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Más vale Archaeopteryx en mano que ciento volando

25/06/2018
Urraca mirando un cráneo de dinosaurio Más de la mitad de la historia evolutiva de las aves se desarrolló en el Jurásico y el Cretácico, lo que explica ampliamente cómo las aves actuales han llegado a ser lo que son. | Fotomontaje de Belén Moncalvillo a partir de imágenes de Pixabay

En el siglo XIX, poco después de la gran Exposición Universal de Londres de 1851, una serie de hallazgos sorprendentes dieron inicio de la difusión sociocultural de la dinosaurología. De manera que estos hallazgos promovieron un fenómeno social que hoy conocemos con nombre propio: la “dinomanía”. Belén Moncalvillo, alumna del postgrado de la UAM en Comunicación Pública y Divulgación de la Ciencia, nos cuenta en este reportaje cómo es que los dinosaurios están emparentados con las palomas y las gallinas actuales. Además, nos relata la historia de una disciplina que se entrecruza en distintas épocas con los imaginarios de la cultura y de la ciencia ficción.    

Por Belén Moncalvillo

Corría el año 1860. Aunque ya había pasado casi un año desde la primera edición de El origen de las especies de Darwin, en la pequeña localidad alemana de Solnhofen probablemente nadie hubiese oído hablar del libro, ni les interesase demasiado.

Por eso, cuando un grupo de trabajadores encontró un bloque de aspecto extraño dentro de una cantera en la que se extraía piedra caliza (para impresión litográfica, entre otros usos), no podían imaginarse que acababan de protagonizar uno de los mayores hallazgos evolutivos de la historia. Allí, impresa en la roca, se veía claramente la imagen de una pluma.

Este hecho, ya de por sí sorprendente, fue seguido del hallazgo –meses después en una zona cercana– de un peculiar esqueleto fósil, cuyo contorno estaba completamente recubierto de plumas similares a la primera.

El espécimen apenas medía metro y medio de largo y a primera vista recordaba a un pájaro con las alas abiertas. Sin embargo, tenía dientes y garras, y su columna vertebral terminaba en una larga cola. Por si fuera poco, su edad se estimó en unos 150 millones de años; un vestigio del Jurásico Superior.

Aunque hoy en día se ha cuestionado que ambos hallazgos correspondan a la misma especie, en su momento llevaron al paleontólogo Hermann von Meyer, del Museo Senckeberg de Frankfurt, a declararlos como el ave más antigua conocida hasta la fecha: Archaeopteryx lithograpica (“ala antigua procedente de caliza litográfica”).


Una caja de pandora

La propuesta de von Meyer causó un gran revuelo en la comunidad científica.

Algunos estudiosos de la época llegaron a clasificar a Archaeopteryx como un “arquetipo” de ave, es decir, como un supuesto “modelo original” del que partirían el resto de las especies. Entre estos estaba Richard Owen, fundador del Museo Británico de Historia Natural y eminente anatomista que acuñó el término “dinosaurio”.

Esta visión enfrentó una oposición feroz por parte de los defensores de la selección natural darwinista, como Thomas Huxley, que consideraban a Archeopteryx como un eslabón perdido; una forma intermedia que demostraba cómo las especies dan lugar a otras nuevas de manera progresiva.

Si bien los darwinistas se acercaban más a las hipótesis actuales sobre la evolución de las aves, ambos conceptos (“eslabón perdido” y “arquetipo”) están actualmente en desuso. En cualquier caso, la existencia de Archaeopteryx puso de manifiesto una conexión innegable entre los grandes saurios y las aves actuales, abriendo una de las cajas de Pandora más debatida en Paleontología.

 

Dinomanía

Como sucede con algunos otros descubrimientos que insinúan cambios en las ideas establecidas, la encarnizada polémica que ha rodeado a Archaeopteryx sobrepasa el interés científico. Seguramente esto se deba a que, desde su descubrimiento, estos ‘lagartos tiranos’ han estado vinculados a un particular fenómeno social: la “dinomanía”.

