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Modelo Conceptual
Descripción
Modelo E5 - Propulsión por Chorro (Peces de Escape Rápido)
El modelo conceptual busca comprender los mecanismos que dan origen a un comportamiento, y describirlos de la forma más simple posible. Para eso, el comportamiento se segmenta en temas (grupos): cada uno identifica los objetos o variables que participan —tanto en su funcionamiento normal como en sus posibles anomalías o desviaciones— y describe, mediante verbos, la forma en que esos objetos interactúan entre sí. El resultado es lo que llamamos una red semántica: la estructura con la que representamos y comunicamos el modelo conceptual, antes de introducir ecuación alguna.
ID:3049
Estructura de los Grupos
Descripción
El primer paso consiste en analizar la descripción general del modelo e identificar los distintos aspectos que intervienen en el fenómeno y que deben ser representados. Cada uno de estos aspectos se organiza como un grupo, entendido como una unidad conceptual coherente que describe una parte específica del funcionamiento del modelo.
Cada grupo reúne los objetos o conceptos relevantes para ese aspecto y las relaciones o verbos que describen cómo interactúan, se modifican o dependen unos de otros. De esta manera, cada grupo constituye una parte de la red semántica del modelo, mientras que el conjunto de los grupos permite representar de forma estructurada su funcionamiento global.
La división en grupos facilita además separar mecanismos, condiciones, procesos y resultados que cumplen funciones diferentes dentro del modelo, manteniendo al mismo tiempo las relaciones que existen entre ellos. Los grupos no son, por tanto, componentes aislados: pueden compartir conceptos y establecer relaciones entre sí, formando conjuntamente una única representación semántica del fenómeno.
La imagen anterior ofrece una visión general de los distintos aspectos en que se ha estructurado el modelo. A continuación se presentan los grupos identificados, indicando para cada uno su título y una breve descripción del aspecto del modelo que representa.
Grupo 1: Grupo 1: Reflejo de Mauthner y almacenamiento elástico
¿Qué origina y prepara el escape impulsivo?
Grupo 2: Grupo 2: Eyección de agua y fuerza propulsiva
¿Cómo se genera la fuerza del chorro?
Grupo 3: Grupo 3: Geometría del chorro y anillo de vórtice
¿Qué geometría maximiza el impulso por energía?
Grupo 4: Grupo 4: Aceleración y velocidad de escape
¿Cómo se convierte el impulso en desempeño de escape?
Grupo 5: Grupo 5: Musculatura blanca y escalamiento corporal
¿Qué rasgos del pez determinan la velocidad máxima?
Grupo 6: Grupo 6: Eficiencia frente a potencia pico
¿Qué compromiso energético caracteriza el escape?
Grupo 7: Grupo 7: Distancia temprana, latencia y supervivencia
¿Qué observables temporales predicen la supervivencia?
ID:1032
Grupo 1: Grupo 1: Reflejo de Mauthner y almacenamiento elástico
Descripción
¿Qué origina y prepara el escape impulsivo?
Pregunta clave: ¿Qué origina y prepara el escape impulsivo?
La propulsión por chorro ocurre en dos contextos distintos: la propulsión continua que usan los cefalópodos, que no son peces, y, mucho más relevante para la ictiología, la respuesta de escape en forma de C, mediada por la neurona de Mauthner. En esta respuesta de escape, el pez primero acumula energía elástica doblando su cuerpo hasta darle la forma de una letra C, y luego se extiende explosivamente, generando un pulso de chorro que lo propulsa en la dirección opuesta a la amenaza que lo provocó.
ID:5036
Grupo 2: Grupo 2: Eyección de agua y fuerza propulsiva
Descripción
¿Cómo se genera la fuerza del chorro?
Pregunta clave: ¿Cómo se genera la fuerza del chorro?
El modelo físico central que describe ese pulso de chorro establece que la fuerza de propulsión que genera es proporcional a la rapidez con la que el pez expulsa masa de agua, multiplicada por la velocidad de esa eyección relativa al propio pez. Este mecanismo impulsivo aprovecha, además, la eyección de agua desde la cavidad bucal y la cavidad opercular del pez como una fuente adicional de impulso. La geometría de ese chorro —que combina la velocidad de eyección, la duración del pulso y el diámetro de la abertura por la que sale el agua— determina si el chorro llega a formar un anillo de vórtice óptimo, el que, según el criterio de Gharib, se produce con un valor cercano a cuatro en esa combinación geométrica y maximiza el impulso que se obtiene por cada unidad de energía gastada. En los peces que cuentan con vejiga natatoria y con una apertura bucal y opercular adecuada, la eyección de agua que se produce durante el reflejo de Mauthner puede generar aceleraciones de entre cuarenta y cien metros por segundo al cuadrado, en menos de treinta milisegundos. El comportamiento esperado de esta propulsión por chorro es que la distancia que el pez logra escapar en los primeros cien milisegundos es el predictor más fuerte de su supervivencia frente al depredador, y que la respuesta de Mauthner que desencadena todo este mecanismo tiene una latencia fija de entre dos y seis milisegundos, determinada por la velocidad de conducción nerviosa del axón gigante de Mauthner, el mismo tipo de conducción nerviosa que, como se describió en el modelo de colapso térmico de esta colección, puede verse comprometida por un choque de temperatura.
ID:5037
Grupo 3: Grupo 3: Geometría del chorro y anillo de vórtice
Descripción
¿Qué geometría maximiza el impulso por energía?
