Así es como aprendieron a volar las primeras aves

Un modelo biomecánico plantea que el ave basal, Archaeopteryx, aprendió a despegar con saltos sucesivos hace 150 millones de años. Un animal del período Jurásico que suele ocupar un lugar central en el debate sobre el origen del vuelo.

Este proceso fue estudiado por científicos de la Universidad de Southampton y publicado este año en la revista Developmental Biology. La investigación propone que este ejemplar podía alcanzar la velocidad necesaria para volar después de 2 o 3 impulsos potentes con las patas.

De acuerdo con el reporte de Earth.com, los investigadores utilizaron un modelo por computadora para reconstruir cómo se movía el cuerpo de este ejemplar extinto y calcular qué fuerza podían producir sus extremidades traseras antes de que las alas tomaran el relevo.

Un animal entre dinosaurios y aves

Archaeopteryx presentaba una combinación de rasgos que lo ubican entre los dinosaurios y las aves: tenía alas y plumas de sustentación aérea, pero también conservaba una cola ósea larga, dedos con garras y dientes en una mandíbula sin pico.

El investigador Neil Gostling, de la Universidad de Southampton, dijo que se trata del primer pájaro real, aunque aclaró que “no era un ‘ave’ particularmente desarrollada en comparación con las que conocemos hoy en día”. Esa mezcla de características resulta clave para entender cómo se produjo la transición evolutiva entre ambos grupos.

Las aves modernas suelen despegar con un fuerte impulso de las 2 patas mientras comienzan a mover las extremidades alares. En el caso del ejemplar jurásico, esa maniobra habría tenido limitaciones en la parte superior del cuerpo.

El animal no tenía un esternón con quilla, una estructura ósea donde en las aves actuales se fijan grandes músculos del vuelo. También contaba con una movilidad reducida en el hombro, lo que impedía elevar el ala por encima de la espalda como lo hacen muchas especies vivas.

El papel de las patas en el despegue

“Sabemos que el Archaeopteryx no podía depender de sus alas para despegar —ya que carecía de esternón con quilla y su hombro no podía elevar el ala por encima de la espalda—, así que nos preguntamos qué podían aportar sus patas”, explicó el profesor Markus Heller, también de la Universidad de Southampton.

También afirmó que “resulta que ahí es donde se consigue el despegue: las piernas generan la fuerza y ​​las alas toman el relevo después”.

Los investigadores reconstruyeron esas extremidades traseras y estimaron que representaban cerca del 13% de la masa corporal, una proporción superior a la de muchas aves actuales, que se ubica entre el 9% y el 10%. Ese dato sugiere una mayor importancia funcional de esa parte del cuerpo.

El modelo biomecánico representó un ejemplar de 400 gramos, valor situado en el punto medio de estimaciones previas que oscilaban entre 200 y 600 gramos.

Para desarrollar la simulación, el equipo tomó medidas de despegues de pinzones cebra, incluidas posturas corporales y presión ejercida contra el suelo.

Las imágenes de rayos X permitieron seguir las articulaciones de esas aves y adaptar sus movimientos a las proporciones del fósil. El sistema incorporó 32 músculos y sus tendones, con estimaciones de fuerza basadas en urracas, gallinas de Guinea y cocodrilos del Nilo.

Qué mostró la simulación

El análisis comparó la fuerza de torsión necesaria en la cadera, la rodilla y el tobillo con la capacidad estimada de esos músculos. El equipo probó varias posibilidades: un solo salto, saltos repetidos y combinados con un pequeño aleteo hacia abajo.

Un salto impulsado por las patas produjo una velocidad calculada de 2,98 metros por segundo, equivalente a 6,7 millas por hora. Ese empuje duró entre 66 y 74 milisegundos, y el principal límite apareció en los músculos del tobillo.

Esa rapidez quedó por debajo de los 7 metros por segundo que, según la estimación del estudio, hacían falta para sostener el vuelo. Tras 3 saltos, el animal alcanzaba 6,66 metros por segundo, y luego unos aleteos modestos podían llevarlo al umbral necesario en 0,23 segundos.

Cuando se incorporó un aleteo descendente entre 2 impulsos, el impulso alcanzado llegó a 6,24 metros por segundo. A partir de ese punto, el batido continuo de las extremidades alares podía completar el despegue en 0,36 segundos.

“Nuestros hallazgos demuestran que un Archaeopteryx de tamaño mediano, de 400 gramos, podría haber alcanzado una velocidad de vuelo sostenible de siete metros por segundo con tres saltos bípedos, o con dos saltos bípedos con un aleteo hacia abajo entre saltos”, explicó el Dr. Erik Meilak, ex investigador doctoral de la Universidad de Southampton.

Alcances y límites de la hipótesis

Los autores señalaron que la simulación muestra que los impulsos múltiples eran físicamente posibles, pero no prueba que ese comportamiento haya quedado registrado de forma directa en el registro fósil.

Los resultados dependen de estimaciones sobre postura, fuerza muscular, empuje de las alas y conservación de la velocidad entre cada apoyo. La investigación también advirtió que las aves actuales no son equivalentes exactos de un ejemplar del Jurásico.

Aunque una comparación con cuervos mostró una dependencia similar de las patas, los pinzones cebra usados como referencia pesan más de 10 veces menos que el ejemplar modelado.

Otra limitación del trabajo es que el modelo muscular partió de estimaciones de impulso máximo y no incorporó todos los rasgos del tejido vivo, como la longitud de las fibras o la elasticidad de los tendones.

El estudio indicó además que pequeñas variaciones en el equilibrio corporal o en el punto de apoyo del pie modificaban el impulso de un salto. Los cálculos de trayectoria asumieron un ángulo de despegue de 45 grados, poca resistencia del aire y conservación del impulso entre saltos.

El trabajo respalda la vía terrestre hacia el vuelo, donde las extremidades traseras daban la velocidad inicial y las estructuras alares completaban la maniobra.