SINCHace 66 millones de años, los dinosaurios se extinguieron, pero algunos reptiles y aves sobrevivieron a esta extinción masiva. Las aves que sobrevivieron sufrieron una rápida evolución y una gran diversificación. Hasta ahora, explicar el árbol familiar de las aves modernas no ha sido fácil.
Un estudio internacional reveló en 2014 que el linaje de dinosaurios que evolucionó hacia las aves necesitó cerca de 50 millones de años para conseguir reducir su tamaño al de un pájaro. Este proceso de evolución constante favoreció que, antes de la aparición de la primera ave documentada, surgieran especies con alas y plumas que experimentaron con el vuelo.
Esta es la principal conclusión del trabajo que científicos de las universidades de Adelaida (Australia), Boloña (Italia), Southampton (Reino Unido) y Debrecen (Hungría) publicaron en la revista Science.
El linaje evolutivo de las actuales aves voladoras empezó hace alrededor de 210 millones de años a finales del Triásico. A partir de ese periodo, el peso corporal del orden de los dinosaurios terópodos, del que descienden las aves, fue disminuyendo progresivamente desde los 163 kg a los 0,8 kg del primer pájaro conocido, el Archaeopteryx, con caracteres intermedios entre los dinosaurios emplumados y las aves modernas. Siempre ha existido gran controversia acerca del origen de este genero debido a la ambigüedad de sus rasgos.
Imagen superior: Linaje evolutivo de los dinosaurios que evolucionaron a aves. /Science-Davide Bonnadonna.
“Las aves han sido diferenciadas de sus parientes cercanos por su capacidad de volar”, indica Michael Lee, autor principal de la investigación e investigador en la institución australiana, «pero en los últimos años esta distinción se ha difuminado debido al descubrimiento de dinosaurios con plumas como Microraptor –también con alas en sus extremidades inferiores–, que era capaz de planear. Sin embargo, un nuevo espécimen de Archaeopteryx estudiado recientemente sugiere que las primeras aves tenían alas más evolucionadas y una mejor capacidad de vuelo”.
Según explica Michael Benton de la Universidad de Bristol (Reino Unido) en un artículo de opinión complementario al trabajo de Science, en 1994 fue descubierto en China un fósil de dinosaurio sin alas pero con un recubrimiento de plumas. Fue el primero de una serie de hallazgos que han evidenciado el periodo de experimentación de estos animales extintos con el vuelo o, más bien, con el planeo y el salto.
Otro de los resultados del trabajo revela que este proceso de miniaturización habría propulsado la adaptación del esqueleto de estos grandes reptiles. La evolución habría sucedido cuatro veces más rápido a lo largo de las doce ramificaciones filogenéticas de los terópodos a los aves que en el resto de linajes evolutivos de los dinosaurios.
“El progreso del tamaño corporal habría sido un paso liberador. Permitió a los dinosaurios explorar toda una gama de nuevos estilos de vida y hábitats. De pronto, podían trepar a los árboles, perseguir a los insectos, saltar y planear”, sostiene Lee, «y esto habría provocado una explosión en esta rama de la evolución”.
Por su parte, Benton también plantea que el salto a los árboles fue un intento de escapar de los depredadores o de encontrar nuevos recursos alimenticios. Esta ‘mudanza’ habría requerido cuerpos pequeños, ojos agrandados para aumentar la visión tridimensional, mayores cerebros frente a la diversidad arbórea, plumas aislantes para permitir la actividad nocturna o el alargamiento de las extremidades para favorecer los saltos entre árboles.
El conjunto de adaptaciones habría moldeado los rasgos de las aves tal y como las conocemos hoy en día, con los hocicos cortos, los dientes más pequeños y las plumas aislantes. No obstante, el equipo subraya que estas características han sido adquiridas coordinadamente al influir también unas entre otras.
Método innovador
Para llegar a las conclusiones, los investigadores utilizaron una técnica estadística bayesiana, desarrollada originalmente para deducir las tasas de evolución de los virus. De esta forma analizaron más de 1.500 rasgos anatómicos de 120 especies de terópodos y aves primitivas, el mayor registro hasta la fecha.
