La ingeniería adaptativa de los pájaros: de placas solares naturales, radares especializados y arquitectura para volar

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Aves Colibri

De todos es sabido que no es necesario nacer con alas para volar, y presenta de ello es el empeño que los humanos llevamos poniendo mientras siglos y que deseamos hacerlo incluso nuestros vecinos espaciales. Pero el mérito de las pájaros a nivel evolutivo no se lo puede eliminar nadie, y presenta de ello es la maquinaria natural de lo pájaros que no sólo les concede volar, sino alguna respiración eficiente, alguna tremenda resistencia u alguna orientación especial entre otras cualidades.

No en vano todo esto ha despertado vuestra atención y las hemos estudiado tanto a nivel fisiológico como evolutivo, pero a día de hóy seguimos descubriendo interrogantes sobre estos animales, como ahorita veremos. Así que veamos incluso qué punto la evolución se puso la bata de químico, usó la calculadora científica u cogió la escuadrilla y el cartabón para plantear estructuras que permitan alguna vida surcando cielos (o todo lo contrario, que no todas vuelan).

Alas para volar, alas que son placas solares

El rastro mas evidente de evolución y mas característico de los pájaros son, innegablemente, las alas. Son los únicos en poseerlas junto con murciélagos e insectos y son alguna parte (y alguna prueba) fundamental de esa ingeniería natural que materializan estas especies, así que merecen empezar este artículo y que les dediquemos un momento.

Faltan todavía piezas para resolver, pero por los fósiles y demás hallazgos prehistóricos se aceptó que las pájaros son descendientes directas de los dinosaurios y que éstos ya tuvieron plumas, como nos recordaron en Magnet (aunque a Spielberg no parecieron gustarle). Pero además de desarrollar las plumas para que fuesen la estructura fuerte que son (y lo tipos que existen), el paso del suelo al cielo además implicó que otras estructuras evolucionasen mas allí de la figura y el tamaño.

Ave Vuelo 01

Los huesos son alguna buena presenta de ello, siendo tan fuertes como ligeros y siendo parte de ellos huecos u semihuecos. Además, su esqueleto está formado por un número menor de huesos al existir fusiones de éstos, lo cual además es parte de esa adaptación para el vuelo (por modelo el pico, en vez de poseer dientes y mandíbulas). Es decir, si se tratase de edificaciones, la estructura de un ave tendría menor número de pilares y vigas, siendo éstos mas ligeros y resistentes.

Las alas, además, son alguna estructura considerable para la termorregulación. Sin glándulas sudoríparas, cuando la temperatura es elevada pueden mantener sus alas separadas del cuerpo (de modo que aumentan la pérdida de calor), u bien remojan sus plumas, como las gallinas. Otras especies usan las alas como placas solares, extendiéndolas para absorber la energía solar y entrar en calor, como el pájaro serpiente americano.

Unas tuberías de aire envidiables

El cincel de la evolución no sólo esculpió estructuras únicas para facilitar el vuelo y no se olvidó de la anatomía interna y del motor necesario para esta actividad, sobre todo si hablamos de la migración. Volar, como nadar, como cualquiera movimiento continuo de tracción natural, es una exigencia continua de metabolitos y oxígeno y esto hizo que los pájaros desarrollasen un sistema respiratorio diferente a lo que vemos en especies no voladoras.

Aves Martin 02

Hablamos de los sacos aéreos, estructuras que sólo poseen las pájaros y que actúan principalmente como fuelles, de modo que el flujo de aire fresco se mantiene constante en el interior de los pulmones. Es decir, no aportan nada en el cambio gaseoso (recoger oxígeno y expulsar dióxido de carbono a grandes rasgos), pero al expandirse mientras la inhalación permiten que la mitad de aire se reparta entre ellos y los pulmones, de modo que el aire fresco (rico en oxígeno) no se mezcla con el que contiene mas dióxido de carbono (lo que ocurre en pulmones de mamíferos) y el cambio de gases es mas eficiente.

El aparato respiratorio de las pájaros es muy diferente del de los mamíferos: no tienen alveolos pulmonares y disponen de sacos aéreos

Si vamos a alguna escala demasiado mas chica además hay diferencias que destacar, como el hecho de que los pulmones de las pájaros no posean alveolos.

¿”Alve” qué? Hurgando en la memoria allí por las clases de biología del instituto entre otras, acordemos de modo breve qué pasa en los pulmones a visión de metabolito. El aire entra y viaja por la tráquea incluso venir a lo bronquios, que se ramifican incluso los alveolos (cuya figura se asemeja a la de alguna frambuesa u mora).

Las muros de los alveolos están rodeadas de vasos sanguíneos y son muy finas, y es ahí donde se genera el cambio gaseoso por diferencia de concentraciones (difusión), de modo que las moléculas se mueven de donde hay menos concentración a donde hay más. Así pasa el oxígeno a la sangre (a la hemoglobina, concretamente) y el dióxido de carbono a los alveolos, para ser expulsado.

