Nuevas perspectivas sobre el origen y la evolución temprana del vuelo en aves

Figura 1. A. Filogenia simplificada de las aves y sus parientes cercanos. Entre paréntesis y en amarillo aparecen los tipos de vuelo inferidos para algunos representantes de cada grupo de aves primitivas y parientes no aviarios, en base a recientes estudios aerodinámicos. B. Eoalulavis hoyasi, un ave enantiornita proveniente del yacimiento de Las Hoyas (126 millones de años, España) para el cual se ha propuesto que pudiese emplear un tipo de vuelo muy especializado conocido como bounding o vuelo ‘a saltos’. Figura 1B cedida por Francisco J. Serrano.

Figura 1. A. Filogenia simplificada de las aves y sus parientes cercanos. Entre paréntesis y en amarillo aparecen los tipos de vuelo inferidos para algunos representantes de cada grupo de aves primitivas y parientes no aviarios, en base a recientes estudios aerodinámicos. B. Eoalulavis hoyasi, un ave enantiornita proveniente del yacimiento de Las Hoyas (126 millones de años, España) para el cual se ha propuesto que pudiese emplear un tipo de vuelo muy especializado conocido como bounding o vuelo ‘a saltos’. Figura 1B cedida por Francisco J. Serrano.

Las aves son animales extraordinarios. Con alrededor de 10 mil especies actuales, las aves, ocupan prácticamente todos los ecosistemas de la Tierra, desde los grandes desiertos de arena de los trópicos, hasta los polos, pasando por las zonas pelágicas de todos los océanos1. Además, múltiples especies de aves viven entre nosotros en pueblos y grandes ciudades. No pasa ni un solo día sin que nos crucemos con varias de ellas en nuestro camino al trabajo, la escuela o la universidad. Sus hábitos predominantemente diurnos y su capacidad de vuelo hacen que estén entre los vertebrados más conspicuos, y que prácticas como el birdwatching sean extraordinariamente populares y comunes.

¿Pero qué sabemos realmente del origen de las aves, y en particular, del origen de una de sus características más prominentes: el vuelo?

Desde el descubrimiento de Archaeopteryx en el siglo XIX hasta hace tan solo unas décadas nuestro conocimiento sobre el origen del vuelo de las aves ha sido muy fragmentario. Un hito fundamental llegó a finales de la década de los sesenta cuando se propuso que las aves modernas son, en realidad, un tipo más de dinosaurios terópodos (es decir, dinosaurios carnívoros como Velociraptor). Aunque ya Huxley propuso esta hipótesis en tiempos de Darwin y Wallace, hasta este momento no había ganado gran aceptación. Hoy en día, esta hipótesis está apoyada por múltiples líneas de evidencia y la inmensa mayoría de la comunidad científica la acepta como válida. Sin embargo, dicho conocimiento fragmentario unido al reconocimiento del parentesco ‘dinosauriano’ de las aves llevó a que el debate sobre el origen del vuelo en aves estuviese dominado durante mucho tiempo por dos escenarios evolutivos alternativos: desde los árboles o desde el suelo. Simplificando, el primer escenario plantea que las aves evolucionaron de un ancestro arborícola emplumado, primero saltador y después planeador, que eventualmente adquirió el batido alar de las aves modernas, mientras que el segundo escenario plantea que las aves evolucionaron de un ancestro corredor terrestre que utilizaba sus alas para mantener el equilibrio durante la carrera y/o, para generar empuje para salvar obstáculos, en recientes reformulaciones de esta hipótesis.

En las últimas décadas, sin embargo, el descubrimiento de una infinidad de fósiles de aves primitivas y parientes cercanos (provenientes principalmente de un grupo de yacimientos del noreste de China de hace entre 131 y 120 millones de años, y conocidos colectivamente como ‘biota de Jehol’) ha llevado a la constatación de que el origen del vuelo fue un fenómeno mucho más complejo y variado.