Previamente, los análisis filogenéticos del grupo habían seguido tres pasos: construir el árbol evolutivo, datar los puntos de ramificación y asignar las especies. Con el nuevo método se ha realizado todo el proceso a la vez. Los autores consideran que los estudios previos que apuntaban a que los cambios evolutivos en este linaje había sido más veloces, en realidad no reproducían con exactitud el proceso, ya que se centraban solo en las ramas evolutivas rápidas o en pocos rasgos esqueléticos evaluados.
Un mapa filogenético
Gracias a la investigación de un consorcio internacional de científicos con participación de investigadores del Centro de Regulación Genómica (CRG) en Barcelona, se obtuvieron en 2014 nuevas pistas sobre cómo fue esta evolución. El trabajo propuso además un nuevo método para el estudio filogenético basado en datos secuenciación genómica masiva.
Los más de 200 científicos de 80 instituciones repartidas en 20 países que han estudiado la genómica de las aves, liderados por Guoije Zhang del National Genebank BGI (China) y la Universidad de Copenhague (Dinamarca), trabajaron durante cuatro años en la secuenciación masiva de los genomas de 48 especies de aves y los de otros animales como los cocodrilos.
Estudiaron cuervos, patos, halcones, periquitos, grúas, ibis, pájaros carpinteros y águilas, entre otros, en representación de las principales familias de aves modernas. Los primeros resultados se publicaron simultáneamente en ocho artículos en la revista Science y en 15 artículos más en otras revistas científicas, como Genome Biology y GigaScience.
Los estudios filogenéticos previos sobre la evolución de las aves modernas habían estudiado conjuntos de genes concretos que se relacionaban con características anatómicas o de comportamiento. Los resultados presentados por el Avian Phylogenomics Consortium compararon el genoma entero de todas las especies, lo que ha permitido reconstruir el árbol filogenético de las aves con mucho más detalle e incluir información sobre las relaciones de parentesco entre grupos y el momento en el que se separaron.
Los científicos descubrieron que para poder ser minuciosos y obtener todas las tendencias en la evolución de las especies deben tener en cuenta las regiones del ADN que no codifican proteínas.
Las aves tienen pocas repeticiones de ADN y ya desde su aparición perdieron cientos de genes que compartirían ancestralmente con los humanos. En concreto, los genes que los pájaros han perdido son clave para los humanos y están implicados en funciones importantes como la reproducción, y la formación del esqueleto o los pulmones.
Los circuitos cerebrales para el aprendizaje musical y vocal en aves y en humanos son similares, pero se ha llegado a ellos por vías diferentes en la evolución
Sin embargo, las aves controlan estos aspectos desde otra aproximación que explicaría por qué tienen un esqueleto más ligero, un sistema respiratorio tan particular, una gran variedad de especialidades en la dieta y muchos otros rasgos característicos diferentes a los mamíferos.
Sobre pájaros y demás parientes
Además de secuenciar los genomas de 48 especies de aves, también se secuenciaron y estudiaron los genomas de los reptiles actuales más cercanos a las aves: los cocodrilos. Los científicos esperaban encontrar los puntos de conexión entre ellos y aportar datos sobre la diversificación de los arcosaurios (grupo que incluiría los cocodrilos, los dinosaurios y las aves).
«La secuenciación de tres especies diferentes de cocodrilos nos sirve para contextualizar el trabajo del estudio genómico de las aves que ahora presentamos. Los datos que hemos estudiado nos demuestran que los cocodrilos han evolucionado relativamente poco y que, por tanto, son un reflejo bastante fiable de sus antepasados», explica Toni Gabaldón, jefe del grupo de Genómica Comparativa en el CRG, profesor de investigación del ICREA y uno de los coautores del papel publicado en Science sobre los genomas de cocodrilos.
«Asimismo, el hecho de compararlo con los genomas de las aves nos ha permitido reconstruir parcialmente el que sería el genoma del ancestro común de los arcosaurios, y por tanto, una herramienta muy valiosa para el estudio del origen los cocodrilos, las aves y los dinosaurios», añade Gabaldón.
Según el investigador, «la diversificación rápida de las aves en muchos grupos visiblemente diferentes contrasta con la estabilidad e inmovilidad de los cocodrilos, que se han mantenido prácticamente iguales después de muchos años de evolución». Esto muestra cuán relativa es la velocidad evolutiva en diferentes grupos y cómo la oportunidad de diversificación para ocupar nuevos nichos ecológicos genera «diversidad morfológica y especiación muy rápidamente», concluye.
Imagen superior: Reconstrucción del Aurornis xui. / Masato Hattori.
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