I V .
¿ C Ó M O
S E D E S P L A Z A N A V E S ?
L A S
GRAN parte de la diversidad de las aves se debe a los diferentes modos de vida que han adquirido durante el proceso de evolución. Puesto que desarrollar sus actividades en lugares diferentes implica la explotación de un recurso alimenticio en particular, la movilización dentro de un tipo especial de superficie, y el desplazamiento en diferentes elementos, la forma externa de las aves ha sufrido cambios extremos. A diferencia de otros grupos de vertebrados, las aves están adaptadas para realizar dos, o más, mecanismos de locomoción en diferentes ambientes. Puesto que provienen de antecesores que caminaban, las aves se han adaptado de diferentes maneras a caminar, nadar y desplazarse en tierra ayudadas por las patas, las alas y la cola. LA ESTRUCTURA DE LAS PATAS Y SUS MODIFICACIONES En las aves podemos encontrar diversos tipos de patas, cada uno de ellos altamente relacionado con la forma de vida y hábitat. Las modificaciones que encontramos tienen que ver con el número y disposición de los dedos, algunas estructuras accesorias como membranas y peines, y la conformación anatómica interna, esto es, músculos y tendones.
Generalmente las patas pat as de las aves presentan cuatro dedos, dedos , uno de ellos más pequeño y dirigido hacia atrás, llamado hálux. A partir de este modelo generalizado, las aves han perdido uno o varios dedos dependiendo de sus hábitos. Por ejemplo, encontramos al carpintero de tres dedos de la región boreal que ha perdido uno de los dedos frontales; varias aves de playa, los ñandúes de Sudamérica y los casuarios de la región australiana han perdido el hálux. Las avestruces de África se han especializado en la locomoción terrestre a grandes velocidades y en la actualidad cuentan solamente con dos dedos. Para reconocer los diferentes tipos de patas y sus modificaciones, los ornitólogos han creado un sistema de conteo de los dedos, asiguándole un número a cada uno de ellos, partiendo del hálux, al que se ha dado el número 1, contando progresivamente hacia afuera, de modo que sea más sencillo detectar cuándo ha existido alguna variación del patrón original (Figura IV.1).
Figura IV.1 (A) Numeración y disposición de los dedos; (B) localización y tipos de hálux.
El común de las aves tiene tres dedos dirigidos hacia el frente y el hálux hacia atrás. A esta condición se le llama pata anisodáctila. Es posible que el hálux se encuentre articulado a la misma altura que los dedos frontales (incumbente) condición común en las aves que se posan, en las ramas de los árboles como los gorriones, chipes y crácidos, donde el hálux participa dándole la fuerza de agarre necesaria para sostenerse. También puede estar colocado en la parte posterior del tarso (elevado) como en las aves que caminan en el suelo (palomas, codornices y grullas), puesto que el hálux no ejerce ninguna función en el desplazamiento. Los carpinteros, pericos, cucús, tucanes y jacamares presentan los dedos de las patas en una disposición diferente, dos (el 2 y el 3) dirigidos al frente, y dos (el 1 y el 4) hacia atrás; de esta manera es más fácil para ellos la maniobra de trepar por los troncos de los árboles pues les proporciona mayor fuerza. A esta disposición se le denomina pata cigodáctila y se piensa ha aparecido varias veces en el curso de la evolución (Figura IV.2). En los búhos y algunas aves de presa diurnas, a pesar de tener los dedos dispuestos tres adelante y uno atrás, el dedo 4 se puede dirigir hacia atrás a voluntad, con el objeto de asir sus presas de manera más eficiente, convirtiéndose convirtiéndose en cigodáctilos facultativos.
Figura IV.2 Tipos de patas.
Ciertas aves que duermen colgadas en los riscos o encima de otros compañeros de la misma especie, como los vencejos y las aves ratón, son capaces de disponer los dedos de las patas todos hacia adelante a manera de ganchos; a esta condición se le conoce como pata pamprodáctila.
Los trogones están adaptados para posarse en las ramas y han desarrollado una disposición de dedos única llamada pata heterodáctila, dos dirigidos hacia adelante (el 3 y el 4) y hacia atrás el l y el 2. Algunos grupos presentan dos o más dedos fusionados desde la base, aunque en la parte distal aparecen separados, tal es el caso de los trepatroncos, los horneros y especialmente los martines pescadores y cálaos. A esta condición se le llama pata sindáctila.
Las aves acuáticas o las que se mueven en ambientes poco firmes como la nieve y el lodo, necesitan estructuras accesorias en las patas como auxiliares en su desplazamiento. Los patos, gaviotas, flamencos y somormujos tienen una membrana que une a los tres dedos frontales, llamada membrana interdigital, la cual facilita el uso de las patas a manera de remos en la natación. A este tipo de pata se le llama palmeada (Figura IV.3). Los pelícanos y sus parientes presentan también una membrana, pero ésta abarca los cuatro dedos, y se le llama pata totipalmeada. Otras aves que caminan en el lodo o entre la vegetación acuática están dotadas también de una membrana, que ocupa sólo parte de los dedos, la denominada pata semipalmeada de las garzas, los ibis, las grullas y algunas aves de playa como los chorlitos y las agachonas.
Figura IV.3 Tipos de patas de aves marinas. (A) Pata palmeada del pato; (B) pata topipalmeada de la bubia; (C) pata semipalmeada de la garza y (D) pata lobulada del zambullidor.
Las membranas interdigitales no son las únicas estructuras que aparecen en las aves que nadan o bucean. Los zambullidores, falaropos y gallaretas tienen unas proyecciones córneas en forma de paleta a los lados de cada dedo, que conforman la pata lobulada. Los lóbulos desempeñan una función importante en el desplazamiento acuático. Los guacos son aves que habitan en la nieve durante los crudos inviernos boreales; en esta época desarrollan escamas alargadas a los lados de los dedos, que les sirven como raquetas para caminar en la nieve. Las uñas tienen también un papel importante en la locomoción y la obtención de alimento. Son muy largas y curvadas en las aves de presa
y en las que se posan en las ramas o trepan, como en los loros, los carpinteros y las aves canoras, pues necesitan de mayor fuerza para asirse. Son cortas y romas en las aves que caminan en el suelo como el avestruz; y planas en los zambullidores. En algunos grupos como las garzas, las lechuzas, los chotacabras y los tordos de agua, la uña del dedo medio tiene una estructura similar a un peine (uña pectinada), la cual les sirve en el arreglo y mantenimiento de las plumas. Otras estructuras accesorias que presentan las aves en las patas son los espolones, que son estructuras rígidas en forma de espina. Gallos y faisanes los tienen en las patas, jacanas y chajás en las alas, y sirven generalmente para la defensa. LAS DIFICULTADES DEL DESPLAZAMIENTO EN TIERRA Fuera de la simple modificación de las patas, el hecho de que ciertas aves realicen de vez en cuando, o siempre, desplazamientos en la tierra, ha determinado modificaciones estructurales mayores. Por ejemplo, las aves corredoras o que frecuentemente caminan en el suelo como las ratites y algunas gallináceas, tienen las patas largas y los dedos y la cola cortos. Durante su desplazamiento tratan de reducir la superficie que está en contacto con el suelo. Esto explica el porqué las avestruces, excelentes corredoras, solamente tienen dos dedos. Sin embargo, muchas aves son capaces de utilizar sus patas para correr, aunque no estén altamente modificadas para hacerlo, como lo hacen las gaviotas, los chichicuilotes y algunas aves de percha como las primaveras y las alondras, siendo un caso especial el de los correcaminos, que son las únicas aves corredoras con patas cigodáctilas. Las aves que viven en los árboles, cuyas patas están adaptadas para trepar, tienden a desplazarse a brincos de rama en rama. Ocasionalmente utilizan este sistema para desplazarse en tierra, como podemos observarlo en los gorriones caseros y los cuervos. Cuando un ave necesita desplazarse en ambientes sueltos como la arena, la nieve y la vegetación acuática, las adaptaciones que poseen tienden a presentar una mayor superficie de contacto con el suelo para distribuir más su peso corporal. Las jacanas caminan sobre la frágil vegetación que crece sobre el agua, por lo que tienen dedos extremadamente largos y delgados. Las alondras que viven en el desierto y las lavanderas que se alimentan en el lodo, tienen la uña del hálux muy larga con la misma función de aumentar el área de contacto y no hundirse. La cima de la evolución de las extremidades inferiores de las aves la encontramos en la pata perchera, que se observa en las aves principalmente arborícolas, siendo exclusiva de las aves canoras o paseriformes. Está formada para posarse en las ramas y sostener al ave sin gastos extremos de energía, incluso mientras duerme. El mecanismo funciona de manera muy simple, pues la disposición de los tendones permite que el propio peso del ave cierre los dedos fuertemente. Además,
los tendones de los dedos sirven como un seguro, pues al extenderse se traban entre sí y no permiten que la pata se abra, llegando a quedar aves colgadas aun después de que mueren. Las patas de algunas aves les sirven también como un medio de conseguir alimento. Las aves rapaces tienen uñas muy largas y curvadas en sus fuertes patas, lo cual les permite atrapar sus presas. El gavilán pescador tiene además una serie de espinas en la planta de las patas, que le ayudan a sujetar con firmeza los resbalosos peces de los que se alimenta. Los loros son capaces de manipular el alimento con las patas mientras lo consumen, mientras que algunas urracas sostienen las bellotas con las patas para poderlas romper con fuertes picotazos. EL VUELO El vuelo es una de las actividades más fascinantes que los seres vivos pueden realizar. Solamente algunos grupos de animales han adquirido esta capacidad, entre ellos podemos nombrar a los murciélagos, los insectos y en especial a las aves. Sin embargo, cada uno de ellos ha desarrollado su método de vuelo de diferentes maneras; los murciélagos mediante pliegues de la piel que unen sus alargados dedos, los insectos mediante alas que son proyecciones membranosas de su cuerpo, y las aves con alas constitiudas de plumas. Esta capacidad ha permitido que podamos encontrar aves en casi todos los confines de la Tierra y, en comparación con otros grupos de vertebrados, son los que realizan esta actividad de la manera más eficiente. Hemos comentado ya muchas de las adaptaciones morfológicas y fisiológicas que las aves tienen para este fin, pero ¿por qué no estudiamos cómo se originó esta actividad en el grupo? ORIGEN DE VUELO Entre los expertos se ha discutido mucho acerca del origen del vuelo de las aves. Se manejan sobre todo dos teorías explicatorias: la teoría del origen arbóreo del vuelo; que explica que las plumas que cubrían el cuerpo de las primeras aves de la era Mesozoica tenían como función primordial el control de la temperatura corporal, pero a la vez poseían cierta longitud y firmeza que les ayudaba a realizar planeos al estilo de los que realizan las ardillas y lagartijas voladoras. Se cree que las primeras aves eran trepadoras con dedos y garras en las alas, como los que tienen los pollos del hoatzín de Sudamérica y los presentes en los fósiles del Archaeopteryx. Estas aves primitivas después de trepar se dejaban caer de las ramas de los árboles realizando planeos cortos para huir de sus depredadores o atrapar sus presas. Aparentemente esta nueva actividad les proporcionaba una ventaja de vida, por lo que se fue adaptando el cuerpo a realizar planeos cada vez más largos hasta poder iniciar el vuelo sin necesidad de dejarse caer de un lugar alto.