En 1854, seis años antes del hallazgo de Archaeopteryx, la dinomanía se desató oficialmente en Londres. El Crystal Palace, que sirvió como pabellón monumental en la Exposición Universal de 1851, albergó entonces la primera exhibición donde se mostraron reconstrucciones “realistas” de criaturas prehistóricas, incluidos los tres únicos dinosaurios conocidos en la época. Como era de esperarse, la exhibición cosechó una afluencia masiva de público.

«La gente que veía esas bestias enormes e increíbles que parecían dragones, pero que, según los científicos de la época, en realidad habían existido, debieron quedarse absolutamente patidifusos», describe José Luis Sanz, Catedrático de Paleontología en la UAM y “dinomaníaco” confeso.

Luego de esta exhibición comenzaron a venderse figurillas de bronce y escayola en forma de dinosaurios, y sería así como estas fascinantes criaturas irrumpirían definitivamente en el imaginario popular.


La polémica de la fúrcula

Las primeras representaciones populares de los dinosaurios mostraban a unos gigantescos cuadrúpedos más bien similares a pesados reptiles-mamíferos. Pero calaron tanto en la conciencia colectiva de la época que muchos llegaron a mostrarse recelosos a asociarlos con un Archaeopteryx, más parecido a un cuervo que a una especie de rinoceronte con escamas reptilianas.

De hecho, hasta bien entrado el siglo XX, se argumentó que era imposible que las aves guardaran relación con los dinosaurios, ya que estos procedían de un grupo llamado “tecodontos” (grupo que incluía a todas las especies con características consideradas arcaicas para los arcosaurios, es decir, cocodrilos, dinosaurio y aves).

El argumento principal era que estos animales no poseían fúrcula (clavículas fusionadas  que en español se conocen como hueso en horquilla o espoleta) típica de las aves; estructura de gran importancia para el vuelo. Esta polémica no se aclaró hasta los años sesenta, cuando el esfuerzo investigador y las nuevas técnicas paleontológicas dieron lugar a una proliferación exponencial de nuevos hallazgos, entre los que se incluyeron especies más o menos cercanamente emparentadas con Archaeopteryx, y que permitirían recomponer poco a poco las ramas del intrincado árbol evolutivo de los dinosaurios.

En 1976, el americano John Ostrom publicó un minucioso análisis que demostraba cómo los verdaderos antepasados de las aves son los terópodos, un grupo de depredadores bípedos que incluye nombres tan célebres como Tyrannosaurus rex o Velociraptor. Animales que efectivamente presentan la polémica fúrcula, cuya ausencia había sido esgrimida como defensa de los tecodontos.

Por si fuera poco, en los años ochenta empezaron a aparecer terópodos emplumados, de manera muy similar al Archaeopteryx, especialmente en los prolíficos yacimientos de China.

Hoy en día, a pesar de que la clasificación a escala fina esté sujeta a continuos reagrupamientos y renombramientos, nadie duda de que Archaeopteryx es un ave mesozoica que representa a un linaje evolucionado de los dinosaurios terópodos.

En realidad, como demostró en la década de los noventa el argentino Luis M. Chiappe, vicepresidente de investigaciones y colecciones en el Museo de Historia Natural del Condado de Los Ángeles (EE UU), más de la mitad de la historia evolutiva de las aves se desarrolló en el Jurásico y el Cretácico. Tener en cuenta esto resulta fundamental para entender cómo las aves actuales han llegado a ser lo que son.


Dibujando animales extintos

Además de mayor precisión en la datación y clasificación taxonómica, la paleontología del siglo XXI nos ofrece retratos de dinosaurios y aves mesozoicas mucho más precisos que los del Crystal Palace.

