Cómo vuelan los pájaros desde hace 120 millones de años

La actividad de la proteína SHH en el tercer día de incubación es clave para el desarrollo de las plumas

Un colibrí busca miel en la zona de Guápiles, al este de San José (Costa Rica).
Un colibrí busca miel en la zona de Guápiles, al este de San José (Costa Rica).Jeffrey Arguedas / EFE

El vencejo común puede vivir en el aire, sin posarse, durante casi un año. El colibrí tiene un vuelo comparable al de una mosca. Son las dos especies en las cuales piensa Juan Benito, experto en la evolución de las aves e investigador del departamento de Ciencias de la Tierra de la Universidad de Cambridge, cuando se le pregunta por los pájaros que mejor cumplen esta hazaña. “Se me hace complicado imaginar que se pueda llegar a volar mejor. Estas dos aves no han cambiado mucho en 50 millones de años. El sistema muscular ya ha avanzado mucho desde los dinosaurios voladores. Creo que es la estructura de vuelo definitiva”, comenta.

Esta estructura en cuestión se prepara desde los primeros momentos de incubación del embrión de pollo gracias a señales moleculares de la proteína Sonic Hedgehog (SHH). Las células recuerdan la información recibida para proceder al desarrollo cuando es el momento adecuado. Tanto la posición como la morfología de las plumas se forma gracias a la expresión de esta proteína en torno al tercer día de incubación que dura unos 20 días en total, cifra que varía en función de la especie. Un estudio publicado en la revista Development demuestra que el mismo sistema desarrolla el esqueleto del pájaro y sus plumas, para lo que la SHH juega un papel fundamental.

Marian Ros, investigadora del Instituto de Biomedicina y Biotecnologı́a (CSIC-SODERCAN) de la Universidad de Cantabria y coautora del trabajo, explica que lo más sorprendente fue que, al impedir la señalización de SHH mediante el uso de una droga, no se formaban las plumas de vuelo, es decir, las más complejas, fuertes y largas que constituyen una gran estructura para permitir los primeros impulsos del animal y mantenerlo en el aire.

Esta proteína no es exclusiva de los pájaros y mucho menos de las plumas. Es un elemento genético esencial en la formación de las extremidades de todos los tetrápodos. “Ya se sabía mucho de cómo SHH influye en la formación de los dedos. Es responsable de la graduación y de que cada dedo de la mano sea diferente, pero no se sabía que tenía un papel tan importante para las plumas de vuelo y que mandaba una función adicional", explica la experta. En la evolución de especies, cuando un mecanismo funciona para algo, se suele reutilizar. "Es muy probable que estuviera ya en uso para que los dedos sean diferentes y ahora confirmamos que se utiliza también para hacer plumas más especiales y más grandes”, estima Ros.

El primer dinosaurio que voló se llamaba ‘Archaeopteryx’ y tenía plumas de vuelo idénticas a las de las aves actuales hace 150 millones de años

Las plumas son el tejido clave del vuelo y la mayor ventaja de las aves sobre otros animales voladores. Aunque la forma del ala ayude, que el ambiente favorezca el movimiento o que la estructura muscular del animal sea más o menos potente, cada pluma se controla de manera independiente y permite modular el vuelo. Benito lo confirma: “Tienen un mínimo de 30 vértices que les permite controlar el movimiento. Cada pluma actúa. Los pájaros cuentan con una flexibilidad mucho más mayor que cualquier otra especie. El murciélago por ejemplo, solo tiene cinco opciones gracias a sus dedos”. El color de las plumas también es importante. Cuanto más negras, mejor, ya que la melanina les hace más resistentes. “Si miras una paloma blanca verás que tiene la punta de sus alas oscuras. Es por eso. El color da resistencia”, ejemplifica el investigador de la Universidad de Cambridge.

Cuando existían dinosaurios

La proteína SHH se encarga de dibujar el patrón del esqueleto. Desde que existían los dinosaurios, este elemento clave para el crecimiento modificó poco a poco la morfología de las especies y se fueron perdiendo los dedos. Por otro lado, los huesos se aligeraron, pero guardaron la solidez. Lo que eran escamas terminaron siendo plumas. Todo esto para que las especies pudiesen empezar a volar hace 150 millones de años.

Unos de los primeros dinosaurios que voló se llamaba Archaeopteryx y tenía plumas de vuelo idénticas a las de las aves actuales. “En la mayoría de los dinosaurios se encuentran plumas de algún tipo por lo que parece que la evolución de las de vuelo fue un paso fundamental en ese momento”, explica Matthew Towers, coautor e investigador del departamento de Ciencias Biomédicas de Universidad de Sheffield (Reino Unido). Unos 30 millones de años más tarde, llegaron unos importantes cambios en el esqueleto. Uno de ellos es la fusión entre algunas de las vértebras y los huesos de la faja pélvica, según un estudio publicado en la revista PNAS que describe el fósil de pájaro más antiguo encontrado hasta ahora con esta morfología “moderna”.

En esa era muy lejana, algunos animales tenían alas aunque todavía no sirvieran para volar. La comunidad científica asoció la aparición de ese miembro a la selección sexual. “Este estudio no tiene implicaciones en el origen del vuelo porque se estima que las alas es una estructura preexistente que luego se aprovechó”, asegura Benito. En definitiva, la proteína SHH siempre estuvo ahí, pero con el paso del tiempo — a escala geológica — surgieron mutaciones genéticas que la llevaron a desarrollar plumas y permitieron que las aves conquistasen el cielo.

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