La otra teoría alternativa, llamada del origen cursorial, maneja la existencia de aves primitivas corredoras que fueron desarrollando una mayor área en las extremidades superiores, para equilibrar al animal durante sus carreras, hasta que finalmente lograron elevarse aprovechando el impulso. Algunos autores piensan que esta última teoría es más probable, porque maneja la formación de un ala, mientras que la otra implica una estructura similar preexistente. Son pocas las evidencias que se tienen en el registro fósil para optar por alguna de estas teorías, o desarrollar una nueva, lo que es definitivo es que la capacidad de volar proporcionó a las aves la oportunidad de invadir un medio en el cual no existían competidores fuertes. LA DINÁMICA DEL VUELO Las aves se desplazan en el aire de la misma manera que lo hace un aeroplano, aprovechando al máximo las corrientes de aire para elevarse, y manejándolas de tal manera que les proporcionen velocidad de desplazamiento. El corte transversal de un ala muestra que tiene forma de gota alargada, cóncava en la parte inferior, convexa en la superior, con una parte afilada en la parte anterior formada de piel con plumas, muy elástica y resistente llamada patagio (Figura IV.4); la forma peculiar del ala permite oponer menor resistencia al medio ambiente aéreo, provocando que durante el paso del aire se genere una diferencia de velocidades entre las dos caras del ala, siendo más rápida en la parte superior al recorrer más distancia; puesto que el aire en la parte inferior corre más lento y queda atrapado por la forma ligeramente cóncava, se produce una fuerza ascendente en el ala, que es suficiente para elevar al animal venciendo la fuerza de la gravedad. La diferencia de velocidades del aire se puede aumentar o disminuir dependiendo del ángulo de incidencia del ala contra el aire, a este cambio de posición se le llama ángulo de ataque y sirve asimismo para aumentar o disminuir la velocidad y elevación.
Figura IV.4 (arriba) Vista dorsal de un ala, mostrando el patagio que es una estructura epidérmica con un tendón interno para cortar el aire. (abajo) Vista lateral mostrando las diferencias en la forma de las caras superior e inferior, forzando una mayor velocidad del aire en la cara superior.
Si este modelo lo aplicamos a una estructura rígida, como el ala de un avión, al aumentar la velocidad se generan turbulencias en la parte final de la cara superior que provocan que el aire reduzca el efecto ascendente. Para evitar este problema, las aves poseen una estructura denominada álula, que consta de una o varias plumas cortas y rígidas localizadas en el dedo pulgar, con la función de cortar el aire desde la cara anterior del ala evitando las turbulencias que pudiesen ser fatales durante el vuelo. Recordemos que las extremidades superiores de las aves están perfectamente adaptadas para el vuelo, por lo que las plumas han adquirido una función particular. Las plumas primarias están insertadas
en el hueso de la mano, son asimétricas y van a proporcionar la fuerza de empuje o propulsión, para despegar y maniobrar. Las plumas secundarias son las responsables de retener el aire que sirve para elevarse y mantenerse en vuelo. Para lograr el despegue, el ave impulsa el ala hacia abajo a través de los músculos pectorales (pechuga), que son los más grandes y fuertes del ave. Al iniciar este movimiento, las plumas primarias, que se encuentran dispuestas a manera de persiana, se elevan cerrando los espacios al chocar el vexilo de una sobre el raquis de la inmediata superior (Figura IV.5), haciendo una superficie impermeable al aire y atrapándolo para elevarse junto con la acción de las secundarias. Al subir el ala, las plumas se doblan hacia abajo abriendo los espacios entre ellas y creando una resistencia diez veces menor al aire que en el movimiento anterior. A través de varios ciclos continuos el ave puede avanzar altitudinalmente como un nadador lo haría horizontalmente. Para adquirir la fuerza necesaria para elevarse desde el suelo, las aves suelen aletear fuertemente en arcos grandes, generalmente de manera ruidosa y con un ángulo de ataque muy grande. Mientras más grande es el ave es mayor el esfuerzo que necesita para despegar, especialmente para adquirir la velocidad necesaria. Los albatros y otras aves marinas corren contra el viento grandes distancias para poder elevarse. Para evitar tal problema, estas aves y otras de tamaño similar habitan cerca de riscos, de donde se dejan caer y el aire atrapado bajo sus alas tiene la fuerza necesaria para elevarlos. El ángulo de ataque es muy importante también para aterrizar. Un modo de frenar en el aire es incrementar el ángulo y proyectar la cola abierta hacia abajo y adelante, funcionando como un paracaídas de frenado. Algunas aves tienen la necesidad de abrir las patas para presentar mayor superficie contra el aire. Aves con alas muy delgadas y largas tienen problemas para aterrizar, como los albatros, que generalmente acaban en el suelo dando maromas, debido a que tienen una reducida superficie alar de contacto para el frenado.
Figura IV.5 Movimiento del ala y función de las primarias.
FORMAS DE ALAS Y TIPOS DE VUELO Dependiendo del medio que frecuenten y el tipo de vuelo que realicen, las aves presentan diferentes formas de alas que les permiten economía en el gasto del vuelo y funcionamiento eficiente bajo diferentes condiciones ambientales. La forma de las alas está dada en función del tamaño relativo de las plumas de vuelo y del número de éstas, lo que les confiere diferentes características aerodinámicas y de maniobrabilidad (Figura IV.6). La mayoría de las aves que viven en ambientes con vegetación cerrada, pastizales y el dosel del bosque presentan alas elípticas. En éstas las primarias más externas son más cortas que las centrales, así, cuando el ala se abre tiene una silueta redondeada. Este tipo de ala permite maniobrar en espacios cortos con gran rapidez, aunque no es muy eficiente para realizar vuelos largos, y la presentan muchos grupos de aves como las urracas, los cardenales, los trogones y los tucanes. Las aves que planean en los espacios abiertos, como las águilas y los zopilotes, tienen alas de silueta redondeada muy anchas en su base y con los extremos de las plumas separados, denominándosele ala ancha planeadora.
