Plumas y su evolución

Publicado: 3 de Febrero de 2016

as plumas son probablemente la adaptación más bella y elegante que ha dado la evolución animal, además de ser los apéndices epidérmicos más complejos que existen. Han sido cruciales para el éxito evolutivo de las aves, y están adaptadas a diversas funciones: vuelo, cortejo, aislamiento del frío y del agua, protección mecánica y camuflaje, entre otras.

Existen diferentes tipos de plumas que cumplen diferentes funciones. Así, por ejemplo, el plumón sirve como un excepcional aislante térmico, las plumas de vuelo tienen un estandarte firme y asimétrico para cortar el viento con el máximo aerodinamismo posible, y las plumas más empleadas en el cortejo presentan formas y colores muy llamativos. Pero, ¿cómo y cuándo se originaron? o ¿qué fue primero: el pájaro o la pluma?

Aunque existen formas muy diferentes, todas las plumas están formadas de queratina, similar a la que forma pelo, escamas, picos, uñas o cuernos. Estas plumas crecen a partir de folículos de la epidermis (capa más externa de la piel), de forma análoga al pelo, cuyas células mueren después de formar la pluma, dejando la estructura queratinosa que conocemos. Lo interesante, especialmente para el vuelo, es la estructura jerárquica que forma la pluma y que es capaz de conferirle una gran rigidez con un peso mínimo. Del folículo se forma primeramente el raquis, que es eje principal. Después van apareciendo barbas a ambos lados del raquis: en realidad aparecen de forma helicoidal, y es sólo al desecharse la capa de células que protege la pluma en crecimiento cuando se extienden a ambos lados del raquis, tal y como las solemos ver. Pues bien, de estas barbas parten también a ambos lados unas bárbulas más pequeñas, y de estas pequeñas bárbulas salen también unos aún más pequeños ganchos o barbicelos, que se entrelazan de manera muy efectiva para formar el sólido estandarte de una pluma típica. Cuando salen estructuras a los lados de un eje principal, se dice en biología que es una estructura pinnada, como una hoja de fresno, por ejemplo; digo esto porque simplifica las explicaciones, al saber que llamamos plumas pinnadas a las de este tipo, en contraste con el plumón, en el que las barbas se alojan en forma de abanico en el cálamo del raquis. A la parte del raquis hueca, libre de estandarte, y que se inserta en la piel del ave se le llama cálamo. Esto es muy sencillo de entender con un esquema, así que recomiendo que lo miréis si no conocíais de antes la morfología de la pluma.

Otra característica común a todas las plumas, y que ha sido muy importante durante el estudio de su origen, es el hecho de que el cálamo está hueco.
Bueno, pues con las cuatro cosillas que ya sabemos sobre las plumas, es suficiente para que podamos sumergirnos en el estudio de su origen, que no ha sido nada sencillo y está lleno de polémica, aunque cada vez aparece más claro, a medida que se va investigando en ello.

Podemos decir que todo comenzó en 1861, cuando se descubrió el famosísimo fósil de Archaeopteryx lithografica en una cantera de Alemania. Hacía sólo dos años que Darwin había publicado El Origen, y la teoría de la evolución estaba siendo debatida en todas partes. Varios biólogos evolutivos, incluyendo a Darwin y Huxley, pensaban ya en esa época que las aves eran o procedían de los reptiles, por sus numerosos parecidos morfológicos, pero no podían probarlo; y los contrarios a la evolución se apoyaban en la falta de fósiles intermedios entre aves y reptiles para desechar la tesis evolutiva. la aparición de Archaeopteryx dio un gran apoyo a la teoría de la evolución. El susodicho fósil es el ave más antigua que se conoce, de hace unos 150 millones de años, y presenta características intermedias entre aves y reptiles.

Actualmente se manejan dos teorías como las candidatas más probables: la primera dice que las aves se originaron a partir de dinosaurios terópodos en el jurásico y la segunda propone el origen de las aves más atrás en el tiempo de forma que las aves habrían surgido de unos reptiles “tecodontos” que habrían dado origen a cocodrilos, pterosaurios, dinosaurios y aves entre otros. La primera hipótesis es la que cuenta con un apoyo mucho mayor de las pruebas fósiles y, por tanto, de los científicos, pero la segunda aún no ha podido descartarse, con lo cual hay que mencionarla de momento.

Durante la época de Darwin, y hasta finales del siglo XX, se ha pensado que las aves eran el único grupo con plumas, y que las plumas habían surgido para el vuelo. Como Archaeopteryx era el primer fósil considerado como ave y ya tenía plumas, era lógico que se pensara que las plumas eran exclusivas de las aves.

En la década de los 90 todo empezó a volverse más complicado e interesante.  En 1997 apareció un yacimiento extraordinario en Liaoning (China), cargado de fósiles en muy buen estado de conservación, entre los que se encontraban algunos dinosaurios terópodos con plumas.Los primeros en aparecer fueron Protoarchaeopteryx robusta, con brazos cortos (improbable que pudiese volar) y plumas pennadas simétricas, y Caudipteryx zoni, con brazos excesivamente cortos como para volar y plumas completas pennadas y simétricas. Ambos tenían el cuerpo cubierto de unos filamentos huecos similares al plumón de los pollos, que los científicos denominan “dino-fuzz”. Estos dos dinosaurios son más primitivos que Archaeopteryx (perteneciendo al Cretácico temprano) y representarían un escenario en el que las aves se habrían originado a partir de dinosaurios bípedos, con plumas y corredores (no voladores).

Al año siguiente se propuso seriamente la “teoría del desarrollo de las plumas” (Prum y Brush, 2002), que dicen que las plumas evolucionaron a través de una serie de novedades evolutivas de los mecanismos de desarrollo de los folículos, mediante la duplicación, organización jerárquica, interacción, disociación y diferenciación de módulos morfológicos. La rápida evolución de tantas innovaciones estaría favorecida por la capacidad única de subdivisión modular del folículo de las plumas tubulares y plumas primigenias. Dejan claro que la función para la que surgieron las plumas no es lo más importante. La función aislante del plumón es muy probable que diera grandes ventajas adaptativas en la selección natural, pero también habrían intervenido quizá el camuflaje, el ornamento para cortejo (se han descubierto colores en las plumas a través de sus nanoestructuras), la protección mecánica, la impermeabilización, y otras funciones. Proponen que la forma en la que una pluma se forma en una ave actual puede ayudar a dilucidar la evolución pasada. Así, utilizan el desarrollo actual para explicar la evolución, en el campo emergente en biología conocido como “evo-devo”. De esta forma proponen el origen de las pluma en cinco estadios, cada uno de los cuales representa una novedad evolutiva en la historia de las plumas, que sirve como base para la siguiente innovación, aumentando así la complejidad (ver esquema):
1) Origen del folículo circular: la primera pluma sería un cilindro hueco.
2) Diferenciación del folículo circular: aparecen plumas con barbas unidas al cálamo en abanico.
3) Origen del crecimiento helicoidal y formación del raquis: aparecen plumas planas pinnadas pero abiertas (no entramadas).
4) Diferenciación de los formadores de bárbulas del folículo: aparecen plumas pennadas y con el estandarte cerrado (entramado de bárbulas y barbillones actual).
5) Se añaden más crestas formadoras de barbas en un lado del folículo: aparecen plumas pennadas asimétricas. Aquí podría haber empezado a surgir el vuelo. Archaeopteryx ya presentaba plumas de este tipo.

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