Recordado esto, ¿qué ocurre en los pulmones de los pájaros? Que mas que moras lo que tienen son alguna especie de parrillas llamadas parabronquio, de modo que el aire fluye por éstos hacia otras estructuras vesiculares llamadas atrios. Éstos dan lugar a los capilares aéreos (vasos) donde se genera el intercambio, de modo que al meta a diferencia de los mamíferos no hay mezcla de aire fresco y “respirado” en los pulmones de las aves.

En la respiración hay además otra obra de esta ingeniería avícola de la que hablamos, en este caso otra diferencia con quienes no volamos a nivel de aparato locomotor. Las pájaros no tienen alguna pieza del puzzle mamífero muy importante: el diafragma (aunque algunas especies de pájaros sí disponen de 1 siquiera menos desarrollado), siendo todo el cuerpo el que actúa de fuelle para empujar el aire.

Ojos como telescopios y radares especializados

La visión de los pájaros tiene fama por buena y no es para menos. Algunos estamos “hartos” de ver imágenes en los documentales en las que un rapaz es apto de cazar cualquiera bichejo diminuto con alguna precisión ejemplar desde las alturas, siquiera puede decirse que el sentido de la visión de los pájaros dispone además de un buen radar que va mas allí del espectro visible: los campos magnéticos.

Sobre esto de hecho se ha visto recientemente que el mecanismo que les concede a las pájaros orientarse se basa, probablemente, en una proteína que tienen en los ojos. Se trata de alguna proteína localizada en Cry4, 1 de los criptocromos de los pájaros (que son conjuntos de proteínas sensibles a la luz azul).

El mecanismo que les concede a las pájaros orientarse se basa, probablemente, en alguna proteína que tienen en los ojos

Estos grupos de proteínas son capaces de detectar los campos según la disponibilidad de ciertas longitudes de onda de luz (concretamente la azul). Y han sido 2 grupos de biólogos los que han querido saber mejor estos criptocromos estudiando pinzones cebra y petirrojos europeos.

A los pinzones cebra los han estudiado unos investigadores de la Universidad de Lund en Suecia, midiendo la expresión genética de los criptocromos Cry1, Cry2 y Cry4 en músculos, cerebro y ojos de los pájaros. Lo que observaron es que de los 3 grupos de proteínas era el Cry4 el que “trabajaba” a niveles constantes (es decir, su expresión genética era constante y no dependía de los ritmos circadianos como los otros dos).

Aves Martin

Esto encajaba con la hipótesis de que los criptocromos asociados con la recepción de campos magnéticos (magnetorrecepción) deberían sostenerse en actividad constante y no fluctuando por los ritmos circadianos, coincidiendo con lo hallado por el equipamiento de la Universidad Carl von Ossietzky en Alemania. Este equipamiento vio en los petirrojos europeos que, a diferencia de Cry1a, Cry1b y Cry2, Cry4 mantenía un ritmo constante y no dependiente de las variaciones rítmicas fisiológicas del organismo.

Lo que vieron además es que el Cry4 se ubica en alguna región de la retina que recibe gran medida de luz, por lo que la idea de alguna magnetorrecepción dependiente de la luz cobra sentido, así como que su expresión genética se incrementaba mientras las migraciones. Aunque lo que ambos grupos recalcan es que es necesaria mas investigación, sobre todo para descartar del todo la participación de los Cry1 y Cry2 u bien incluirlos (si es que están implicados).

El canto no es cuestión de cuerdas

Algunas nos pasamos la vida envidiando las cuerdas vocales de ciertos artistas, siquiera en realidad ni sean cuerdas ni se parezcan físicamente. Son membranas y ciertamente sí on lo que genera vuestra voz, pero los pájaros además nos desafían en esto con otro órganos especializados para producir su canto.

Se trata de la siringe, que se sitúa en la base de la tráquea y genera los sonidos por vibraciones en su paredes. Como la tráquea además se bifurca (de ahí que etimológicamente provenga de la flauta de pan, con 2 tubos), lo cual facilita que algunas especies sean capaces de producir 2 u mas gorjeos de modo simultánea.

Aves Siringe Representación de la siringe y otras estructuras respiratorias de las aves. (Imagen: Respuestas tips)

Y lo que nos queda por saber

No cuesta demasiado localizar este tipo de maravillas estructurales que la evolución es apto de alcanzar con el período en la naturaleza. Pero las pájaros despiertan real tentación innata con eso de que ellas puedan volar por sí solas y nosotros poseamos que tirar de esas ingenierías nuestras, y dado el nuevo hallazgo del que hablábamos en la parte del terreno magnético nos parecía buena idea pasearnos por los méritos evolutivos de estas especies.

De hecho, aún nos queda suficiente por descubrir. No sólo se trata de saber mejor (y de modo mas detallada) estos mecanismos especiales de las aves, además queda localizar eslabones evolutivos como recordábamos al principio u actualizaciones de esta evolución, como el estudio que se publicó hace 5 años sobre las alas de las golondrinas de Nebraska, aparentemente mas cortas para poder elevar el vuelo de modo mas vertical y adaptarse mejor a su hábitat.

En Magnet | Wall of Birds: el mapa que recorre el fascinante universo de las pájaros del planeta a través de los milenios
En Xataka | Así quedan los movimientos migratorios de 150 especies de pájaros mientras un año en un mapa animado de la Tierra

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