Las golondrinas, vencejos, halcones y muchas aves migratorias, tienen alas largas, delgadas y rígidas, generalmente puntiagudas porque las primarias externas son las más largas. Es una clase de ala muy aerodinámica que les permite tomar gran velocidad en espacios amplios y maniobrar. De hecho, halcones y vencejos son los animales más rápidos de la Tierra, pues llegan a alcanzar velocidades de hasta 200 km por hora. Los colibríes presentan este tipo de ala con algunas
modificaciones especiales a nivel de los sistemas muscular y óseo para realizar las maniobras más complejas posibles en espacios mínimos; a esta ala se le conoce como ala rápida.
Figura IV.6 Tipos de alas.
Las aves marinas planeadoras como los pelícanos, las gaviotas y las fragatas poseen alas muy largas y delgadas, en las cuales las plumas secundarias son muy numerosas y las primarias escasas y cortas. Este tipo se llama ala larga planeadora o de veleo, que es la característica de los albatros, que tienen las alas más largas de todas las aves, alcanzando una envergadura de hasta tres metros. Hemos mencionado los cuatro tipos básicos de ala que se reconocen, pero hay que tomar en cuenta que en gran cantidad de especies se encuentran formas intermedias. Lo que debe quedar claro es que la forma del ala está en estrecha relación con el tipo de vuelo que realizan. El vuelo más común entre las aves es el vuelo batido, que consiste en iniciar el vuelo haciendo movimientos enérgicos de las alas para el despegue y dar aleteos frecuentes de arriba hacia abajo para mantenerse en el aire, cambiar de altitud, de velocidad y maniobrar. Aunque este tipo de vuelo es común, es también el más costoso en energía porque requiere de gran esfuerzo de los músculos pectorales.
Una variante es el revoloteo, que consiste en mantenerse en un lugar fijo mediante movimientos enérgicos de las alas. Este ha sido desarrollado con maestría por los colibríes gracias a su peculiar estructura muscular, pues tienen músculos igualmente fuertes para elevar que para bajar las alas y la cavidad de la articulación del brazo con el cuerpo es muy ancha. Las puntas de las alas describen la forma de un ocho acostado. Para mantener este vuelo se necesita una gran cantidad de aleteos por segundo; por otro lado, debido a que las alas son de tipo rápido como en los halcones, éste es uno de los vuelos más complicados pero con la mayor capacidad de maniobra conocida, pues los colibríes son las únicas aves capaces de volar hacia atrás (Figura IV.7).
Figura IV.7 Diagrama esquemático del vuelo del colibrí, o revoloteo
El planeo en tierra es uno de los vuelos más económicos porque ahorra energía muscular. Es propio de las aves con alas anchas como los zopilotes y las águilas, y en él se aprovecha al máximo la fuerza de las corrientes ascendentes de aire caliente generadas por convección en la atmósfera o el choque de las corrientes de aire con los riscos o montañas. El ala ancha tiene una gran área que atrapa la mayor cantidad de aire ascendente posible logrando que el ave se eleve sin tener que realizar aleteos frecuentes, de manera similar a como lo hace un papalote. Para reconocer este tipo de vuelo basta observar a los zopilotes y águilas volando en círculos, siguiendo las bolsas de aire caliente que suben del
suelo o en las cercanías de las montañas, adquiriendo altura sin mayor esfuerzo (Figura IV.8).
Figura IV.8 Se ilustra cómo las aves planeadoras en tierra aprovechan las corrientes de aire caliente.
El planeo en alta mar o veleo lo realizan aves que generalmente tienen alas largas planeadoras, como los albatros, que están diseñadas para aprovechar corrientes de aire horizontales responsables de la formación de las olas en el océano, con el mismo resultado de economía de esfuerzo. Generalmente, las aves planeadoras de alta mar describen movimientos espirales en contra del viento muy cerca de la superficie, que es donde las corrientes son más veloces, de modo que dan la impresión de estar flotando sin aletear (Figura IV.9), esta fuerza del viento les permite sostenerse y cambiar de velocidad y altura.
Figura IV.9 Mecanismo que utilizan las aves marinas para planear.
Muchas veces el vuelo de una especie es una mezcla de los varios tipos de vuelo arriba mencionados. Sugerimos observar algún día con detenimiento a las palomas o los gorriones comunes en cualquier ciudad, y maravillémonos de la maquinaria aerodinámica de las aves. OTROS USOS DE LAS ALAS Las alas se utilizan secundariamente para otros tipos de desplazamiento o actividades. Se han aplanado y perdido las plumas de vuelo en los pingüinos transformándose en aletas para nadar de la misma manera que los delfines. Algunas especies de patos, las alcas y los petreles buceadores, las utilizan para "volar" dentro y fuera del agua, lo que también hacen los tordos de agua, las únicas paseriformes realmente acuáticas. Las garzas utilizan sus alas para hacer sombra sobre el agua y atraer a los peces que van a consumir; los búhos abren sus alas para simular que aumentan de tamaño y ahuyentan así a sus depredadores; los turquitos las usan para producir ruidos durante el cortejo. USOS Y FORMAS DE LA COLA La cola de las aves está formada de plumas, y además de tener un papel importante en el vuelo, sirve para trepar, hacer ruidos o como distintivo sexual y de especies (Figura IV.10). La cola de las aves se nombra de acuerdo con su forma general, la cual depende de la longitud relativa de las plumas. Cuando las plumas son todas del mismo tamaño se llama cola cuadrada, como la que tienen codornices y gaviotas, mientras que si las plumas centrales son un poco mayores que las externas, la cola es redondeada, el ejemplo son muchas aves de playa. Los trogones y momotos tienen las plumas centrales muy largas, y más cortas las externas; puesto que, al estar cerrada, la cola da una apariencia escalonada, a esta se le de denomina cola graduada. Las golondrinas y fragatas tienen las plumas externas de la cola muy largas, mientras que las centrales son cortas, dándoles apariencia de tijera, es la cola bifurcada. Cuando las plumas centrales son ligeramente más cortas que las externas, de modo que la cola tiene silueta acorazonada, se le denomina emarginada.
Figura IV.10. Diferentes tipos de cola en las aves. (A) Cola graduada de trogon; (B) cola emarginada de azulejo; (C) cola bifurcada de golondrina; (D) cola redondeada de gaviota y (E) cola cuadrada de codorniz.
La cola también ha adquirido otras funciones, los carpinteros, trepadorcitos, y trepatroncos la utilizan de apoyo para trepar a los árboles o sostenerse durante el sueño. En este caso las plumas de la cola son muy rígidas, con las puntas en forma de aguja, en la condición llamada cola acuminada. Algunos vencejos tienen las plumas de la cola con el raquis expuesto, a manera de espinas, lo que les sirve como apoyo para posarse en los riscos durante la noche.
El Vuelo Jonathan Sarfati, Doctor en Química
El vuelo es una actividad tan compleja que los hombres no hemos conseguido dominar sus mecanismos hasta el siglo pasado. Sin embargo existen varios tipos de animales que vuelan desde hace mucho tiempo. Cuatro grupos de animales poseen sendos modos de vuelo bien diferenciados: las aves, los pterosaurios, los murciélagos y los insectos. Los hermanos Wright comprendieron la naturaleza del vuelo observando las aves. Y en laboratorios de todo el mundo, los biólogos y los expertos en aviación estudian los diferentes tipos de animales voladores para obtener nuevas ideas que nos permitan mejorar las aeronaves del futuro.
James Delaurier, profesor emérito de la Universidad de Toronto, pasó décadas estudiando el
aleteo de las aves. Él ha declarado que
"es correcto acudir a la naturaleza para obtener de ella la inspiración. El ser humano está muy lejos de conseguir hacer lo que ya hace la naturaleza." En la misma línea, Weisshaar Terry , profesor de aeronáutica en la Universidad de Purdue, señala: "Un diseño que ha sido copiado de la naturaleza es un diseño bueno en todos sus aspectos." También John McMasters, un experto en aerodinámica que trabaja para Boeing, y que ha enseñado diseño de aeronaves durante 40 años, coincide: "Una de las reglas es no inventar nunca nada que no sea necesario. Si podemos encontrar algún precedente que resuelva el problema que nos ocupa, usémoslo." Y añadió que las lecciones aprendidas de la naturaleza tendrán un papel clav e en el diseño de las nuevas aeronaves.1 A pesar de ello, muchos atribu yen el diseño de las aves a la selección natural. Graham Taylor, investigador de la Universidad de Oxford afirma, "La selección natural ya ha hecho muchos de la cálculos para solucionar problemas de forma evolutiva." Pero... ¿cómo funciona el vuelo? y ¿cómo los nuevos descubrimientos han ayudado a los ingenieros aeronáuticos? ¿puede la selección natural realmente explicar el vuelo?