Pregunta clave: ¿Qué geometría maximiza el impulso por energía?
La geometría de ese chorro —que combina la velocidad de eyección, la duración del pulso y el diámetro de la abertura por la que sale el agua— determina si el chorro llega a formar un anillo de vórtice óptimo, el que, según el criterio de Gharib, se produce con un valor cercano a cuatro en esa combinación geométrica y maximiza el impulso que se obtiene por cada unidad de energía gastada. El modelo físico central que describe ese pulso de chorro establece que la fuerza de propulsión que genera es proporcional a la rapidez con la que el pez expulsa masa de agua, multiplicada por la velocidad de esa eyección relativa al propio pez. En esta respuesta de escape, el pez primero acumula energía elástica doblando su cuerpo hasta darle la forma de una letra C, y luego se extiende explosivamente, generando un pulso de chorro que lo propulsa en la dirección opuesta a la amenaza que lo provocó.
ID:5038
Grupo 4: Grupo 4: Aceleración y velocidad de escape
Descripción
¿Cómo se convierte el impulso en desempeño de escape?
Pregunta clave: ¿Cómo se convierte el impulso en desempeño de escape?
En los peces que cuentan con vejiga natatoria y con una apertura bucal y opercular adecuada, la eyección de agua que se produce durante el reflejo de Mauthner puede generar aceleraciones de entre cuarenta y cien metros por segundo al cuadrado, en menos de treinta milisegundos. La velocidad de escape máxima que el pez alcanza con esta respuesta en forma de C escala con la longitud de su cuerpo y con la cantidad de musculatura blanca disponible, la misma musculatura rápida y fatigable que se describió en el modelo de electromiografía de esta colección como la que el pez recluta precisamente para sprints y para este mismo arranque en C. Este mecanismo impulsivo aprovecha, además, la eyección de agua desde la cavidad bucal y la cavidad opercular del pez como una fuente adicional de impulso.
ID:5039
Grupo 5: Grupo 5: Musculatura blanca y escalamiento corporal
Descripción
¿Qué rasgos del pez determinan la velocidad máxima?
Pregunta clave: ¿Qué rasgos del pez determinan la velocidad máxima?
La velocidad de escape máxima que el pez alcanza con esta respuesta en forma de C escala con la longitud de su cuerpo y con la cantidad de musculatura blanca disponible, la misma musculatura rápida y fatigable que se describió en el modelo de electromiografía de esta colección como la que el pez recluta precisamente para sprints y para este mismo arranque en C.
ID:5040
Grupo 6: Grupo 6: Eficiencia frente a potencia pico
Descripción
¿Qué compromiso energético caracteriza el escape?
Pregunta clave: ¿Qué compromiso energético caracteriza el escape?
La eficiencia del chorro pulsado es, en general, menor que la eficiencia de la propulsión por ola caudal continua descrita en los modelos de propulsión de esta colección, pero su potencia pico es mucho mayor, lo que convierte a esta respuesta en forma de C en la estrategia óptima para sobrevivir frente a un depredador, aun a costa de esa menor eficiencia energética. El comportamiento esperado de esta propulsión por chorro es que la distancia que el pez logra escapar en los primeros cien milisegundos es el predictor más fuerte de su supervivencia frente al depredador, y que la respuesta de Mauthner que desencadena todo este mecanismo tiene una latencia fija de entre dos y seis milisegundos, determinada por la velocidad de conducción nerviosa del axón gigante de Mauthner, el mismo tipo de conducción nerviosa que, como se describió en el modelo de colapso térmico de esta colección, puede verse comprometida por un choque de temperatura. La propulsión por chorro ocurre en dos contextos distintos: la propulsión continua que usan los cefalópodos, que no son peces, y, mucho más relevante para la ictiología, la respuesta de escape en forma de C, mediada por la neurona de Mauthner. El modelo físico central que describe ese pulso de chorro establece que la fuerza de propulsión que genera es proporcional a la rapidez con la que el pez expulsa masa de agua, multiplicada por la velocidad de esa eyección relativa al propio pez.
ID:5041
Grupo 7: Grupo 7: Distancia temprana, latencia y supervivencia
Descripción
¿Qué observables temporales predicen la supervivencia?
Pregunta clave: ¿Qué observables temporales predicen la supervivencia?
El comportamiento esperado de esta propulsión por chorro es que la distancia que el pez logra escapar en los primeros cien milisegundos es el predictor más fuerte de su supervivencia frente al depredador, y que la respuesta de Mauthner que desencadena todo este mecanismo tiene una latencia fija de entre dos y seis milisegundos, determinada por la velocidad de conducción nerviosa del axón gigante de Mauthner, el mismo tipo de conducción nerviosa que, como se describió en el modelo de colapso térmico de esta colección, puede verse comprometida por un choque de temperatura. La eficiencia del chorro pulsado es, en general, menor que la eficiencia de la propulsión por ola caudal continua descrita en los modelos de propulsión de esta colección, pero su potencia pico es mucho mayor, lo que convierte a esta respuesta en forma de C en la estrategia óptima para sobrevivir frente a un depredador, aun a costa de esa menor eficiencia energética. La propulsión por chorro ocurre en dos contextos distintos: la propulsión continua que usan los cefalópodos, que no son peces, y, mucho más relevante para la ictiología, la respuesta de escape en forma de C, mediada por la neurona de Mauthner.
ID:5042