Las plumas encontradas en los especímenes de China aportan información muy reveladora al respecto. La evolución de la pluma en sí ya es sumamente complicada, pues se trata de la estructura de recubrimiento corporal más compleja conocida en vertebrados. Consta de un eje central o cálamo, en el que se encuentra el raquis del que parten la infinidad de finas barbas que componen la pluma. Además, las plumas actuales son asimétricas. La presencia y características de cada elemento conlleva profundas implicaciones para su funcionalidad.

El sofisticado microscopio electrónico de barrido ha permitido a los científicos examinar con gran detalle la diversidad de estructuras de estos peculiares ejemplares chinos. Durante este proceso, se toparon con unas pequeñas formas oblongas que identificaron como “bacterias fósiles”.

Sin embargo, en 2006, el investigador Jakob Vinther, por entonces estudiante en la Universidad de Yale, vio una similitud entre estas supuestas bacterias y los melanosomas, unos orgánulos celulares portadores de pigmentos.

«Esto fue una pequeña revolución –explica José Luis Sanz–, porque dependiendo del tamaño, de la forma y de cómo estén apilados los melanosomas, se puede elaborar una especie de tabla de colores en comparación con formas actuales». 

Mediante esta analogía, Vinther y su equipo fueron capaces de determinar en 2010 que el pequeño dinosaurio Anchiornis huxleyi, además de estar totalmente cubierto de plumas, de modo similar a un gallo o un pavo, tenía una coloración oscura, unas largas plumas a rayas blancas y negras en las extremidades y una cresta rojiza. Apenas unos días después, se publicó un estudio similar con otra especie china, y desde entonces las investigaciones no han dejado de incrementar la información que tenemos sobre la coloración de las plumas en dinosaurios.

Además de la microscopía, se han utilizado técnicas como los rayos X, que han permitido identificar diferentes elementos de los melanosomas que también podrían ser responsables del color. Estas evidencias aparecen en otros tipos de tegumento aparte de las plumas, por ejemplo en escamas.

Aunque pintar a estos animales extintos con su pigmentación original resulta emocionante, lo realmente fascinante es que estos descubrimientos pueden dar pistas sobre su posible comportamiento, ya que los colores están relacionados, entre otros procesos, con el camuflaje, el apareamiento y las relaciones sociales.


La incógnita del vuelo

A pesar de que tendemos a identificar las plumas con el vuelo, las primeras proto-plumas simples de los terópodos más primitivos resultarían inadecuadas para ese efecto. De hecho, estas estructuras seguramente fueron mucho más importantes en relación con los fenómenos comportamentales arriba mencionados o los procesos de regulación térmica corporal.

Es decir, la utilización de las plumas para el vuelo se obtuvo de manera secundaria, por lo que se dice que es una ‘exaptación’. En cualquier caso, la adquisición de la capacidad para volar a lo largo de las diferentes especies del registro fósil no es algo fácil de explicar; pero poco a poco se está desvelando.

«Tenemos cada vez mejor información acerca del vuelo que podían hacer las aves fósiles del Jurásico y el Cretácico –resalta Sanz–. Uno de los métodos es fijarse en las aves actuales y establecer parámetros de vuelo dependiendo de las proporciones de las zonas esqueléticas relacionadas con él, básicamente en las alas».

A partir de los años setenta se han manejado dos modelos de vuelo. Uno parte de un modo de vida de animales arbóreos, que habrían podido beneficiarse de un sistema de planeo al dejarse caer desde ramas altas.

El otro propone que las primeras aves realizaban vuelos batidos derivados de carreras. Esta idea ha ido cobrando fuerza en los últimos años, apoyada en comparaciones ecológicas con el modo de vida de algunos grupos de aves actuales, quienes siendo principalmente terrestres encuentran un gran beneficio en este mecanismo para huir de depredadores.

Actualmente también se recurre a explicaciones anatómicas y ontogenéticas (relacionadas con el desarrollo), como la gran potencia muscular de las patas traseras de las aves, o los patrones de aparición de plumas en las crías, o a la abundancia de terópodos de vida principalmente terrestre entre los ancestros de las aves.

