En el transcurso de la evolución las aves adquirieron dos características que, aunque no exclusivas, les permitieron alcanzar un gran éxito biológico y convertirse en el segundo grupo más diverso de vertebrados después de los peces: el vuelo y la homeotermia. La facultad de volar exigió profundos cambios anatómicos y funcionales.
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| Jeholopterus ningchengensis, fósil de pterosaurio. China. Foto de Robert Clark |
Estos cambios condujeron a la transformación de las extremidades
anteriores en alas, el desarrollo de potentes músculos pectorales para
moverlas, la reducción del peso por la neumatización
de sus huesos (con aire en su interior) y la adopción de un
aspecto globoso con el fin de disponer su centro de gravedad bajo el plano de
sustentación de las alas. Decíamos en un artículo pasado que desde un punto de vista filogenético, las aves pueden considerarse como reptiles
emplumados y endotermos que optaron por el vuelo como sistema principal de
locomoción.
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| Thomas H. Huxley |
Hace siglo y medio, el
naturalista británico Thomas Huxley ya postuló
que las aves descendían de los dinosaurios basándose en la semejanza
esquelética de la pelvis y extremidades posteriores en ambos. Varios grupos animales han sido señalados históricamente como posibles
antecesores de las aves. En 1809, el naturalista francés Lamarck se fijó en el pico y propuso antecesores similares a las
actuales tortugas, en su tratado “Filosofía Zoológica”. A finales del siglo XIX, los paleontólogos Harry Seeley y Edward Cope se centraron en las analogías de las alas y los huesos neumatizados, y se decantaron por los Pterosaurios,
un orden extinto de dinosaurios voladores mesozoicos considerados los primeros
vertebrados que conquistaron el medio aéreo. Finalmente, 1970 el paleontólogo norteamericano
Peter Galton propuso los dinosaurios
Ornitisquios, dinosaurios mesozoicos
llamados así por tener una pelvis (cadera) similar a la de las aves por su pubis dirigido hacia
atrás.
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| Comparación de las pelvis de los saurisquios (arriba) y los ornitisquios(abajo). E. Britannica |
Lamentablemente, el registro
fósil de las aves no es muy extenso, quizá porque sus esqueletos son muy
porosos, con numerosas oquedades internas, y tienden a desintegrarse antes de
que el proceso de fosilización se complete. Sin embargo, en algunos hábitats
como los pantanos es posible que algunos restos fosilicen bien. Uno de estos fósiles
fue el archiconocido Archaeopteryx (del
latín, “ala antigua”), que vivió en
el Jurásico tardío, hace 140 millones de años, en una región de zonas pantanosas hoy enclava en
el sur de Alemania. Archaeopteryx llegó
a ser considerado como el “eslabón perdido” entre los reptiles y las aves, ya
que compartía características de ambos grupos animales. Tenía dientes y cola
larga como los reptiles, y plumas como las aves. También poseía una fúrcula, hueso que procede de la fusión
de las clavículas (el “wishbone” o “hueso
de los deseos” de los ingleses), aunque carecía de quilla, expansión ósea en la que se insertan los músculos del vuelo
de las aves modernas. Respecto a sus hábitos existen distintas apreciaciones. Algunos
investigadores han postulado que Archaeopteryx
era un depredador terrestre, mientras que otros consideran que se trataba de un
organismo arbóreo.
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Archaeopteryx lithographica
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A principios del siglo XX,
el naturalista danés Gerhard Heilmann
comparó Archaeopteryx con una lista
exhaustiva de reptiles prehistóricos, y llegó a la conclusión de que los
dinosaurios terópodos como Compsognathus
eran los más similares. Observó que mientras las aves poseen clavículas
fusionadas para formar la fúrcula, en los reptiles dinosaurios no se habían
reconocido aún, aunque si se conocían las clavículas en reptiles más
primitivos. Como él era fiel seguidor del principio
de Dollo o ley de la irreversibilidad
evolutiva (que plantea que la evolución sigue un curso irreversible), no
pudo aceptar que las clavículas se hubieran perdido en dinosaurios para
re-evolucionar nuevamente en aves. En consecuencia, descartó a los dinosaurios
como ancestros de las aves y atribuyó las posibles similitudes a un proceso de convergencia evolutiva (tendencia de los
organismos a desarrollar formas parecidas para estilos de vida similares, como
por ejemplo el diseño hidrodinámico de peces y delfines). El naturalista danés planteó
que los precursores de las aves se encontrarían entre los reptiles tecodontos, unos arcosaurios
que aparecieron en el Pérmico Superior y florecieron en el Triásico. El exhaustivo
trabajo de Heilmann fue aceptado por
casi todos los biólogos evolutivos de los siguientes 40 años.
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| Reconstrucción del aspecto que podría tener Archaeopteryx lithographica |
A finales de la década de
1960, John Ostrom descubrió un fósil
que denominó Deynonychus (“garra
terrible”), debido a que tenía unas garras parecidas a las de los velocirraptores
del Parque Jurásico de Crichton/
Spielberg. Este paleontólogo norteamericano se dio cuenta de que el
esqueleto de Archaeopteryx era como
una versión pequeña de Deynonychus, y
reforzó la teoría “dinosauriana” del origen de las aves, recuperando la idea primigenia
de Huxley.
