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Evolución

No basta con tener alas

Las aves se adaptaron a la escasez de alimento y de oxígeno durante el vuelo

FABIO COLOMBINIMuchos fósiles hallados en China durante los últimos años están ayudando a entender mejor cómo y cuándo surgieron y comenzaron a volar las aves. Uno de los más recientes, presentado en septiembre de 2009 en Nature, es el del Anchiornis, un animal con plumas y cuatro alas que vivió hace alrededor de 150 millones de años, 10 millones de años antes que el Archaeopteryx, hasta ahora visto como el ave más antigua. El Anchiornis, al menos hasta aparecer otro fósil más antiguo, dio inicio a la formación de un grupo de animales caracterizados fundamentalmente por su habilidad de volar, a veces miles de kilómetros, como las aves migratorias. “En la actualidad, el 90% de las especies de aves vuela”, dice el biólogo José Eduardo Bicudo, docente del Instituto de Biociencias de la Universidad de São Paulo y principal autor del libro Ecological and environmental physiology of birds, publicado en febrero por la Universidad de Oxford, Inglaterra. Sus estudios, sumados a los de otros expertos, indican que las aves lograron volar no solamente porque desarrollaron alas y plumas apropiadas para el vuelo, sino también porque adquirieron adaptaciones fisiológicas que les permiten volar durante semanas a alturas elevadas en donde hay poco oxígeno, mucho más arriba de lo que el ser humano logra llegar, a no ser en aviones.

“El principio fisiológico es sencillo: cuanto menos carga se lleva durante el viaje, mejor”, dice Bicudo. Antes de la partida, los músculos que ayudan a volar adquieren volumen, pero después se atrofian, a medida que el viaje transcurre. Otra peculiaridad es la eficiencia digestiva: “Las aves migratorias pueden aumentar o reducir la producción de enzimas digestivas, dependiendo de si tienen mucho o poco alimento. Si no hay alimento, las células del sistema digestivo mueren y el tracto digestivo se encoge a la mitad del volumen inicial. Cuando acaba el ayuno, el estómago, los intestinos y el hígado producen nuevas células y vuelven al volumen normal”.

Ver aves de rapiña planeando sobre la cordillera del Himalaya, a 9 mil metros de altura, puede ser un hermoso espectáculo para nosotros, aunque para las aves probablemente sea una actividad molesta: a elevadas alturas, hace mucho frío y la concentración de oxígeno es baja. “Superan las dificultades a través de la eficiencia respiratoria”, comenta Bicudo. En un artículo publicado en 2006 en Integrative and Comparative Biology, Douglas Altshuler, del Instituto de Tecnología de California, y Robert Dudley, del Smithsonian Institute, describen los mecanismos fisiológicos que permiten el vuelo a altura elevadas; mecanismos que van más allá de los sacos aéreos, unas bolsas conectadas a los pulmones y a los huesos que dejan el esqueleto más livianos. Los pulmones de las aves extraen casi todo el oxígeno del aire, y su hemogloblina tiene mayor capacidad de unirse y separarse del oxígeno que la humana.

Conocidas por su mirada penetrante, las aves pueden tener también un olfato razonablemente aguzado. “Muchas especies de aves marinas detectan dimetilsulfato, una sustancia generada por los peces en descomposición, y esto les sirve en la navegación y en la búsqueda de alimentos. Los albatros hacen un vuelo relativamente aleatorio hasta que encuentran un cardumen de peces que exhala dimetilsulfato”, informa Bicudo. Además del olfato desarrollado, aunque por décadas haya sido soslayado, otro concepto que puede sorprender apunta que el cerebro de los mamíferos y el de aves, aun cuando son morfológicamente muy diferentes, tienen estructuras funcionales equivalentes, una conclusión que echa por tierra la expresión “cerebro de gallina” con la cual se tilda a alguien poco inteligente. “Las palomas pueden memorizar 400 patrones de colores”, argumenta Bicudo. Es también por medio del sistema nervioso que las aves detectan el eje magnético de la Tierra e identifican el norte y el sur.

Del desierto al polo
Estas peculiaridades del vuelo, que ni siquiera los expertos conocían hasta hace poco tiempo, explican por qué las aves se propagaron, ocupando todo el planeta y adaptándose a ambientes tan diferentes como los desiertos y los polos helados. Este grupo cuenta actualmente con especies tan distintas como la harpía, cuyas alas abiertas pueden medir2,5 metros, y el jilguero dorado, menor que la mano de un adulto.

Los fósiles más antiguos confirman que las aves evolucionaron de los dinosaurios y emergieron en las regiones ecuatoriales de bajas latitudes como China y Brasil, aunque por acá el suelo húmedo de las selvas no haya preservado fósiles. Bicudo cree que muchas especies que actualmente pasan por nuestro continente, como el águila pescadora, una de las 33 especies migratorias ya avistadas en las sabanas paulistas, se originaron acá. Los colibríes, a cuyo estudio se dedica hace años, ejemplifican esa irradiación: Sudamérica alberga alrededor de 90 especies, América Central no más de 15 y Norteamérica, cinco o seis. “Brasil es un granero de colibríes”, dice.

En 2001, la bióloga Claudia Vianna y él verificaron que el músculo pectoral del colibrí golondrina, que corresponde a un tercio de su volumen corporal, produce una  proteína llamada HmUCP, que permite que el ave se caliente rápidamente y llegue a la temperatura más confortable en un período de 30 a40 minutos, antes de levantar vuelo. A la noche, después de un día de vuelo incesante, el colibrí experimenta una drástica disminución de temperatura corporal: baja de 40°Ca alrededor de la temperatura ambiente, a veces de hasta 15°C. El drama es que, al despertar, debe llegar a una temperatura que le permita alzar vuelo y recomenzar la búsqueda de alimento. A partir de entonces, las alas empiezan a batirse 700 veces por minuto en promedio, y el corazón, 1.400 latidos. Hasta ahora, proteínas equivalentes habían sido detectadas únicamente en mamíferos (lea en Pesquisa FAPESP nº 69, de octubre de 2001). Bicudo y su equipo no avanzaron mucho con esa línea de trabajo con los picaflores, pues la obtención de las autorizaciones para extraer muestras de sangre es más difícil que capturar a los animales; pero en 2005, Denise Loli y él encontraron proteínas similares, que ayudan a calentar el cuerpo en abejorros del género Bombus y en Melipona, un tipo de abeja sin aguijón, lo que indica que los animales que vuelan – aves, insectos y murciélagos – pueden tener muchos mecanismos fisiológicos en común.

El proyecto
Estudio comparativo de las interrelaciones de factores ontogenéticos y ambientales sobre la endotermia de Melipona bicolor Lepeletier (nº 2002/13973-2); Modalidad Beca de Doctorado (Denise Loli); Coordinador José Eduardo Pereira Wilken Bicudo – IB-USP; Inversión R$ 95.369,33 (FAPESP)

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