto ¿De qué forma transforman esta energía en movimiento? ¿Qué músculos pueden desarrollar esta frecuencia tan elevada de aleteos por minuto durante tanto tiempo?

        Saludos

  2. Estoy alucinado con la temática y calidad de este blog, esto ha sido un regalo …Gracias

    A ver si me puedes resolver esta duda (se la he planteado a algunos biologos y nadie ha sabido responderme) generalmente las moscas se concentran en algún sitio fresco y oscuro para volar, suele ser detrás de una puerta bien iluminada. En este ambiente zizaguean dando quiebros pero sin tocarse nunca, ¿porque este comportamiento? ¿No seria energéticamente más provechoso estar posadas? ¿Son moscas macho pavoneandose de lo bien que saben volar? ¿Por qué esta demostración permanente de sus habilidades en vuelo?

    1. a mi tambien me sorprende còmo pueden estar volando x tanto tiempo sin chocarse y otra pregunta es: Por que son tan rapidas cuando uno las quiere matar?x la cantidad de sus ojos?

    2. He buscado la misma explicación en varios lugares, en varios idiomas. Sin respuesta hasta ahora. Parece absurdo gastar tanta energía en forma aparentemente inútil .
      La pregunta final sería ¿cual es la ventaja evolutiva de ese comportamiento? ¿Que beneficio se obtiene?

  3. Hola, quisiera saber por qué las moscas vuela cuadrado, sin hacer curvas sino yendo derecho y doblando, y así.
    Muchas gracias.
    Muy interesante el artículo.
    Saludos,
    María

  4. Hoy por la mañana venia en el auto y vi volar una mosca dentro del mismo, me detuve pensando en cuàl serìa la velocidad màxima de las moscas, ya que pude observar que pueden alcanzar la velocidad del auto y siguen movièndose como naturalmente lo hacen, me inquieta esto porque si su velocidad fuera lo que indican los comentarios anteriores la mosca en el momento de elevarse chocarìa con la parte trasera del auto, ya que el auto se moverìa mucho màs ràpido.

    1. Daniel, dentro del coche, la mosca, el aire y tú mismo os movéis de forma solidaria con el coche, principo de relatividad de Galileo, así que la mosca se mueve a su velocidad habitual dentro del aire del coche tanto si el coche está parado como si se mueve a velocidad constante. Solo en los acelerones la mosca y tú notaréis que estáis dentro del vehículo. La mosca probablemente menos que tú, por su baja masa y porque el aire que la sustenta tiene mucha inercia y pesa mucho.

      1. Trabajo en control de plagas y este es un dato que no tengo tan claro la ubicación de las trampas de luz según el vuelo de la mosca o que tan alto puede llegar

  5. Estimad@s, hay que recordar que las moscas del genero Drosophila son individuos que se mantinen en los sustratos que los alimentan y donde pueden reproducirse, a diferencia de la actividad que tienen las moscas del genero Musca, que se desplazan y reproducen lejos de donde eclosionaron.

  6. GRASIAS POR SU APORTE PERO LA PREGUNTA ES QUE SI UNA MOSCA REGRESA AL MISMO SITIO QUE COMENZO SU VUELO O ES ASINCRONICO NO TIENE NADA Y COMO LO PODEMOS ESPLICAR
    LES AGRADESCO SU RESPUESTA

    1. A las moscas les cuesta más trabajo volar en climas cálidos o húmedos, por lo tanto se detienen con más frecuentemente a “descansar” o enfriarse, a si mismo se convierten en objetivo inmóvil por más tiempo en Acapulco

  7. Guau.. Hola, me parece increíble esta pagina, pensaba que solo yo tenia estas interrogantes al mirar a estos insectos curiosos durante mis tardes de aburrimiento, en fin mi pregunta es de donde sacan toda la energía para volar por tantos minutos sin reposo y aleteando a esa velocidad que hasta zumbido provocan, porque he visto que vuelan por varios minutos sin problemas.

  8. Hola ! Que interesante todo lo que hay… Me gustaria saber a que altura maximo puede llegar una mosca por sus propios medios. He leido que los zancudos no suben mas alla de 6 o 7 pisos, pero que hay de las moscas? vivo en un 13vo piso y desde que se acabo la epoca de lluvia, se me estan entrando moscas por el balcon, me sorprende que sabiendo que hay tanto aire puedan ingresar y subir tantos pisos. Y segundo cual es el ambiente propicio para su reproduccion. No me gustan ni cinco y no quisiera tener ambientes que las reproduzca.
    Gracias!

    1. Diana, el problema para el vuelo de las moscas y otros insectos es la temperatura del aire. Vuelan por encima de 10 ºC y les gusta sobre todo por encima de 15 ºC. Si en el suelo tienes unos 20ºC, la temperatura del aire desciende a unos 10ºC a unos 3,6 km (luego pueden volar hasta esa altura). En la práctica, el viento y otras condiciones meteorológicas reducen esta altura. Un piso de 13 plantas, o un piso de 200 plantas, son muy bajos para una mosca en un día de verano.

  9. Hola tengo una pregunta urgente para un trabajo de la Universidad. Me gustaría saber hasta cuanta distancia se desplaza una mosca, o cuanto es lo máximo que puede volar o alejarse del lugar donde nació. Si existe un foco de moscas a una distancia de 3 kms de un radio urbano estas podrían llegar a invadir las viviendas? Les agradecería cualquier información. Muchas gracias y Saludos

  10. Veo a las moscas volar el lugares abiertos y están siempre dando círculos cizsagueabtes . Están de grupos y no salen de ahí . Por que será .hay alguna explicación científica

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