El estudio, publicado en la revista PNAS, cuestiona la relación entre 'el órgano del equilibrio’ y la capacidad de vuelo, destacando la importancia de los cambios evolutivos del cráneo y el cerebro
Las aves son los únicos dinosaurios que han sobrevivido hasta nuestros días y cuentan con más de 11.000 especies conocidas, lo que las convierte en el grupo de vertebrados terrestres más diverso. Es posible que una de las claves de este éxito evolutivo se encuentre en un lugar tan insospechado como el oído. La investigación titulada Coordinated transformations of the labyrinth and occiput during the dinosaur–bird transition liderada por Guillermo Navalón, investigador en el Grupo de Investigación GloCEE Ecología del Cambio Global y Evolución de la Universidad de Alcalá (UAH) y en la que participan otros miembros internacionales, arroja nuevas claves sobre el tema.
En la parte más interna de nuestro oído se alberga ‘el órgano del equilibrio’, un sistema de tres canales semicirculares llenos de líquido linfático, el cual se mueve con los desplazamientos de nuestra cabeza e informa al cerebro, en cada momento, de la posición y velocidad de nuestra cabeza. Por tanto, esta estructura interviene en funciones tan importantes como mantener el equilibrio, y es, por ejemplo, la razón por la que nos mareamos con frecuencia en un parque de atracciones: nuestros canales semicirculares no están adaptados a cambios de movimiento y velocidad tan bruscos.
Todos los vertebrados poseen esta estructura y su forma es muy variada entre los distintos grupos. No es de extrañar que la forma de esta estructura también varíe con la ecología de cada animal. De hecho, durante mucho tiempo se ha creído que la forma de los canales semicirculares está ‘afinada’ a la ecología sensorial de cada especie, y dicha forma nos podría informar, por ejemplo, de la agilidad de su portador.
EL 'ÓRGANO DEL EQUILIBRIO' DE LAS AVES
Quizás la característica más notoria de las aves es el vuelo, una actividad que requiere una gran agilidad y coordinación motora, y que ha llevado a las aves a conquistar prácticamente todos los rincones de nuestro planeta. La capacidad de vuelo activo en aves se originó durante las primeras fases de su evolución, en el período Mesozoico (‘la era de los dinosaurios’), y fue el fruto de una profunda transformación de la forma y función de la práctica totalidad de su anatomía con respecto a sus ancestros dinosaurios no avianos. Los canales semicirculares son una de las estructuras que experimentaron una transformación más acusada y se ha hipotetizado que dicha transformación estuvo íntimamente ligada a la evolución del vuelo activo. Sin embargo, esta hipótesis no se había puesto a prueba adecuadamente hasta este estudio.
‘Por suerte, la región del cráneo que rodea a estos canales semicirculares es muy robusta y se preserva con frecuencia en fósiles, lo que nos permite acceder a la forma y tamaño de esta estructura en organismos extintos, y, por tanto, registrar los cambios evolutivos que se han producido en la misma durante la evolución de los dinosaurios, incluyendo a las aves’, aclara Guillermo Navalón, líder del estudio e investigador Ramón y Cajal en la UAH.
El estudio publicado en la revista PNAS ha usado datos de microtomografía de alta resolución para reconstruir, digitalmente en 3D y sin dañar los fósiles originales, la forma de los canales semicirculares tanto de especies fósiles que abarcan la transición dinosaurio-ave, como de una gran diversidad de aves modernas, de todos los linajes y ecologías, y tanto especies voladoras como no voladoras.
‘Nuestro estudio es novedoso porque incluye muchas más especies de aves no voladoras modernas que estudios anteriores; esto nos ha permitido entender de manera mucho más profunda los cambios asociados con la pérdida del vuelo en aves actuales, un fenómeno que ha ocurrido más de 25 veces de manera independiente’, aclara Roger Benson, coautor del trabajo, catedrático y curador de reptiles fósiles en el American Museum of Natural History en Nueva York.
Sirviéndose de estos modelos tridimensionales, los investigadores aplicaron una técnica conocida como morfometría geométrica, que permite convertir en variables matemáticas la compleja forma de estas estructuras. A continuación, modelos matemáticos les permitieron poner a prueba, estadísticamente, la relación entre la forma y la capacidad de vuelo en especies modernas para, finalmente, aplicar esta información a las formas extintas.
LA RELACIÓN ENTRE LOS CANALES DEL OÍDO INTERNO Y LA CAPACIDAD DE VOLAR DE LAS AVES
‘Sorprendentemente, nuestros resultados muestran, sin lugar a duda, que la relación entre la forma de estos canales del oído interno y la capacidad de vuelo en aves modernas es prácticamente inexistente; ¡un cisne (un ave de potente vuelo) y un avestruz (un ave no voladora) tienen formas casi idénticas!’, comenta Navalón. ‘Sin embargo, nuestros análisis muestran que la forma general del cráneo, que alberga muchas más estructuras clave, como el cerebro, tiene una relación muy fuerte y determinante de la forma de los canales semicirculares’.
Los autores proponen que son precisamente estos profundos cambios en todas las estructuras de la cabeza durante la transición dinosaurio-ave, y en concreto la forma en la que cráneo y cerebro se conectan con el resto del cuerpo, los aspectos que tienen una influencia más importante en definir la forma de este órgano del equilibrio. ‘Rescatando la comparación previa entre el cisne y el avestruz, aunque sus capacidades de vuelo no puedan ser más opuestas, la conexión entre el cráneo y el cuello (y por tanto el cerebro y la médula espinal) es muy similar entre ambas especies’, cuenta Navalón.
Estos resultados son coherentes con algunos estudios recientes de dinámica de fluidos que muestran que la forma de los canales semicirculares no tiene efectos importantes sobre la función de esta estructura. ‘Nuestros resultados apuntan a que todas estas estructuras de la cabeza, tanto órganos de los sentidos (oído, visión), como el cerebro, o el resto del cráneo, evolucionaron de una manera coordinada en la que la forma de una estructura afecta de forma crítica al resto’, explica Benson. ‘Es decir, estas estructuras no evolucionan de manera independiente entre sí’.
El estudio resuelve una importante controversia con respecto al papel del oído interno en la evolución de las aves, y concluye que algunas claves del éxito evolutivo de las aves modernas quizás se encuentren en otras estructuras. Por ejemplo, el fascinante cerebro de estos animales les permite llevar a cabo comportamientos de una complejidad solo vista en mamíferos: como las extraordinarias exhibiciones de cortejo de las aves del paraíso, la pasmosa capacidad de imitación del ave lira, o incluso la resolución de problemas cognitivos y el uso de herramientas en cuervos y loros. Esta investigación es parte de un programa de investigación más amplio, que intentará, en el futuro cercano, esclarecer algunas de las claves acerca del papel del cerebro en la evolución de estos carismáticos animales.