martes, 9 de agosto de 2011

Como una pluma

Entre las múltiples estructuras que han evolucionado en los seres vivos, pocas son tan especiales como las plumas de las aves. Esto se debe a dos cosas, la primera que son muy características de dicho grupo, su poseción es incluso parte de la defición de ave. Y la segunda es que son una estructura sumamente especializada.





Coelorusaurio, de los primeros dinosaurios emplumados.

La primer característica no causa mucho problema evolutivamente, ya que fue desición nuestra y por practicidad separa a todos los seres con plumas en un grupo aparte, noten que el requisito para ser ave es tener plumas y no volar. Pero el segundo, el hecho de que las plumas sean una estructura tan especializada, si plantea problemas para explicarlas evolutivamente.

En el caso de otras estructuras especializadas, como nuestras manos, hemos visto como evolucionaron partiendo de estructuras mas simples que tenias especies previas, las cuales con mutaciones sencillas se han ido adaptando y cumplen nuevas funciones. Pero este no es el caso de las plumas, ya que aparentan simplemente haber aparecido de forma abrupta. Para entender como es que han evolucionado veamos primero los tipo sde plumas que existen:
  • Filoplumas: son alargadas y constituidas por un unico cilindro, muy similares a pelos.
  • Plumón: son más pequeñas que las anteriores, tienen las barbas libres y su función es evitar las pérdidas de calor.
  • Tectrices: recubren todo el cuerpo y constituyen la superficie de protección del ave frente al clima (lluvia, etc).
  • Timoneras o rectrices: son las plumas que forman la cola, tiene estructura de filamentos formando un plano y son simétricas.
  • Remeras o rémiges: son las plumas del ala. Son similares a las timoneras pero su estructura es asimétrica (las plumas remeras están cubiertas en su base por unas plumas más cortas, dispuestas en series y denominadas coberteras).

Como vemos existen una variedad de tipos de plumas, cada cumple una función, pero lo mas relevante es que tienen diferentes grados de complejidad. Ahora veamos un poco acerca de las primeras especies con plumas. (A pesar de que no es mi intención escribir un trabalenguas para hacerles la vida difícil, mencionare todas las especies que recuerde, si no pueden seguir todo los nombres raros no se preocupen solo sigan la idea) Estas especies eran dinosaurios de la rama Coelorusauria la cuál primero de divide en el linaje de Albertosuarios, Tiranosaurios (sí, por mas ridículo que paresca, los tiranoasaurios tenían plumas) y la sub-rama Compsognatilda de las cuales la especie Sinosauropterix es un buen representante, estos animales estaban cubiertos de unos folículos muy similares a pelos, es decir unos cilindros formados de piel.

Ahora, formar estas estructuras cilíndricas no es muy complicado, básicamente solo se deja crecer la piel en lugares específicos mas de la cuenta, de esta manera no se tiene otra opción mas que crecer hacia afuera del cuerpo, y ya que el crecimiento es en un punto dado, se va formando un cilindro. Así que para que el Sinosauropterix forme sus raras estructuras basta con una simple mutación que modifique el crecimiento de las células de la piel.


Sinosauropteryx


Pero aparte del Sinosauropterix, sus especies hermanas, Compsognatusarios, Huaxiagnathusaurios y Juravenators tenían el mismo tipo de estructuras, muy similares a las Filoplumas. Luego evolucionaron en otra linea dos especies, los Ornitomimosaurios y los Maniraptorasaurios, de estos últimos, fueron descendientes los Ornitolestesaurios y la familia de los Alvarezsauridos. Entre este ultimo grupo están los Patagonykus, Mononykus y los Shuvuuia, los cuales tenias unas estructuras parecidas a las del Sinosauropterix, pero un poco mas complejas. No solo eran cilindros sino que aparte tenían ramificaciones mas delgadas que se extendían a todo lo largo del cilindro principal y se proyectaban a los lados. Lograr estas ramificaciones tampoco represento un problema muy grande, ya que bastó con otras mutación, una que acentuara el crecimiento de las células, no solo en un punto sino en un anillo que rodea a dicho punto, de esta forma se generará no solo un cilindro, sino un cilindro con zonas de alta y baja densidad, es decir, el cilindro tendra partes a todo lo largo que son mas densas y que consecuentemente se separarán del cilindro principal al alcanzar cierta longitud (similar a la fragmentación que sufren las puntas del cabello humano si se le deja ser muy largo). Entonces al fragmentarse se extenderán hacia afuera alejándose del cilindro principal y formarán la típica configuración conocida de las plumas, el cilindro a lo largo de la estructura y dos planos que se propagan a cada lado formados por filamentos mas delgados. Estos filamentos, a su vez, se fragmentan al alcanzar un tamaño determinado (menor que en el caso principal ya que son mas delgados) y así generan las pequeñas fibras que mantienen a la pluma unida.