El Vuelo de las Aves Muchos evolucionistas proponen que las aves evolucionaron a partir de los dinosaurios corredores, pero al hacerlo olvidan cuáles son los requisitos necesarios para el vuelo de las aves. Cuando un pájaro usa sus alas para volar, las plumas de vuelo primarias se colocan formando un ángulo de tal manera que impulsan el aire hacia atrás para que el pájaro sea propulsado hacia delante, según la tercera Ley de Newton (cada acción produce una reacción igual y opuesta). Al mismo tiempo las alas del ave tienen una forma aerodinámica como las alas de un avión, formando un ángulo tal que, cuando el ave se proyecta hacia adelante, el ala desvía el aire hacia abajo. Esto crea una fuerza de elevación, por un movimiento de reacción, según el mismo principio.
¿Efecto de Bernoulli o Tercera Ley de Newton?
El efecto de Bernoulli establece que la presión de un fluido (líquido o gas) disminuye a medida que su velocidad aumenta. Este efecto recibe su nombre del científico/matemático holandés/suizo Daniel Bernoulli(1700-1782), y es una simplificación del principio según el cual la suma de todas las formas de energía de un fluido que circula en un conducto cerrado es igual en todos los puntos. Muchas explicaciones del vuelo de aves y aviones mencionan un flujo de aire más rápido en la parte superior que provoca una disminución de la presión. Esto crearía una fuerza de elevación debido a una mayor presión en la superficie inferior. Pero estudios más recientes destacan el papel de la 3ª ley de Newton. Hay dos razones por las cuales las alas desvían el aire hacia abajo cuando el cuerpo se desplaza hacia adelante: en primer lugar, las alas se inclinan ligeramente hacia arriba en sentido opuesto a la corriente de aire formando un ángulo "de ataque" positivo. En segundo lugar, el Efecto Coanda, que
consiste en que un fluido sigue la curvatura de la superficie, y en este caso la superficie superior apunta en sentido descendente. A diferencia del principio de Bernoulli la 3ª Ley de Newton explica, por ejemplo, por qué existe una corriente de aire descendente bajo las palas de un helicóptero, y por qué los aviones pueden volar en posición invertida siempre y cuando dispongan de un ángulo de ataque conveniente. 2,3
El Sistema de Poleas Durante el vuelo a remo (o aleteo) el ala debe elevarse para prepararse para la posterior carrera descendente. Las aves realizan este movimiento ascendente usando un sofisticado sistema de poleas; el músculo supracoracoideo tira de su tendón, el cual gira alrededor de una polea formada por el hueso coracoides y la clavícula, a continuación se introduce en el húmero o parte superior del hueso del brazo/ala. Las aves pueden volar sin este tendón, pero en tal caso el despegue resulta muy dificultoso.4
Por tanto es muy dudoso que la selección natural guiara los muchos cambios coordinados necesarios para formar este sistema de poleas. De hecho, en el registro fósil no existe ninguna
evidencia de un sistema de poleas a medio formar, y de todos modos ¿habría servido para algo un sistema compuesto por medias poleas? 5
PLUMAS El evolucionista Alan Feduccia, de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, que es una autoridad mundial en el tema de las aves, dice: "Las plumas son una adaptación casi perfecta para el vuelo" 7 pues son ligeras, fuertes y tienen forma aerodinámica, y están formadas por una estructura intrincada de barbas y ganchos. Esta estructura las hace impermeables, y con una ligera pasada del pico se consigue que las plumas aplastadas vuelvan a recobrar su forma aerodinámica. 6
¿Evolucionaron las plumas a partir de las escamas? Richard Dawkins, conocido ateo evolucionista y neoeugenetista, no duda en afirmar:
"Las plumas son escamas de reptiles modificadas" 7 Esta es una afirmación muy extendida entre los evolucionistas. Sin embargo, las escamas son pliegues en la piel mientras que las plumas son estructuras complejas compuestas de raquis, barbas, bárbulas, y barbicelos.
Detalle de la estructura de las plumas (izquierda) y de las escamas (derecha)
Plumas y escamas se originan de formas totalmente diferentes, las plumas surgen de los folículos que están situados en el interior de la piel de forma similar al pelo. Es evidente que la información codificada necesaria para construir una pluma es muy diferente de la información codificada requerida para construir una escama. Para que las escamas se conviertan en plumas tendría qu e haber surgido una enorme cantidad de nueva información genética en el ADN de los reptiles que supuestamente fueron antepasados de las aves.
Bárbulas de la pluma (fotografía aumentada 200 veces)
Como en muchos otros casos, la selección natural no habría favorecido a las hipotéticas formas intermedias. Muchos evolucionistas sostienen que los dinosaurios desarrollaron plumas con un propósito aislante y que más tarde evolucionaron y las perfeccionaron para el vuelo. Pero esta historia carece de base real pues no explica cómo surgió la nueva información genética para que pudiera ser seleccionada posteriormente. Otro problema es que seleccionar algo por sus propiedades como aislante térmico es muy distinto de seleccionar algo por su utilidad para el vuelo. En las aves que han perdido la capacidad de volar, las plumas también han perdido gran parte de su estructura y se han convertido en algo parecido al pelo. En aves no voladoras, las mutaciones que produjeran degeneración de la estructura de las plumas aerodinámicas no supondrían una desventaja tan enorme como en las aves voladoras. Por lo tanto, la selección natural no las eliminaría, e incluso podría favorecer tal degeneración. Como en muchos otros casos similares, la pérdida de la estructura d e las plumas de vuelo equivale a pérdida de información, de modo que estos cambios son irrelevantes para la evolución porque la evolución requiere un aumento de la información. Lo único que importa en estos casos es que las plumas proporcionen aislamiento, y una estructura semejante al pelo es perfecta para ello; al fin y al cabo el cabello proporciona aislamiento a los
mamíferos.6 En resumen, si un individuo necesitase plumas para el aislamiento térmico, la selección natural actuaría en contra del desarrollo de plumas de vuelo. Y las plumas parecidas al cabello son adecuadas para aislamiento. Las plumas suaves y esponjosas también son buenos aislantes y son comunes en las aves no voladoras. Su esponjosidad se debe a la falta de los ganchos propios de las plumas de vuelo. Nuevamente vemos que la selección natural contribuiría a prevenir la evolución de las plumas aerodinámicas a partir de plumas aislantes. Por último, las proteínas que forman las plumas (queratina Fi) son bioquímicamente diferentes de las proteínas que forman la piel y las escamas (queratina Alfa). El investigador Alan Brush concluye así: "Tradicionalmente se considera que las plumas de las aves y las escamas de los reptiles son homólogas a nivel morfológico. Sin embargo, las plumas son diferentes en su desarrollo, en su morfogénesis (generación de su forma), en la estructura del gen, en la forma y secuencia de la proteína, y en la formación de filamentos y la estructura."8
Una concesión a los creacionistas: las plumas no surgen a partir de las escamas Por lo tanto no es de extrañar que Brush haya desechado la idea de que las plumas surgieran a partir de las escamas, argumentando que los evolucionistas "supusieron erróneamente que la pluma primitiva evolucionó por el alargamiento y la división de la escama del reptil." Brush y su colega reconocen:
"Los creacionistas y los escépticos de la evolución han señalado que las plumas son un ejemplo típico de la insuficiencia de la teoría de la evolución, argumentando que no ha habido jamás formas transicionales entre las escamas y las plumas." 9 Sin embargo, proponen un modelo evolucionista alternativo denominado biología evolutiva del desarrollo, o "evo-devo." Esta teoría sostiene que "los complejos mecanismos por los cuales un organismo individual crece hasta alcanzar su tamaño y forma pueden proporcionarnos pistas para entender la evolución de la anatomía de la especie." Pero esto no es más que una reminiscencia de la desacreditada idea "la ontogenia recapitula la filogenia."10
EL PULMÓN DEL AVE
Los evolucionistas afirman que el pulmón del ave evolucionó a partir del pulmón del reptil. ¿Cómo pudieron los pulmones fuelle de los reptiles evolucionar gradualmente hasta convertirse en pulmones de ave?