En todo caso, en muchas aves, incluida Archaeopteryx, aparecen ciertas evidencias de la capacidad para trepar y posarse en ramas, aunque esta sería un ave básicamente de vida en el suelo. De hecho, por sus proporciones esqueléticas esta especie ha sido asociada con un modo de vida similar al de las palomas o gallinas.

Estas eran las cuestiones que ocupaban a Sanz y a Chiappe cuando en 2012 participaron, junto a ingenieros de la Universidad Politécnica de Madrid, en un ensayo aerodinámico sobre Archaeopteryx. El equipo realizó un modelo del animal con madera artificial, articulando las alas y la cola en su punto de inserción al cuerpo.

Al someter el modelo al efecto de un túnel de viento, descubrieron que su capacidad para dirigir y controlar el vuelo, especialmente gracias a su cola, era mucho mayor de lo que se pensaba.

Por otro lado, el primer dedo de la mano, que a diferencia de las aves modernas en Archaeopteryx sobresalía al final del ala, podría ya haber cumplido la función del álula, unas plumas que actualmente se sitúan en esa misma zona y facilitan las maniobras a baja velocidad.

El álula sí que aparece ya en algunas aves extintas, pero más emparentadas con las actuales, como Iberomisornis romerali, un “pajarillo” estudiado por paleontólogos de la Universidad Autónoma de Madrid en los años noventa procedente del yacimiento de Las Hoyas (Cuenca).

Así, Iberomisornis probablemente pudo haber volado de manera similar al gorrión o al jilguero, que se caracterizan por un vuelo batido inconstante, durante el que intercalan períodos de aleteo con otros de “descanso”, en los que pierden altura momentáneamente realizando breves caídas o planeos.

Si bien es cierto que los orígenes del vuelo siguen envueltos en un halo de misterio, también lo es que experimentos de inferencia como estos están ayudando a esclarecerlos.

«Las técnicas de aerodinámica comparada nos permiten hoy establecer hipótesis bastante fiables sobre el tipo de vuelo de un ave de hace más de 100 millones de años, aunque desconozcamos muchos detalles», apunta Sanz.


Los machos que incubaban huevos

El hecho de que las plumas sean una herramienta secundaria para el vuelo obliga a preguntarnos qué función cumplían cuando se originaron. Algunos autores las han asociado a la regulación de la temperatura corporal. También se les ha atribuido un papel en el reconocimiento entre individuos, en la incubación de los huevos y en el cuidado de las crías.

Las aves actuales exhiben un cuidado parental de su progenie poco habitual en el reino animal: en más del 80% de especies el macho y la hembra colaboran en la crianza prácticamente por partes iguales. Esto indica que durante el apogeo de los dinosaurios y la aparición de las primeras aves debieron ocurrir grandes cambios en el modelo de crianza.

Y lo más curioso es que se conocen numerosos hallazgos de terópodos que aparecieron asociados a nidos. Tanto es así que un esqueleto encontrado en 1924 junto a un nido recibió el nombre de Oviraptosaurio, ya que aparentemente se encontraba allí para “robar los huevos”. Más tarde se descubrió que se trataba de su propia prole, a la que posiblemente estaba protegiendo.

Posteriormente se han llegado a encontrar parientes cercanos de los raptores en posición de incubación sobre la puesta; casi todos en China y Mongolia. Si bien estas evidencias indicaban cierto cuidado parental, no eran suficientes para aclarar qué tan similar o no podía ser el comportamiento de estos animales con el de las aves actuales. Hasta que, en 2008, un grupo de investigadores capitaneados por David Varricchio, de la Universidad de Montana (EE UU),  resolvió el enigma.