Jinfengonpterix.

Sin embargo, estas plumas, aunque son buenas para controlar el flujo del aire por su forma plana y alargada no sirven para volar, ya que para generar sustentación como lo hacen las aves modernas se requiere de una pluma especial que es asimétrica, con uno de los planos laterales mas delgado y curvo que el otro, esto genera sustentación al variar la velocidad del aire sobre la superficie superior e inferior y así generar una fuerza que compense la gravedad (de hecho las alas de los aviones son una copia metálica de este tipo de plumas).


Shuvuuia, la coloración de las plumas de estas especies de deduce de los rastros químicos en los fósiles.

Después de la aparición de estos últimos dinosaurios, evolucionaron sus descendientes de la familia Oviraptosauria (los Caudipterix, Conchoraptors y Citipatis) y por otra rama, los Troodontidae y la familia Dromeosauridae (cuyos miembros son los Velociraptors y los Sinornitosaurios) junto a la cual aparecen los Archeopterix y Confusiosornis. Todas estas especies son de gran relevancia ya que tenían plumas grandes y prominentes. Ahora, apenas estamos comenzando a entender el papel de las plumas en estos dinosaurios y mientras que no tenian la capacidad de las aves modernas de volar de forma auto-propulsada, si tenian estas habilidades:

-Cambio de plumaje en función de la edad, los jóvenes y adultos tenían diferentes plumajes.
-Cambio en la coloración del plumaje según la parte del cuerpo, de forma muy similar a las aves modernas.
-Control del flujo del aire con las plumas.

Para muchos paleontologos las especies que se pueden considerar como las primeras aves son el Arqueopterix y el Sinornitosaurio. Ninguna de estas dos especies podían despegar del suelo tal como las aves actuales (las que vuelan al menos) pero si eran capaces de planear considerables distancias. Ademas tenian diferencias interesantes con las aves modernas, el Archeopteriz tenia cola de reptil, pero con plumas como las que tienen las aves modernas y el Sinornitosaurio tenia cuatro alas en lugar de dos (las patas traseras eran también "alas").


Esta es la verdadera apariencia de los Velociraptors, su tamaño era comparable con el de una gallina grande.

Así que podemos ver un par de cosas interesantes; en primer lugar, las primeras plumas fueron del tipo mas simple que tienen las aves actuales, es decir, la complejidad de las plumas que hoy se da conforme el ave madura fue evolucionando y apareciendo en especies subsecuentes, en segundo lugar, no existe una clara distinción entre aves y dinosaurios, ya que existieron especies que se consideran tanto dinosaurios como aves.


Confuciosornis. Si, esto es un dinosaurio.

Así que la evolución de las plumas acompaño a la de las aves y a su transformación apartir de los dinosaurios dando pasos hacia las nuevas variantes de las plaumas que eventualmente pasaron de ser simple aislante termico a controlar el flujo de aire (se piensa que eso les podría ayudar a dar repentinos aumetnos de velocidad al perseguir presas y empujar aire hacia atras) y eventualmente poder planear y luego volar.


Sinornitosaurio, noten las plumas en las patas traseras.

Y ya que en cierto sentido las actuales aves son dinosaurios, podemos alardear de comer caldo de dinosaurio, nuggets de dinosaurio, dinosaurio frito o asado e inclusive hamburgesas de dinosaurio.










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