Para poder transformar el pulmón de reptil en pulmón de ave se necesitan cambios drásticos. Los reptiles inhalan el aire dentro de una cámara subdividida en faveolos mediante entrantes denominados septos (del latín septum, tabique o pared) en los cuales la sangre extrae el oxígeno y deposita el dióxido de carbono. El aire viciado se exhala luego tal y como se inhaló. Por otro lado las aves tienen un complicado sistema de sacos aéreos del cual forman parte integrante incluso sus huesos huecos. Este sistema ma ntiene el flujo del aire en una dirección a través de unos tubos especiales (denominados parabronquios) situados en el pulmón, y la sangre circula a través de los vasos sanguíneos del pulmón en la dirección opuesta para conseguir la captación eficaz de oxígeno,11 un excelente diseño de ingeniería. 12 ¿Cómo pudieron los pulmones fuelle de los reptiles evolucionar gradualmente hasta convertirse en pulmones de ave? No hay forma alguna de que los hipotéticos eslabones intermedios pudieran realizar su función correctamente, y en consecuencia el pobre animal no habría podido respirar. Una de las primeras etapas del proceso habría sido una desafortunada criatura provista de una hernia diafragmática (orificio en el diafragma). Obviamente la selección natural habría eliminado tal organismo. Por otro lado, incluso suponiendo que pudiéramos construir una hipotética serie funcional de formas intermedias, ¿seguiría la selección natural estos pasos? probablemente no; los murciélagos se las ingenian perfectamente con sus pulmones tipo fuelle, y algunos pueden incluso cazar a alturas superiores a los tres kilómetros (dos millas). Los pulmones de las aves, con su increíble eficacia, sólo constituyen una ventaja en grandes altitudes donde el nivel de oxígeno es menor. Por lo tanto la transformación de los pulmones de un reptil no le proporcionaría ninguna ventaja selectiva. 13 No es de extrañar que Alan Feduccia, en su gran obra sobre la evolución de las aves, ni siquiera mencion e este problema. 6 Recientes investigaciones sobre los pulmones del Sinosauropteryx (un supuesto dinosaurio emplumado) mostraron que “sus pulmones tipo fuelle no podrían haber evolucionado hasta convertirse en pulmones de alto rendimiento de las aves modernas” 14
Es interesante observar cómo algunos defensores de la evolución dinosaurio-ave niegan esta evidencia en contra de su teoría diciendo: “Los defensores de este argumento no pueden mostrar ningún animal cuyos
pulmones pudieran haber dado lugar a los de las aves, los cuales son tremendament e complejos y son diferentes de todos los otros animales vivos" 15 Evidentemente es sólo la fe evolucionista la que exige que los pulmones de las aves tuvieran necesariamente que surgir de los pulmones de algún otro animal.
Los vencejos y los vórtices en el borde de ataque
Un estudio de los vencejos 17,18 muestra que volar es mucho más que desviar el aire hacia abajo. Al mismo tiempo los vencejos usan un borde de ataque generador de vórtices (un vórtice es un flujo turbulento en rotación espiral con trayectorias de corrient e cerradas, como un pequeño tornado) para reducir la presión y así generar más fuerza de sustentación. 19 Así pues, "debemos revisar nuestro entendimiento del vuelo de las aves." 18 El ala de pájaro en realidad está compuesta de dos partes: el ala del brazo (interior) y el ala de la mano (exterior). El ala del brazo desvía el aire hacia abajo del mismo modo que lo hace el ala de un avión, según John Videler, experto investigador de las universidades de Leiden y Groningen, en Holanda20 Pero un estudio de los flujos 22 de fluidos 21muestra que el agudo borde de ataque del ala de
"Los primeros murciélagos fósiles son similares a los murciélagos modernos pues presentan dedos muy alargados sobre los que se apoya la membrana del ala, que es una característica anatómica del vuelo propulsado" 44
Pterosaurios
Fósil de una cría de pterodactiloide de la Caliza de Solnhofen
Los científicos se han preguntado durante largo tiempo cómo los extintos reptiles voladores, los pterosaurios, conseguían volar. Parecían demasiado torpes para elevarse al aire desde el suelo o para aterrizar suavemente sin dañarse sus delicadas alas. Es razonable pues, que algunos cient íficos hayan propuesto que, en el pasado, la presión atmosférica debió haber sido mayor que en la actualidad. Igual que sucede con los murciélagos, el registro de fósil no arroja ninguna luz sobre la supuesta evolución de los reptiles voladores a partir de criaturas no voladoras (véase la nota 43). Sin embargo, recientes descubrimientos nos han permitido conocer cómo su diseñador resolvió elegantemente los problemas relacionados con el vuelo.
Voladores con cerebro Las nuevas evidencias muestran que los pterosaurios no eran voladores primitivos y torpes, sino que tenían un sentido de equilibrio muy desarrollado. De hecho, es posible que incluso hubieran superado en habilidad las maniobras acrobáticas de las aves de hoy en día. Lawrence Witmer, de la Universidad de Ohio en Athens, (estado de Ohio), y sus colegas
utilizaron un escáner de tomografía axial computerizada para medir dos cráneos de pterosaurio. Analizaron el Rhamphorhynchus Muensteri , que según los evolucionistas es un pterosaurio 'basal' (es decir primitivo), y Santanae Anhanguera, un pterosaurio "derivado" (es decir avanzado). Ambos revelaron un enorme flóculo; la región del cerebro que integra las señales de las articulaciones, de los músculos, de la piel y de los órganos del equilibrio. En las aves, esta región es extraordinariamente grande en comparación con otros animales, normalmente ocupa entre el 1 y el 2% de la masa total del cerebro. Pero en los pterosaurios, el flóculo ocupaba el 7,5%, 45 "ridículamente enorme", según dice Witmer en un artículo sobre su investigación. 46 Es probable que lo necesitaran porque las alas tenían una gran superficie la cual generaba muchos datos sensoriales; Anhanguera tenía una envergadura de cuatro metros. Los investigadores creen que durante el vuelo el flóculo podría crear detallados mapas de las fuerzas que incidían sobre las alas usando la información recogida por las sensitivas membranas de las alas. Así que podrían haber sido capaces de superar a las aves de hoy en la ejecución de complejas maniobras acrobáticas. 47
Las alas flexibles, fuente de inspiración de los diseñadores de aviones Los pterosaurios tenían un diseño de ala único, compuesto por una membrana de piel parecida al cuero que se sostenía por las extremidades anteriores y por el cuarto dedo que era muy largo. Según Sankar Chatterjee, de Texas Tech University, "el cuarto dedo podría moverse hacia atrás considerablemente, transformando la forma de las alas para cambiar la velocidad." 48 Las alas también contenían fibras para reforzar y endurecer la membrana, y una fina red de músculos, vasos sanguíneos y nervios para transmitir información al flóculo. Chatterjee y Templin Joseph, director jubilado del Canadian National Research Council’s Aerodynamics Laboratory
realizó un análisis informático del vuelo de pterosaurio. 49 Este análisis indicó que los pterosaurios eran capaces de alcanzar una velocidad de crucero de hasta 15 m/s (54 km/h). La única excepción posible sería el enorme Quetzalcoatlus, que tenía una masa de 100 kg y una envergadura de 15 metros. Lo más probable es que fuera un planeador excelente, pero es difícil que pudiera mantener un vuelo autopropulsado, a menos que volara en formación tal y como hacen hoy en día las grandes aves migratorias, lo cual ahorra una gran cantidad de energía (véase el chorlito dorado en el artículo Navegación y Orientación). Templin dijo:
"Los pterosaurios podían responder a los constantes cambios de las condiciones del medio ambiente utilizando sus sensores para controlar las variaciones de presión en toda la superficie del ala. Eran capaces de transformar la forma de sus alas para sacar el mejor partido de las condiciones de vuelo y de este modo controlar su velocidad."49 Y, "Tal vez algún día nuestros aviones volarán imitando a los pterosaurios, cruzando océanos gracias a sus alas convertibles para ahorrar energía y lograr un mejor rendimiento." Esta sería una mejora en comparación con los modernos aviones de ala fija, pues estos cambian la forma de sus alas, usando alerones y extensiones, sólo en el momento del despegue y aterrizaje. El experto en aerodinámica Richard Kelso de la Universidad de Adelaida, Australia dijo que las alas "convertibles" de los pterosaurios y aves consiguen un vuelo mucho más suave en medio de las turbulencias, y también logran ahorro de energía y alcanzan un mejor rendimiento. 49,50
Aterrizaje suave Gracias a las huellas dejadas por un pterosaurio podemos ver que estos reptiles no sólo eran buenos voladores sino que también dominaban las maniobra de aterrizaje. Las pisadas fosilizadas muestran que el pterosaurio aminoraba su vuelo para aterrizar suavemente sobre sus patas traseras, arrastraba los dedos de sus pies, y luego daba un salto corto. A continuación, dejaba caer sus patas delanteras para empezar a caminar sobre cuatro patas. 51
El pequeño hueso que resolvió el misterio del vuelo 51 Pero entonces... ¿cómo conseguía despegar?, no sirve de nada tener una gran capacidad para volar si uno no es capaz de levantar el vuelo, ¿cómo pues podían los pterosaurios ganar la elevación inicial requerida para el vuelo? Los cálculos anteriores había pasado por alto la presencia de un pequeño hueso llamado el pteroide. Este hueso sólo aparece en los pterosaurios, y ant eriormente se creía que se doblaba hacia el interior. Pero Matthew Wilkinson y el equipo que compone el grupo de vuelo de los animales en la Universidad de Cambridge, Reino Unido, estudiaron los fósiles de pterosaurio y demostraron que el hueso pteroide apuntaba hacia delante. 52 Es evidente que este dedo servía de apoyo a una aleta frontal hecha de piel que actuaba como frente de ataque móvil del ala. Darren Naish, un paleontólogo de la Universidad de Portsmouth, Reino Unido, dice que el
tejido blando de pterosaurio que se ha encontrado fosilizado en Chi na es una evidencia clara de esto. 53 El hueso pteroide y su aleta frontal permitió al pterosaurio realizar acrobacias como las que realizan los aviones modernos. 54 Inclinando este alerón se incrementaría la fuerza de elevación en un 30%, lo cual es enorme, eso significa que hasta el pterosaurio más grande podía despegar con sólo extender sus alas en presencia de una brisa moderada. Y esta fuerza de sustentación adicional reduciría su velocidad de vuelo mínimo (la velocidad por debajo de la cual se estancaría) en un 15%, lo cual le permitiría un aterrizaje suave. Además, flexionando el hueso pteroide de una de las alas, y extendiéndolo en la otra, los pterosaurios podrían disponer de distintas fuerza de sustentación en cada una de las alas, lo cual les permitiría virar.