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Esqueleto del fósil Deinonychus.
Field Museum of Natural History.
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Lo que está fuera de toda
duda es que desde Archaeopteryx hasta
las aves modernas han aparecido novedades evolutivas que han perfeccionado las
habilidades voladoras de este grupo animal. La secuencia de modificaciones del
aparato volador de las aves puede ser analizada en términos físicos. El vuelo requiere
una combinación de dos fuerzas: sustentación y propulsión. En las aves ambas
fuerzas son proporcionadas por las alas, mediante un complejo sistema de
movimientos arriba-abajo que constituyen el ciclo de batido del ala. Para que
un ave vuele, la sustentación tiene que ser mayor que su peso y el impulso superar
en magnitud a su vector opuesto (resistencia) (VER)
Además de las alas, hay otros elementos del aparato volador que también son relevantes durante el vuelo, por ejemplo, la aparición de un abanico de plumas rectrices (en la cola) que permite a las aves mejorar sus acciones de dirección y frenado, el desarrollo un sofisticado sistema respiratorio compuesto de pulmones y sacos aéreos, y la aparición del álula, un pequeño penacho de 3-4 plumas asociadas al primer dedo de la mano. La extensión del álula produce una corriente adicional de aire que es capaz de anular o minimizar las turbulencias que se generan en la región dorso-posterior del ala cuando esta eleva su ángulo de ataque para frenar. De esta forma se potencia la sustentación y se evita que el ave entre en barrena (caída brusca).
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| Grupo de plumas del álula en amarillo |
Respecto a la hipótesis corredora, propuesta un año después por el gran paleontólogo americano Othniel Marsh (aunque fue reformulada por Ostrom en 1979), afirma que los precursores
de las aves modernas corrían por el suelo y extendían sus brazos para mantener
el equilibrio mientras cazaban insectos o huían de sus depredadores. La
presencia de plumas rudimentarias podría haber expandido la superficie del
brazo y haber mejorado la capacidad de sostenerse en el aire. Las plumas de
mayor talla habrían reforzado esta capacidad, hasta la adquisición gradual del
vuelo sostenido. Dado que un salto en el aire no produce la misma
aceleración que el lanzamiento desde la rama de un árbol, se precisaría que el animal corriera
muy rápido para el despegue.
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| Hipótesis "corredora de la evolución del vuelo |
La aparición de las plumas ha estado estrechamente vinculada al origen del vuelo en las aves. Aunque estas estructuras queratinosas se han considerado como un rasgo exclusivo de las aves, los descubrimientos de fósiles en ciertas regiones de China han revelado una gran diversidad de restos de dinosaurios no aviares que muestran una amplia gama de apéndices tegumentarios interpretados como plumas o estructuras análogas.
Representación del Anchiornis, pequeño
dinosaurio que vivió hace 160 millones de años en lo que hoy es territorio de
China. Fuente: Emol.com
Un reciente estudio
publicado en la revista Proceedings of
the National Academy of Sciences sobre un pequeño volador prehistórico podría arrojar luz sobre el origen del vuelo. Se
trata del género Anchiornis, un
pequeño dinosaurio que vivió hace unos 160 millones de años en lo que
actualmente es el territorio de China y que guarda algún parecido a las aves
actuales. Este animal habría habitado la Tierra incluso 10 millones de años
antes del Archaeopteryx.
Gracias al trabajo de un equipo de investigadores chinos y norteamericanos, se analizaron las plumas de este ejemplar y sus diferencias a nivel molecular con las de aves modernas. Las plumas de las aves actuales están compuestas principalmente de beta-queratina, una proteína que también se encuentra en la piel, las garras y los picos de reptiles y aves. En algún momento durante la evolución de las plumas, los genes de la beta-queratina experimentaron algún tipo de mutación haciendo que la proteína resultante fuera diferente. Esta mutación cambió la biofísica de las plumas, convirtiéndolas en estructuras más flexibles, una enorme ventaja para el vuelo. Los investigadores piensan que conociendo cuándo y en qué organismos se produjo tal evento de cambio, comprenderemos mejor cuándo apareció el vuelo durante la evolución de los dinosaurios a las aves.
Los investigadores no sólo se encontraron rastros de beta-queratinas sino también alfa-queratinas, otra proteína que si bien está presente en todos los vertebrados terrestres, sólo se encuentra en pequeñas cantidades en las plumas modernas. Con esto, los expertos puede hacer uso de los denominados "relojes moleculares", una herramienta que permite establecer el momento en el que sucedió la divergencia genética y evolutiva que condujo a las aves modernas. En opinión de Mary Schweitzer, coautora del trabajo, las plumas de vuelo funcionales evolucionaron hace unos 145 millones de años. Comenzó la conquista de un medio que ningún otro grupo vertebrado había conseguido, pues habría que esperar casi 100 millones de años para que lo intentaran los primeros murciélagos.
José Antonio López Isarría