En primer lugar, hoy sabemos que muchas de las características típicas de las aves actuales, tanto anatómicas como fisiológicas o de comportamiento, fueron adquiridas mucho antes del origen de las aves modernas en parientes cercanos. En segundo lugar, diferentes linajes exhiben diferentes grados de adaptación a hábitos terrestres o arborícolas, y a una locomoción aérea, lo cual subraya que el origen del vuelo no fue, seguramente, un proceso lineal y gradual. Por ejemplo, un pariente de las aves, el dromaeosáurido Microraptor (pariente relativamente cercano de Velociraptor), poseía ciertas adaptaciones que indican cierta eficiencia aerodinámica, tales como un coracoides (hueso donde se insertan algunos músculos de vuelo en aves modernas) muy desarrollado o alas en extremidades anteriores y posteriores con plumas de vuelo asimétricas. Otro pariente de las aves, Yi qi, perteneciente a un grupo de dinosaurios terópodos arborícolas conocidos como escansioropterígidos, era un pequeño animal emplumado que, sin embargo, poseía una gran membrana de piel sostenida por estructuras de la mano y muy diferente a la del resto de aves y parientes cercanos pero muy similar, sin embargo, a la de muchos animales planeadores modernos2. Este extraordinario animal subraya, de manera excelente, el profundo cambio que las ideas sobre el origen y evolución temprana del vuelo están experimentando en los últimos años.

Recientemente, la aplicación de la aerodinámica a estas aves primitivas y sus parientes ha sido un campo muy fértil para el desarrollo de estas ideas, esto es, la aplicación de principios físicos que afectan indistintamente a todos los cuerpos que se mueven por el aire. Una de las grandes ventajas de este tipo de aproximación es que permite comprobar la validez de los resultados mediante tests estadísticos. Por ejemplo, un estudio de estas características en Microraptor (del que hablamos anteriormente), concluyó que este dinosaurio no aviario podría desarrollar un planeo muy eficiente3.

Una historia similar, la protagoniza Sapeornis, un género de aves muy primitivas del tamaño de un pavo. Desde su descubrimiento, debido a las características primitivas de los huesos de su cintura escapular (donde se insertan los músculos utilizados durante el vuelo), se ha interpretado que Sapeornis solo sería capaz de desarrollar un vuelo torpe y esporádico similar al de muchos faisanes actuales. Sin embargo, un reciente estudio de aerodinámica ha concluido que sería capaz de un estilo de vuelo altamente sofisticado conocido como soaring o ‘planeo ascendente’, el cual permite aprovechar el empuje aerodinámico generado por las corrientes térmicas y es usado en la actualidad por aves de gran porte como buitres para recoger grandes distancias4.

Esta misma metodología también ha sido aplicada a otras aves primitivas como las enantiornitas, un grupo totalmente extinto de aves, generalmente de pequeño porte. Aunque poseen una anatomía más similar a las aves actuales que Sapeornis, las enantiornitas aún poseían una cintura escapular primitiva. Sin embargo, un reciente estudio de aerodinámica en dos representantes de este grupo (Concornis y Eoalulavis, provenientes del célebre yacimiento de Las Hoyas, España) concluyó que estas aves podrían ya utilizar un tipo de vuelo muy especializado conocido como bounding o vuelo ‘a saltos’ que es empleado en la actualidad por aves pequeñas como pájaros carpinteros o pinzones5.

Estos tres estudios subrayan cómo la adquisición de tipos de locomoción aérea muy especializados probablemente ocurrió en múltiples ocasiones mucho antes de la aparición de las aves modernas. Esto es especialmente inesperado considerando que la estructura y disposición de los huesos de la cintura escapular, y por tanto los músculos asociados al vuelo, en estas estos parientes primitivos difiere en gran medida de las aves modernas. Esto nos lleva a nuevas preguntas como: ¿cómo funcionaba el aleteo en estas aves primitivas durante el vuelo? ¿Cómo podían estas aves emplear tipos de vuelo que usan las aves actuales sin su sofisticada anatomía?

Dar respuesta a estas preguntas e incorporar toda esta nueva información sistemáticamente en el contexto del origen de las aves es uno de los grandes retos de los próximos años. Esto nos conducirá, sin duda, a una comprensión más profunda del origen y la evolución temprana del vuelo en las aves.

 

Referencias

  1. del Hoyo, Josep. Handbook of the Birds of the World Alive. Lynx Edicions, 2015.
  2. Xu, Xing, et al. “A bizarre Jurassic maniraptoran theropod with preserved evidence of membranous wings.” Nature 521.7550 (2015): 70.
  3. Dyke, Gareth, et al. “Aerodynamic performance of the feathered dinosaur Microraptor and the evolution of feathered flight.” Nature Communications 4 (2013): 2489.
  4. Serrano, Francisco José, and Luis María Chiappe. “Aerodynamic modelling of a Cretaceous bird reveals thermal soaring capabilities during early avian evolution.” Journal of The Royal Society Interface 14.132 (2017): 20170182.
  5. Serrano, Francisco J., et al. “Flight reconstruction of two European enantiornithines (Aves, Pygostylia) and the achievement of bounding flight in Early Cretaceous birds.” Palaeontology (2018).

 

 

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