¿Cómo consiguen volar los insectos?
El Dr. Kenneth Dial, del Laboratorio de Vuelo, de la Universidad de Montana, Missoula, observó el comportamiento de los polluelos de la perdiz de Chukar mientras corrían, y propuso razones por las que agitaban sus alas. 32 Descubrió que las aves emplean "Asistencia Alada en Carreras Inclinadas" (WAIR; siglas correspondientes a la expresión ing lesa " Wing Assisted Incline Running "). En este caso, el aleteo no tiene como objetivo levantar al ave para volar, sino más bien lo contrario, las alas presionan al ave contra el suelo para conseguir una mejor tracción, consiguiendo el mismo efecto que los alerones en los coches de carreras. Dial llevó a cabo experimentos con un buen número de polluelos. Recortó las plumas de vuelo (plumas remeras o rémiges) de las alas a varias longitudes, y les hizo correr remontando
pendientes de diferentes ángulos y texturas. Descubrió que inc luso las crías pueden llegar a remontar pendientes de hasta 45 grados, sin batir las alas. Pero agitando las alas, podían remontar pendientes más pronunciadas: Los polluelos recién nacidos pudieron ascender pendientes de 50 grados de inclinación, con tan sólo cuatro días de edad consiguieron ascender pendientes de 60 grados, los polluelos de 20 días lograron ascender pendientes de 95 grados, es decir superficies casi vertic ales, y los adultos hasta 105 grados. Dial también comparó aves que tenían los mismos días de edad, en concreto siete días después
de eclosionar, pero con las alas de vuelo recortadas a diferentes longitudes. Los neonatos a los cuales se les habían recortado las plumas remeras (plumas de vuelo de las alas) no consiguieron remontar pendientes de más de 60 grados, incluso si la superficie se hallaba cubierta de papel de lija, lo cual ayuda a la tracción. Aquellos polluelos a los que se había recortado la mitad de las plumas remeras consiguieron remontar pendientes más pronunciadas, aunque tan sólo entre 10 y 20 grados por debajo de las pendientes escaladas por las aves de control que disponían de plumas remeras completas. También examinó el comportamiento de cada uno de los tres grupos en superficies lisas. Ninguno de ellos consiguió remontar pendientes de más de 50 grados, debido al deslizamiento, y la presencia o ausencia de plumas remeras no supuso ninguna diferencia. Esto significa qu e la tracción es un factor importante. Para llegar a una demostración más rigurosa de las fuerzas que intervienen, Dial también usó dos acelerómetros para medir la aceleración en sentido vertical y hacia adelante. También descubrió que durante gran parte del ciclo de aleteo, el ave se veía impulsada contra el suelo, cualquiera que fuera su pendiente de inclinación, lo cual aumentaría la tracción. Hasta este punto, observamos una meticulosa labor científica, consistente en poner a prueba las hipótesis y de este modo descartar las distintas opciones posibles. Este trabajo nos proporciona nuevos conocimientos sobre la carrera de las aves. Pero aquí es donde la ciencia termina. A partir de este punto, arranca la especulación evolucionista, la cual alcanza conclusiones que no están avaladas por la evidencia.
Problemas En este estudio Dial utiliza individuos que son plenamente aves (no formas "transicionales" potenciales) para postular una teoría sobre su origen.
La base del halterio posee unos sensores mecánicos denominados sensilias campaniformes (en forma de campana) los cuales transmiten rápidamente información sobre el vu elo a los músculos que mueven las alas para que éstos actúen estabilizando el vuelo. Así pues los halterios son el equivalente del indicador de actitud de un avión. Ahora bien, un giroscopio provoca estabilidad, pero la mosca muestra una gran agilidad. Por tanto, para poder realizar giros muy bruscos (por ejemplo, para esquivar un manota zo), la mosca debe hallar el modo de neutralizar el efecto estabilizador del giroscopio. Pero se ha descubierto que la mosca no necesita desactivar su "giroscopio" en absoluto, sino que simplemente lo ajusta para recibir señales visuales. Un equipo dirigido por Michael Dickinson, de la Universidad de California en Berkeley, descubrió que los nervios del sistema visual están conectados a los halterios. De modo que estos nervios responden instantáneamente, y sus sensilias transmiten instantáneamente la información a los músculos de vuelo. 61 La posición de la cabeza en relación al resto del cuerpo también envía señales a los halterios. Dickinson dice: "Desde el punto de vista de la ingeniería, esto es mucho más inteligente y más eficiente. De esta manera nunca se desactiva el estabilizador; simplemente se ajusta para que el sistema nervioso controle su acción mecánica en cada segundo de tiempo."
¿Evolucionaron los halterios a partir de alas vestigiales? A pesar de ello, Dickinson, que es un evolucionista convencido, afirma que los halterios evolucionaron a partir de restos vestigiales de antiguas alas que fueron en su día completamente funcionales: "Las alas anteriores siguen lo que hacen las alas posteriores, y esto persiste hoy en las moscas, el mismo circuito básico está presente en la mosca, las alas posteriores guían a las anteriores, simplemente han reutilizado los músculos y sensores de las alas traseras de una forma muy inteligente." Como "evidencia", cita que una única mutación en el gen Ultrabithorax en la mosca Diptera hace que los halterios continúen su desarrollo hasta convertirse en un segundo par de alas completamente funcionales, lo cual es un "Icono de la Evolución." 62 Pero esta evidencia es errónea por diversos motivos: • Ultrabithorax es un gen enorme y muy complejo que se compone de varias subunidades, "la mayoría de estas contribuyen a regular cuándo y dónde se activa el gen en el embrión." 63 A su vez regula un complejo conjunto genético responsable de los halterios: "Para convertir las alas en halterios habría sido necesario que evolucionara esta jerarquía completa, y no sólo un único gen. 63 • En la mosca de la fruta (Drosophila), Ultrabithorax normalmente se activa en el tercer
segmento torácico lo cual provoca el desarrollo de halterios en lugar de alas. Al destruir la función normal, se generan nuevas alas no funcionales.
• Las alas duplicadas no tenían los músculos correspondientes por lo que se convirtieron en un
grave estorbo, de hecho, la pobre mosca mutante no consiguió ni siquiera volar. Lo que sucede en realidad es que cuando el Ultrabithorax está desactivado, se expresa cierta información existente, produciéndose así un par adicional de alas.
Pero, esta expresión no se coordinó correctamente, y en c onsecuencia las alas no se formaron con toda la maquinaria necesaria para su correcto funcionamiento. Este hipotético eslabón intermedio entre moscas de cuatro alas y Dipteria habría sido eliminado por la selección natural.
Los relieves de la aleta de la ballena jorobada como fuente de inspiración para los diseñadores aeronáuticos 64 La ballena jorobada no es un animal volador. Pero curiosamente ciertas características que le ayudan a viajar a través de su fluido también pueden ayudar a los aviones en sus desplazamientos a través de su fluido (aire).
El Relieve de las Aletas
Un ala excelentemente diseñada
37
El ala del murciélago, hecha de piel tensa, interactúa con el aire de forma distinta a como lo hace el ala del ave.
