Los científicos descubren 144 años después de Darwin que el ‘emoji’ de la caca sigue la misma ley física que la pasta y ciertos gusanos

Durante bastante tiempo, aquellas pequeñas acumulaciones helicoidales depositadas sobre la arena fueron consideradas una simple rareza biológica sin demasiada trascendencia. Aun así, nadie conseguía entender por qué adoptaban precisamente ese patrón.

La incógnita resultaba especialmente atractiva porque esos enrollamientos aparecían una y otra vez en escenarios muy diferentes. Algunas se constituían en los excrementos de lombrices estudiados por Darwin. Otras podían localizarse en anélidos marinos que permanecen enterrados bajo el sedimento.

Ahora, un consorcio internacional ha demostrado que detrás de todos esos casos se oculta una realidad compartida. La investigación, publicada en Nature Communications, indica que dichas morfologías no responden tanto a complejas adaptaciones biológicas como a un fundamento mecánico sorprendentemente universal.

Darwin registró el fenómeno, aunque nunca logró aclararlo

Cuando se menciona a Charles Darwin, la mayoría de personas piensa inmediatamente en la evolución. Sin embargo, una de sus últimas grandes obras estuvo dedicada a algo mucho más humilde: las lombrices.

En La formación del manto vegetal por la acción de las lombrices, publicado en 1881, el naturalista británico describió con enorme detalle cómo estos invertebrados alteran el suelo a través de la generación constante de pequeños montículos y depósitos sedimentarios. Entre las numerosas anotaciones incluidas en el libro figuraban asimismo curiosas espirales cuya función y procedencia seguían siendo difíciles de interpretar.

Aquellas estructuras parecían demasiado regulares para atribuirlas al azar y demasiado sencillas para exigir una sofisticada especialización biológica. Y el enigma había permanecido sin resolver durante más de un siglo.

Un gusano marino convirtió la playa en un laboratorio natural de física

Los protagonistas del nuevo trabajo son los llamados lugworms o gusanos de arena, organismos pertenecientes al género Arenicola que habitan galerías con forma de U excavadas entre 20 y 30 centímetros bajo la superficie de los depósitos costeros.

Los gusanos de arena procesan enormes cantidades de la misma en busca de materia orgánica y expulsan los restos al exterior, lo que a la vista son pequeñas estructuras helicoidales dispersas por la playa, más uniformes que el emoji de la caca.

Cuando baja la marea, estos animales procesan enormes cantidades de arena en busca de materia orgánica y expulsan los restos hacia el exterior. El resultado a la vista es de pequeñas estructuras helicoidales dispersas por la playa, más uniformes que el ‘emoji’ de la caca. Y la clave reside en que la sustancia no emerge desde arriba.

A diferencia de la mayoría de especies, este anélido libera los sedimentos desde el interior de la galería hasta la capa superior. En otras palabras, el flujo asciende desde abajo y debe desplazarse contra la gravedad antes de depositarse sobre el terreno. Y esa peculiaridad convierte un mecanismo biológico ordinario en un experimento natural extraordinariamente útil para los especialistas en mecánica.

Además, estas acumulaciones ayudan a mantener despejada la entrada del túnel y soportan mejor las perturbaciones provocadas por el oleaje y las mareas, reduciendo el riesgo de colapso de la cavidad.

La diferencia decisiva se encuentra en la dirección

La aportación principal del estudio surge al contrastar dos situaciones que, ante los ojos, se perciben equivalentes.

La inmensa mayoría de especies elimina los residuos en sentido descendente. La materia cae impulsada por la gravedad y se acumula sobre una superficie. Conforme el montón aumenta de tamaño, la distancia entre el punto de salida y la zona superior disminuye de un modo gradual.

Las vueltas inferiores presentan un radio relativamente amplio. Las superiores adquieren dimensiones cada vez menores. El conjunto desarrolla al final una silueta cónica reconocible para cualquiera que haya utilizado un teléfono móvil durante los últimos años: es, en esencia, la figura del popular emoji de la caca.

Los ejemplares analizados operan bajo condiciones distintas. Como el flujo emerge desde abajo, la gravedad no favorece el desplazamiento, sino que actúa en sentido contrario. El sistema entra entonces en un régimen alternativo donde las espiras conservan proporciones mucho más homogéneas. Y lo más llamativo es que ambas arquitecturas nacen del mismo marco teórico.

El conjunto descendente desarrolla al final una silueta cónica reconocible para cualquiera que utilice un teléfono móvil: es, en esencia, la figura del popular emoji de la caca.

La ley física que conecta cuerdas, pasta y excrementos

Para interpretar el comportamiento, los especialistas recurrieron a una formulación conocida como elastic rope coiling theory o modelo de enrollamiento elástico. Aunque la denominación pueda sonar compleja, la idea resulta bastante intuitiva.

