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

De todos es sabido que no es necesario nacer con alas para volar, y muestra de ello es el empeño que los humanos llevamos poniendo durante siglos y que queramos hacerlo hasta nuestros vecinos espaciales. Pero el mérito de las aves a nivel evolutivo no se lo puede quitar nadie, y muestra de ello es la maquinaria natural de lo pájaros que no sólo les permite volar, sino una respiración eficiente, una tremenda resistencia o una orientación especial entre otras cualidades.

No en vano todo esto ha despertado nuestra curiosidad y las hemos estudiado tanto a nivel fisiológico como evolutivo, pero a día de hoy seguimos desvelando interrogantes sobre estos animales, como ahora veremos. Así que veamos hasta qué punto la evolución se puso la bata de químico, usó la calculadora científica o cogió la escuadra y el cartabón para diseñar estructuras que permitan una vida surcando cielos (o todo lo contrario, que no todas vuelan).

Alas para volar, alas que son placas solares

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

Faltan aún piezas para resolver, pero por los fósiles y demás hallazgos prehistóricos se aceptó que las aves 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 también implicó que otras estructuras evolucionasen más allá de la forma y el tamaño.

Los huesos son una buena muestra de ello, siendo tan fuertes como ligeros y siendo parte de ellos huecos o semihuecos. Además, su esqueleto está formado por un número menor de huesos al existir fusiones de éstos, lo cual también es parte de esa adaptación para el vuelo (por ejemplo 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 más ligeros y resistentes.

Las alas, además, son una estructura importante 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), o 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 cualquier desplazamiento continuo de tracción natural, es una exigencia continua de metabolitos y oxígeno y esto hizo que los pájaros desarrollasen un sistema respiratorio distinto a lo que vemos en especies no voladoras.

Hablamos de los sacos aéreos, estructuras que sólo poseen las aves y que actúan básicamente 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 intercambio gaseoso (recoger oxígeno y expulsar dióxido de carbono a grandes rasgos), pero al expandirse durante 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 más dióxido de carbono (lo que ocurre en pulmones de mamíferos) y el intercambio de gases es más eficiente.

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

Si vamos a una escala mucho más pequeña también hay diferencias que destacar, como el hecho de que los pulmones de las aves no tengan alveolos.

¿»Alve» qué? Hurgando en la memoria allá por las clases de biología del instituto entre otras, recordemos de manera breve qué pasa en los pulmones a vista de metabolito. El aire entra y viaja por la tráquea hasta llegar a lo bronquios, que se ramifican hasta los alveolos (cuya forma se asemeja a la de una frambuesa o mora).

Las paredes de los alveolos están rodeadas de vasos sanguíneos y son muy finas, y es ahí donde se produce el intercambio 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 más que moras lo que tienen son una 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 produce el intercambio, de modo que al final 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 aves no tienen una pieza del puzzle mamífero muy importante: el diafragma (aunque algunas especies de pájaros sí disponen de uno aunque menos desarrollado), siendo todo el cuerpo el que actúa de fuelle para mover el aire.

Ojos como telescopios y radares especializados

La vista 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 capaz de cazar cualquier bichejo diminuto con una precisión ejemplar desde las alturas, aunque puede decirse que el sentido de la vista de los pájaros dispone además de un buen radar que va más allá del espectro visible: los campos magnéticos.

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

El mecanismo que les permite a las aves orientarse se basa, probablemente, en una 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 dos grupos de biólogos los que han querido conocer 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 tres 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).

Esto encajaba con la hipótesis de que los criptocromos asociados con la recepción de campos magnéticos (magnetorrecepción) deberían mantenerse en actividad constante y no fluctuando por los ritmos circadianos, coincidiendo con lo hallado por el equipo de la Universidad Carl von Ossietzky en Alemania. Este equipo 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 una región de la retina que recibe gran cantidad de luz, por lo que la idea de una magnetorrecepción dependiente de la luz cobra sentido, así como que su expresión genética se incrementaba durante las migraciones. Aunque lo que ambos grupos recalcan es que es necesaria más investigación, sobre todo para descartar del todo la participación de los Cry1 y Cry2 o 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, aunque en realidad ni sean cuerdas ni se parezcan físicamente. Son membranas y efectivamente sí on lo que produce nuestra voz, pero los pájaros también 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 produce los sonidos por vibraciones en su paredes. Como la tráquea también se bifurca (de ahí que etimológicamente provenga de la flauta de pan, con dos tubos), lo cual facilita que algunas especies sean capaces de producir dos o más gorjeos de manera simultánea.

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

Y lo que nos queda por saber

No cuesta mucho encontrar este tipo de maravillas estructurales que la evolución es capaz de lograr con el tiempo en la naturaleza. Pero las aves despiertan cierta fascinación innata con eso de que ellas puedan volar por sí solas y nosotros tengamos que tirar de esas ingenierías nuestras, y dado el reciente descubrimiento del que hablábamos en la parte del campo magnético nos parecía buena idea pasearnos por los méritos evolutivos de estas especies.

De hecho, aún nos queda bastante por descubrir. No sólo se trata de conocer mejor (y de manera más detallada) estos mecanismos particulares de las aves, también queda encontrar eslabones evolutivos como recordábamos al inicio o actualizaciones de esta evolución, como el estudio que se publicó hace cinco años sobre las alas de las golondrinas de Nebraska, aparentemente más cortas para poder elevar el vuelo de manera más vertical y adaptarse mejor a su hábitat.

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