Los investigadores de la Universidad de Brown, en Providence, Rhode Island, han descubierto algunos aspectos inesperados de la aerodinámica del vuelo de los murciélagos. 38 Mediante la utilización de cámaras de vídeo de alta velocidad consiguieron grabar en tres dimensiones los movimientos del ala y del cuerpo del Brachyotis Cynopterus y descubrieron algunas características del vuelo únicas de los murciélagos. Las alas de un murciélago están hechas de piel tensa, mientras que las alas de los pájaros e insectos son más firmes y por lo tanto el ala del murciélago interactúa con el aire de forma distinta. Esta elasticidad, junto con decenas de articulaciones (incluso más que en una mano humana),39permite a los murciélagos modificar la forma de sus alas consiguiendo así movimientos inusuales, por ejemplo, los que dan más fuerza de sustentación en mayores ángulos de ataque. El ángulo de ataque es el que forma el ala con el aire durante su recorrido descendente. Esto permite a los murciélagos volar a bajas velocidades, con menor riesgo de quedarse estancados. Además las alas de los murciélagos no sólo disponen de muchas articulaciones que les permiten ajustar con precisión la forma del ala durante el vuelo, mejorando así su eficacia, sino que además sus alas se pueden plegar muy cerca del cuerpo para reducir la resistencia al aire. Esto significa que la fase ascendente del aleteo del murciélago es muy diferente de la de las aves. Uno de los investigadores, Kenneth Breuer, de la Brown University (EE.UU.) dijo: "El murciélago repliega casi por completo sus alas." El vuelo del murciélago se distingue del de las otras criaturas voladoras porque su versatilidad se basa en su capacidad de generar distintas configuraciones y gran variedad de movimientos con sus alas. Y estas capacidades podrían servir en el diseño de aeronaves pequeñas como las que ya se están desarrollando para misiones de reconocimiento militar no tripuladas. 40
¿Evolucionaron los murciélagos? Este equipo de investigadores también se propuso entender "el camino evolutivo que creó al murciélago."41 El inconveniente es que el registro fósil no aporta ningún apoyo para su hipótesis evolutiva, y además estas nuevas investigaciones han hecho evidentes más problemas para la evolución.
Las más recientes investigaciones en el túnel de viento han explorado "los increíbles beneficios" que obtienen los vencejos del uso de sus alas de geometría variabl e. 25,26 Por ejemplo, los vencejos son capaces de duplicar su tiempo de planeo y triplicar su velocidad de giro transformando la configuración de sus alas. No es de extrañar que los ingenieros aeronáuticos estén deseosos de poner en práctica estos logros en aeronaves robotizadas.
Aletas en el borde de ataque 27
Palaeochiropteryx Tupaiodon: Uno de los fósiles de murciélago más antiguos (según reconocen los evolucionistas). Fue hallado en Darmstad, Alemania y se estimó de una antigüedad de entre 48 y 54 millones de años. Poseía alas completamente desarrolladas, y su oído interno muestra la misma estructura que el de los murciélagos actuales, evidencia de que estaba equipado de un sistema de sonar completamente operativo.
Como indica la revista LiveScience: "La complejidad de las alas de murciélago también pone en duda ciertas teorías actuales que proponen que los murciélagos evolucionaron a partir de algún tipo de criatura voladora parecida a una ardilla"40 Sharon Swartz investigadora de la Universidad Brown y profesora asociada de ecología y biología evolutiva lo expresa así:
"Siempre hemos supuesto que los murciélagos evolucionaron a partir de una especie de animal volador parecido a la ardilla." Sin embargo, el nivel de complejidad que hemos descubierto recientemente en la "larga y delgada ala" del murciélago es tan elevado en comparación con las alas rectangulares de planeo de los distintos animales voladores parecidos a las ardillas que Swartz llega a la conclusión de que "ahora no parece que los murciélagos tengan ninguna relación con estos planeadores." 42 No es que Swartz crea que la evolución no puede ser verdad, ella opina que "el vuelo de planeo parece haber evolucionado en siete ocasiones distintas en los mamíferos" pero "ni uno solo de esos grupos está estrechamente relacionado con los murciélagos"40 El registro fósil tampoco arroja ninguna luz sobre su supuesta evolución a partir de criaturas no voladoras. Los fósiles de murciélagos más antiguos (según los métodos de "datación" evolucionistas) son prácticamente indistinguibles de los modernos. El evolucionista Paul Sereno admite: "En términos de comprensión de la evolución del vuelo de los vertebrados, el registro fósil de los primeros pterosaurios y de los murciélagos es decepcionante: Sus representantes más primitivos ya aparecen totalmente transformados en diestros voladores"42 El paleontólogo evolutivo Robert Carroll dice: "El registro fósil no presenta pruebas de transición alguna que conduzca a los pterosaurios o a los murciélagos: Los primeros miembros conocidos de estos grupos (de murciélagos) ya habían desarrollado un sistema de vuelo avanzado" 43 En otro estudio evolucionista argumenta así:
Evidencias de diseño: Algunas aves despliegan una aleta en el borde frontal del ala de la misma forma que los grandes aviones.
Los aviones de gran tamaño aterrizan y despegan a una velocidad reducida. Por lo tanto para obtener el máximo de fuerza de sustentación o elevación los pilotos despliegan unas aletas en los bordes frontales de las alas, aumentando así el ángulo de ataque. De este modo consiguen evitar el estancamiento que tendría consecuencias nefastas. Sin esta tecnología no existiría la moderna industria de la aviación. Un ejemplo fue la catástrofe aérea de Nairobi de 1974, en la cual las aletas estaban retraídas en el momento del despegue. El avión se estremeció con violencia, un preludio de estancamiento, y se estrelló matando a 58 personas, aunque 98 sobrevivieron. 28 Recientemente, investigadores de la Universidad de Oxford estudiaron el vuelo del águila esteparia ( Aquila Nipalensis) y consiguieron filmar evidencias de posicionamiento de las plumas del borde de ataque durante la maniobra de aterrizaje. 29 Estas filmaciones muestran que las aves "despliegan una aleta en el borde frontal del ala" de la misma forma que los grand es aviones. 30 Y tiene el mismo efecto que en los grandes aviones; aumenta la fuerza de sustentación o elevación, y permite un mayor control durante el aterrizaje y otras maniobras. 31 Ahora se cree que también otras grandes aves usan alerones de ataque en el borde anterior de sus alas. La avanzada tecnología de alerones frontales en el borde de ataque del ala de las aves había pasado inadvertida hasta ahora porque las aves despliegan su alerón solamente en el momento preciso en el que lo necesitan para aterrizar. Por lo tanto los investigadores necesitaron una cámara de vídeo de alta velocidad; 500 fotogramas por segundo. La cámara de alta velocidad consiguió captar el movimiento del alerón frontal del ala observándose un movimiento ondulatorio del plumaje que se extendía desde el extremo del ala hasta el hombro. Al mismo tiempo se han descubierto evidencias de que los pterosauros también disponían de un alerón frontal en el borde de ataque del ala, lo cual explica el propósito de un pequeño huesecillo.
¿Podría haber evolucionado el vuelo de las aves? Hay dos teorías principales que intentan explicar el origen del vuelo de las aves: la teoría cursorial, afirma que las aves evolucionaron "de abajo hacia arriba" a partir de dinosaurios corredores, la teoría arbórea, según la cual, las aves evolucionaron "de arriba hacia abajo" a partir de pequeños reptiles. Cada una de estas teorías aporta argumentos dev astadores en contra de la teoría opuesta. Las evidencias indican que ambas críticas están en lo cierto, las aves no evolucionaron ni a partir de dinosaurios corredores ni a partir de minicocodrilos que vivi eran en los árboles. Sin embargo, cada vez que se menciona una de estas teorías, la prensa popular contribuye a crear la impresión generalizada de que esta nueva "evidencia" se añade de forma incremental en favor de la evolución de las aves, cuando en realidad la nueva evidencia está negando la otra teoría.
La teoría cursorial Una teoría reciente sostiene que los sistemas de vuelo de las aves empezaron a evoluc ionar como una ayuda para la tracción cuando sus antepasados intentaban remontar pendientes empinadas.