El equipo analizó el interior de los huesos de dos raptores (Troodon y Citipati) que habían sido encontrados cerca de nidos. Su reacción debió ser cuanto menos de extrañeza al observar una estructura completamente normal. Las hembras de aves y cocodrilos invierten parte del calcio y el fósforo de sus huesos para generar la cáscara de los huevos, por lo que durante la puesta y algunos días posteriores a ella el tejido de sus huesos se remodela en una estructura más débil, denominada “hueso medular”. Este fenómeno también se ha observado en algunos dinosaurios, pero el hecho de que estos individuos en concreto no mostrasen dicha característica indicaba que probablemente se trataba de machos. Y no eran las únicas evidencias.

Los investigadores establecieron una relación entre el tamaño corporal de animales vivos y el volumen de su puesta, encontrando que la proporción varía en especies con diferentes modelos de cuidado parental. Al incluir a los raptores en este análisis, se halló que coincidían con las aves en las que el macho asume todo el trabajo de incubar y cuidar la prole, como todavía hacen las avestruces, consideradas evolutivamente entre las aves vivas más primitivas.

Aunque estas conclusiones se basan en evidencias indirectas, todo apunta a que determinados terópodos y algunas  aves actuales primitivas tenían un cuidado parental por parte del macho, y que el cuidado colaborativo fue probablemente adquirido de manera posterior.

Todo parece indicar que, en cierto modo, el comportamiento también queda reflejado en los fósiles.


Genética moderna en los límites de la ciencia ficción

Que las aves procedan de los terópodos implica que en su genoma hay información sobre la vida de sus antepasados. El mediático paleontólogo Jack Horner, famoso por sus apariciones en documentales y por asesorar al equipo de la saga Parque jurásico, lleva casi diez años colaborando con genetistas para recrear un dinosaurio a partir de huevos de gallina.

Su investigación actual se basa en la biología evolutiva del desarrollo o “evo-devo”, una disciplina que empezó a despuntar en los años ochenta con el descubrimiento de los genes homeóticos o “Hox”. Estos peculiares genes controlan la expresión del resto durante el desarrollo del embrión. La idea de Horner es modificar los patrones de “encendido y apagado” de estos genes para intentar crear un “pollosaurus” con dientes, garras y cola larga.

Como comenta la investigadora de la UAM Elena Cuesta Fidalgo, experta en el ‘cazador jorobado de Cuenca” (Concavenator corcovatus), «esta investigación podría ayudarnos a comprender la transición macroevolutiva entre dinosaurios no avianos y aves, ya que nos permite conocer cómo actúan los genes Hox en el desarrollo embrionario».

A pesar de que la creación de un individuo viable aún está lejos, las investigaciones están arrojando datos reveladores sobre cómo fue la transición evolutiva de los dientes al pico. Esta estructura podría parecer a primera vista una herramienta menos eficaz que los dientes. Sin embargo, la gran variedad de formas que puede adoptar un pico en un tiempo evolutivamente corto lo convierte en una estructura enormemente eficaz a la hora de obtener alimento. Tanto es así que la adquisición del pico, junto con la aparición de la molleja en el tracto digestivo, se asocia con la capacidad para comenzar a desarrollar el vuelo, que es una forma de desplazamiento tremendamente demandante de energía.


Reconstrucción digital

La “evo-devo” no es la única innovación que está catapultando los descubrimientos paleontológicos en las últimas décadas. Las nuevas tecnologías digitales, como la fotogrametría, están revolucionando la reconstrucción tridimensional de animales extintos.

«A modo de foto panorámica, se fotografía el fósil desde todos los ángulos, lo que permite reconstruir un ejemplar 3D en el ordenador», explica Elena Cuesta. Por su parte, José Luis Sanz destaca que mediante esta técnica hoy en día basta con un teléfono para obtener una imagen relativamente precisa de un esqueleto de dinosaurio, algo que hace unas décadas era muchísimo más lento y costoso.

De este modo el intercambio de información entre distintos centros de investigación como Universidades y Museos es mucho más rápido. Tradicionalmente, las réplicas de fósiles requerían de la participación de un técnico especializado. Con los métodos informáticos, las piezas escaneadas pueden enviarse digitalmente y replicarse in situ mediante impresoras 3D.