Imaginemos una cuerda flexible cayendo lentamente sobre una mesa. En lugar de depositarse en línea recta, comienza a plegarse mediante bucles. Algo semejante sucede con una manguera, un cable o cualquier filamento suficientemente flexible cuando se ve obligado a acumularse sobre un plano de apoyo. La configuración final surge del equilibrio entre varias magnitudes fundamentales: la elasticidad del compuesto, su densidad, su grosor y el efecto gravitatorio.

Los autores demostraron que las acumulaciones producidas por estos organismos obedecen exactamente las relaciones matemáticas pronosticadas por ese esquema. El radio de los enrollamientos depende de las propiedades mecánicas del material y apenas varía en función de la rapidez con la que es liberado. Dicho de otra manera: las leyes de la mecánica gobiernan el comportamiento observado.

La configuración final surge del equilibrio entre varias magnitudes fundamentales: la elasticidad del compuesto, su densidad, su grosor y el efecto gravitatorio.

Los investigadores fabricaron excrementos artificiales

Comprobar esa hipótesis exigía algo más que observaciones realizadas sobre el terreno, así que el grupo examinó las propiedades mecánicas del material expulsado por los gusanos y elaboró una masa de guisante con características equivalentes.

Al extruirla en laboratorio —es decir, forzándola a pasar por una abertura para formar un filamento— obtuvo patrones prácticamente idénticos, circunstancia que reforzó la idea de que la geometría resultante se debe sobre todo a la dinámica subyacente y no exclusivamente a las particularidades biológicas del organismo.

Espaguetis, fideos y una regla universal

El equipo decidió llevar la propuesta un paso más allá.

Además de los anélidos y de la masa de guisante, los científicos realizaron pruebas con espaguetis previamente reblandecidos y con fideos de arroz. Aunque los materiales diferían muchísimo en composición, origen y contexto, todos se ajustaron a la misma relación matemática.

Los análisis revelaron que los registros obtenidos en ámbitos tan alejados convergían hacia una pauta común, exactamente la anticipada por la teoría de enrollamiento elástico. Este hallazgo aporta una notable capacidad predictiva: conociendo variables como la elasticidad, el diámetro del filamento y la orientación de la extrusión, puede preverse qué forma aparecerá sin necesidad de examinar antes cada situación específica.

Cuando la física pesa más que la biología

Uno de los aspectos más sugestivos de la investigación es que propone lo que, en ecología, biología evolutiva, estadística y ciencias de la complejidad, se llama un null model o modelo nulo auténtico para explicar estas configuraciones.

Los autores no sostienen que la biología carezca de relevancia: el gusano regula activamente la posición de su cuerpo y la velocidad con la que libera el contenido. Aun así, esas decisiones parecen desempeñar un papel secundario en el diseño final, ya que la disposición surge de un modo espontáneo porque las restricciones mecánicas reducen drásticamente el abanico de alternativas posibles.

Los copos de nieve o las dunas muestran que organizaciones aparentemente complejas pueden aflorar a partir de reglas más o menos simples. Los enrollamientos estudiados pertenecen precisamente a esa categoría de fenómenos emergentes.

Mucho más que una curiosidad relacionada con excrementos

A primera vista, la investigación podría parecer una extravagancia académica. Sin embargo, sus implicaciones van mucho más allá de la peculiar silueta de unos montículos depositados sobre la arena de una playa.

Los responsables del trabajo plantean que este marco conceptual podría extenderse a otros procesos biológicos en los que sustancias blandas son liberadas sin tensión externa. Asimismo, apuntan posibles conexiones con determinados mecanismos de crecimiento vegetal y con la deposición de secreciones orgánicas.

La seda de araña, por ejemplo, sigue una dinámica alternativa porque el animal mantiene el filamento sometido a tensión activa durante su construcción y, así, intervienen condicionantes físicos distintos.

De manera especialmente esclarecedora, el estudio también permite entender por qué otros fenómenos no producen estas estructuras helicoidales. La seda de araña, por ejemplo, sigue una dinámica alternativa porque el animal mantiene el filamento sometido a tensión activa durante su construcción. En ese contexto intervienen condicionantes físicos distintos.

Quizá esa sea la enseñanza más fascinante de todas. Lo que comenzó como una anotación realizada por Darwin hace 144 años termina evidenciando algo de mayor importancia: sistemas muy dispares pueden generar geometrías extraordinariamente parecidas cuando se encuentran sometidos a las mismas restricciones mecánicas. En ocasiones, la naturaleza no necesita reiterarse con organismos iguales para obtener una configuración concreta. Le sirve que entren en acción los mismas reglas básicos.