Es lógico que las aves, que ya tienen la musculatura completa y un gran control sobre las alas de vuelo, también dispongan de los instintos necesarios para usarlas con el propósito de conseguir tracción. Pero no tiene sentido que la selección natural seleccione una cierta característica para lograr la tracción y que esta característica conduzca a lograr el vuelo. Más bien sería lo contrario, la tracción requiere una fuerza opuesta a la fuerza de elevación necesaria para alzar el vuelo, así que la selección de la tracción alejaría a un organismo de la capacidad de vuelo. En vista de lo anterior Dial propone que de alguna manera los movimientos que conducen a la tracción se reorientaron para producir el movimiento necesario para el vuelo. Sin embargo, si la capacidad de remontar una pendiente velozmente hubiera sido un factor de selección, entonces uno esperaría ver un aumento de musculatura en los cuartos traseros del ave para poder impulsar las piernas con fuerza. De esta forma se podría remontar pendientes simplemente gracias al impulso adquirido. Además, el peso adicional de los músculos contribuiría a aumentar la tracción de forma automática. Probablemente éstas son las razones por la que las aves de más edad son las que mejor remontan las pendientes. Pero debemos notar que el aumento del peso sobre los cuartos traseros de un dinosaurio es exactamente lo contrario de lo que se requiere para transformarlo en un ave. De hecho, el principal argumento que usan, incluso los evolucionistas, en contra de la transformación de los terópodos en aves es el gran tamaño de los cuartos traseros de los dinosaurios. Por ejemplo Feduccia declara: "Es biofísicamente imposible que el vuelo evolucione a partir de tales bípedos grandes con las extremidades delanteras tan acortadas y colas pesadas creando contrapeso, esa es la peor anatomía posible para alzar el vuelo.” 33
Todo este análisis pone de manifiesto hasta qué punto los planteamientos teóricos evolucioni stas son simples historias carentes de respaldo empírico. La historia propuesta por Dial necesita de la existencia de pequeños dinosaurios corredores que estuvieran en un escenario ideal en el que fueran encontrando progresivamente una serie graduada de pendientes inclinadas. En este escenario, la selección natural supuestamente mejoraría paso a paso la tracción gracias a la acción de las alas, al tiempo que misteriosamente pasaría por alto los efectos de la tracción debida al peso y al aumento muscular. Kevin Padian es el presidente del pomposamente denominado Centro Nacional para la
Educación de la Ciencia, una organización anticreacionista y antidiseño fundada y dirigida según criterios humanistas. Padian ha mostrado su entusiasmo por la investigación llevada a cabo por Dial . Incluso afirmó que los dinosaurios supuestos antepasados de las aves "podrían haber usado su zarpazo depredatorio de forma similar al aleteo de las aves al volar." 34 Esto es similar a la afirmación realizada por el Museo de Australia según la cual algunos dinosaurios desarrollaron un hueso que "les permitió extender sus manos en un movimiento amplio en forma de abanico formando una tenaza con sus largos brazos y sus dedos ganchudos para atrapar a sus presas. Este potente movimiento de aleteo se ha convertido hoy en una parte esencial del vuelo de las aves modernas.35 Pero una vez más sucede lo mismo que con los movimientos que generan tracción hacia abajo; este movimiento es el peor mecanismo posible para alzar el vuelo. Un aleteo en el sentido de la marcha tendría como efecto empujar al ave hacia atrás. Por otro lado las plumas no son la clase de estructuras que pudieran ser útiles en las extremidades delanteras usadas para capturar una presa, porque el forcejeo subsecuente las dañaría fácilmente.
A menudo se ha dicho que, según las leyes de la termodinámica, los insectos no deberían poder volar. Esto se debe a que a escalas pequeñas, la viscosidad aumenta, de modo que los insectos que vuelan por el aire son como si nosotros nadáramos a través de la melaza. 55 Y sin embargo vuelan, y vuelan de forma brillante. En realidad eso simplemente era una evidencia de nuestra ignorancia de la aerodinámica. Las investigaciones realizadas durante la última década revelan cómo los insectos consiguen volar de formas que dejan avergonzados los logros de maniobrabilid ad de nuestros aviones más avanzados.
Vórtices en el borde de ataque 56 Los análisis convencionales habían mostrado que los insectos generaban solamente entre la mitad y un tercio de la fuerza de sustentación necesaria para elevar a su peso. Sin embargo, gracias a ingeniosos experimentos hemos observado inesperados patrones de flujo de vórtice en los bordes de las alas de los insectos. Al igual que el vencejo, el borde de ataque generador de vórtices provee una fuerza de sustentación adicional mediante la reducción de la presión. Podemos observar el comportamiento del borde de ataque generador de vórtices en los aviones de papel; los vórtices son la razón por la cual se produce un "impulso" definitivo antes del aterrizaje del avión. Pero el borde de ataque generador de vórtices no puede mantener al avión de papel en posición vertical durante mucho tiempo porque se vuelve inestable y se aleja de la superficie del ala. Sin embargo en los insectos, el borde de ataque generador de vórtices genera la fuerza de sustentación adicional necesaria, porque el vórtice se queda "atrapado" en el borde de ataque del ala durante el tiempo suficiente. 57 Una de las razones por las que los modelos anteriores no pudieron detectar cómo los insectos consiguen volar es que utilizaban alas fijas. Sin embargo, las alas de los insectos tienen un movimiento muy complejo integrando la rotación con alteraciones del camber (la asimetría entre las curvas superior e inferior del perfil del ala). Para hacer los alerones de un robot insecto experimental se requiere una programación sofisticada diseñada inteligentemente. Por lo tanto, es razonable suponer que los insectos reales también fueron programados por un diseñador inteligente.
Mariposas58 Los vórtices no son la única peculiaridad que observamos en el vuelo de los insectos. Dos investigadores de la Universidad de Oxford entrenaron un grupo de mariposas almirante rojo ( Vanessa Atalanta) para que volaran libremente entre flores artificiales en el interior de un túnel de viento. De esta forma pudieron estudiar las corrientes de aire mediante estelas de humo y filmarlas usando cámaras de alta velocidad. Esto es lo que descubrieron: "Las imágenes muestran que las mariposas en vuelo libre usan una variedad de mecanismos aerodinámicos no convencionales para generar fuerzas aerodin ámicas: captura por la estela, dos tipos distintos de vórtices de ataque, recorridos ascendentes activos e inactivos, además de la utilización de mecanismos de rotación y del mecanismo denominado "clap-and-fling" observado por Weis-Fogh. Las mariposas en vuelo libre utilizan a menudo diferentes mecanismos aerodinámicos en sucesión. No parece haber una "clave" única que explique los misterios del vuelo de los insectos, dado que los insectos basan su estrategia voladora en una am plia gama de mecanismos aerodinámicos que utilizan para despegar, maniobrar, mantener el vuelo estacionario, y aterrizar." 59
Halterios: los giroscopios biológicos 60 Las moscas ( Diptera) tienen un único par de alas, a diferencia de la mayoría de los insectos que tienen dos pares. Pero en lugar del segundo par de alas, posee unos pequeños palillos con nudos llamados halterios. Se sabe desde hace tiempo que los halterios actúan como giroscopios, pues se mueven en antifase, es decir en dirección contraria, a las alas.
Por último, el propósito de las alas es desplazar el aire hacia atrás y hacia abajo para que el ave sea impulsada hacia delante y hacia arriba. Así las alas deben formar una gran superficie que produzca gran resistencia del aire, para poder desplazar una gran masa de aire. Pero una extremidad delantera diseñada para atrapar una presa requiere ante todo una superficie que proporcione poca resistencia al aire, es decir, que penetre el aire fácilmente. Imaginemos los huecos en la paleta de u n matamoscas o los perfiles estilizados diseñados para moverse eficazmente en el aire; estos mecanismos penetran el aire, no lo desplazan. Además, la corriente de aire generada por la protopluma advertiría a la presa de la inminencia de su captura.
Teoría Arbórea Feduccia, y otros investigadores en consonancia con sus puntos de vista, rechazan la tesis de
que las aves evolucionaron a partir de los dinosaurios, y tienen muy buenas razones para hacerlo. Pero no están dispuestos a abandonar la evolución, y por eso creen que las aves evolucionaron a partir de unos reptiles llamados cocodrilomorfos. Según su teoría estos pequeños reptiles parecidos a los cocodrilos vivían en los árboles, "inicialmente saltaron y posteriormente planearon de rama en rama"36 La imaginaria transición del paracaidismo (donde las "alas" simplemente proporcionarían cierta resistencia al aire durante la caída) al verdadero planeo supone ya de por sí un obstáculo importante para la evolución. Pero existe un obstáculo aún mayor que es el supuesto desarroll o de la musculatura y esqueleto necesarios para el vuelo autopropulsado. El principal propósito del aleteo durante el vuelo no es servir como un paracaídas móvil que dirij a el aire hacia abajo e impulse al ave hacia arriba como reacción. Lo que realmente sucede, como se ha mostrado anteriormente, es que el aleteo sirve principalmente para dirigir el aire hacia atrás, impulsando así al ave hacia adelante, con lo cual se consigue que el flujo de aire sobre la forma aerodinámica de las alas genere una fuerza de sustentación o elevación. Así pues el vuelo propulsado por alas demanda unos movimientos musculares muy controlados lo cual a su vez requiere que el cerebro disponga de un programa capaz de gobernar tales movimientos. En última instancia, todo esto requiere la presencia de nueva información genética de la que carece la criatura no voladora. Otro problema al que se enfrenta la teoría arbórea es la ausencia de fósiles intermedios: "No se han encontrado ni su supuesto antepasado ni ninguna forma transicional que lo vincule a fósiles conocidos de aves. Y a pesar de que argumentan con toda la razón del mundo que los análisis cladísticos (comparaciones de las características comunes) son tan buenos como los datos en que se basan, no hay ningún estudio cladístico que sugiera que tuviera un antepasado que no fuera terópodo" 37
MURCIÉLAGOS Los murciélagos son los únicos mamíferos que vuelan, y muestran muchas características únicas que les convierten en voladores muy ágiles.
Un ala excelentemente diseñada
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