Los modelos digitales también resultan sumamente útiles para estudiar el movimiento de estos animales. «Antes, los estudios de biomecánica se hacían con aparatos que unían los fósiles reales e intentaban articularlos –señala Elena Cuesta–. Ahora se pueden conectar los huesos escaneados digitalmente, y simular los movimientos y las limitaciones óseas a las que estarían sometidos. También es posible ensamblar músculos para una simulación más realista».

Por si fuera poco, más allá de la fotografía existen actualmente los escáneres micro CT, una tecnología que se utiliza en medicina para los exámenes TAC, y que permiten analizar incluso las cavidades del interior de los huesos. En relación a ello, Elena Cuesta apunta que «una de las líneas de investigación más activa actualmente es la evolución de la capacidad craneal. Escanear el interior de los cráneos permite reconstruir el encéfalo, el oído interno, los nervios craneales…».


El nuevo auge de la dinomanía

Estos nuevos métodos de análisis y descripción virtual han promovido en la última década descubrimientos paleontológicos sin precedentes; junto a una consecuente nueva ola de entusiasmo “dinomaníaco”.

«Creo que la gente se ha dado cuenta de que en la actualidad existen hipótesis muy sólidas sobre los dinosaurios –opina Sanz–. Unido al hecho de que cada vez encontramos más dinosaurios, algunos de ellos muy sorprendentes, es lógico que haya una gran atracción pública».

Este interés se ha traducido en un renacer de temas paleontológicos en sectores culturales tan populares como el cine, que además a día de hoy cuenta con espectaculares herramientas visuales para mostrar criaturas extremadamente realistas en la pantalla.

A pesar de que los hallazgos modernos nos presentan a unos dinosaurios más parecidos a grandes pájaros no voladores que a cocodrilos, las imágenes de los “lagartos terribles” continúan grabadas en nuestra conciencia. Tanto es así, que al pensar en dinosaurios seguramente nos cueste desprendernos de la instantánea de un feroz T-rex rugiendo.

«La cabeza recordaba a un enorme lagarto, o quizá a un cocodrilo –relataba el escritor Michael Crinchton en su novela de 1990, Parque Jurásico, al describir a sus velociraptores–. Su piel era correosa, con una textura guijarrosa y básicamente del mismo color que la de la cría: marrón amarillenta con unas marcas rojizas más oscuras, como las rayas de un tigre».

El director Steven Spielberg mantuvo este retrato de depredador en sus películas homónimas, consagrando el aspecto feroz de lo que actualmente sabemos que se parecía más a un pollo grande (aunque probablemente rápido y agresivo)

«Hoy en día no existe ninguna duda de que este animal estaba totalmente cubierto de plumas», apunta José Luis Sanz, que según explica, el velociraptor tan solo tenía la piel descubierta en zonas muy puntuales, como la parte anterior del hocico, o las manos y patas, que presentarían escamas igual que las aves actuales.

«De hecho, en la tercera entrega de la saga, Spielberg estuvo dudando entre incluirlas o no, pero finalmente solo se atrevió a añadir unas plumitas en la cabeza de los machos –agrega el catedrático–. Una cosa es seguir lo que nos cuenta la paleontología y otra cosa es que Hollywood prefiera mantener la tradición de la saga. No me voy a meter en eso; yo voy a disfrutar la película igual aunque los velociraptores no tengan plumas».

A la espera de las siguientes entregas del nuevo remake Jurassic World, está claro que los dinosaurios seguirán haciendo soñar al gran público y despertando vocaciones tanto científicas como cinematográficas.

 

 

Belén Moncalvillo es alumna del postgrado de la UAM en Comunicación Científica, graduada en Biología y máster en Conservación de la Biodiversidad por la URJC. Sus dos grandes pasiones son la Ciencia y la Literatura y piensa que la unión de ambas es una herramienta excelente para divulgar. Actualmente está dando sus primeros pasos en el ámbito de la investigación.