29.5: Aves

Habilidades para Desarrollar

• Describir la historia evolutiva de las aves
• Describir las características derivadas en aves que facilitan el vuelo

La característica más obvia que distingue a las aves de otros vertebrados modernos es la presencia de plumas, que son escamas modificadas. Mientras que los vertebrados como los murciélagos vuelan sin plumas, las aves dependen de plumas y alas, junto con otras modificaciones de la estructura corporal y fisiología, para el vuelo.

Características de las aves

Las aves son endotérmicas, y debido a que vuelan, requieren grandes cantidades de energía, requiriendo una alta tasa metabólica. Al igual que los mamíferos, que también son endotérmicos, las aves tienen una cubierta aislante que mantiene el calor en el cuerpo: las plumas. Las plumas especializadas llamadas plumas de plumón son especialmente aislantes, atrapando el aire en los espacios entre cada pluma para disminuir la tasa de pérdida de calor. Ciertas partes del cuerpo de un ave están cubiertas de plumas de plumón, y la base de otras plumas tiene una porción suave, mientras que las aves recién nacidas están cubiertas de plumón.

Las plumas no solo actúan como aislamiento sino que también permiten el vuelo, permitiendo que el levantamiento y empuje necesarios para llegar a ser aerotransportados. Las plumas de un ala son flexibles, por lo que las plumas colectivas se mueven y se separan a medida que el aire se mueve a través de ellas, reduciendo el arrastre sobre el ala. Las plumas de vuelo son asimétricas, lo que afecta el flujo de aire sobre ellas y proporciona parte de la fuerza de elevación y empuje requerida para el vuelo (Figura\(\PageIndex{1}\)). Dos tipos de plumas de vuelo se encuentran en las alas, plumas primarias y plumas secundarias. Las plumas primarias se encuentran en la punta del ala y proporcionan empuje. Las plumas secundarias se localizan más cerca del cuerpo, se adhieren a la parte del antebrazo del ala y proporcionan sustentación. Las plumas de contorno son las plumas que se encuentran en el cuerpo, y ayudan a reducir el arrastre producido por la resistencia al viento durante el vuelo. Crean una superficie lisa y aerodinámica para que el aire se mueva suavemente sobre el cuerpo del ave, permitiendo un vuelo eficiente.

Figura\(\PageIndex{1}\): Las plumas primarias se localizan en la punta del ala y proporcionan empuje; las plumas secundarias se localizan cerca del cuerpo y proporcionan elevación.

El aleteo de todo el ala ocurre principalmente a través de las acciones de los músculos del pecho, el pectoral y el supracoracoideo. Estos músculos están altamente desarrollados en las aves y representan un mayor porcentaje de masa corporal que en la mayoría de los mamíferos. Estos se adhieren a una quilla en forma de hoja, como la de una embarcación, ubicada en el esternón. El esternón de las aves es más grande que el de otros vertebrados, lo que acomoda los grandes músculos requeridos para generar suficiente fuerza ascendente para generar sustento con el aleteo de las alas. Otra modificación esquelética que se encuentra en la mayoría de las aves es la fusión de las dos clavículas (clavículas), formando la furcula o espoleta. La fúrcula es lo suficientemente flexible como para doblarse y brindar soporte a la cintura escapular durante el aleteo.

Un requisito importante de vuelo es un bajo peso corporal. A medida que aumenta el peso corporal, aumenta la producción muscular requerida para volar. El ave viva más grande es el avestruz, y si bien es mucho más pequeño que los mamíferos más grandes, no tiene vuelo. Para las aves que sí vuelan, la reducción en el peso corporal facilita el vuelo. Se encuentran varias modificaciones en las aves para reducir el peso corporal, incluida la neumatización de los huesos. Los huesos neumáticos son huesos que son huecos, en lugar de estar llenos de tejido (Figura\(\PageIndex{2}\)). Contienen espacios de aire que a veces están conectados a sacos de aire, y tienen puntales de hueso para proporcionar refuerzo estructural. Los huesos neumáticos no se encuentran en todas las aves, y son más extensos en aves grandes que en aves pequeñas. No todos los huesos del esqueleto son neumáticos, aunque los cráneos de casi todas las aves lo son.

Figura\(\PageIndex{2}\): Muchas aves tienen huesos huecos, neumáticos, que facilitan el vuelo.

Otras modificaciones que reducen el peso incluyen la falta de vejiga urinaria. Las aves poseen una cloaca, una estructura que permite que el agua sea reabsorbida de los desechos de regreso al torrente sanguíneo. El ácido úrico no se expulsa como líquido sino que se concentra en sales de urato, las cuales son expulsadas junto con la materia fecal. De esta manera, el agua no se retiene en la vejiga urinaria, lo que aumentaría el peso corporal. La mayoría de las especies de aves solo poseen un ovario en lugar de dos, reduciendo aún más la masa corporal.

Los sacos de aire que se extienden hacia los huesos para formar huesos neumáticos también se unen con los pulmones y funcionan en la respiración. A diferencia de los pulmones de mamíferos en los que el aire fluye en dos direcciones, a medida que se respira dentro y hacia afuera, el flujo de aire a través de los pulmones de las aves viaja en una dirección\(\PageIndex{3}\) Los sacos de aire permiten este flujo de aire unidireccional, que también crea un sistema de intercambio de corriente cruzada con la sangre. En un sistema de corriente cruzada o contracorriente, el aire fluye en una dirección y la sangre fluye en dirección opuesta, creando un medio muy eficiente de intercambio de gases.

Figura\(\PageIndex{3}\): La respiración aviar es un sistema eficiente de intercambio de gases con aire que fluye unidireccionalmente. Durante la inhalación, el aire pasa de la tráquea a los sacos de aire posteriores, luego a través de los pulmones a los sacos de aire anteriores. Los sacos de aire están conectados al interior hueco de los huesos. Durante la exhalación, el aire de los sacos de aire pasa a los pulmones y sale de la tráquea. (crédito: modificación de obra por L. Shyamal)

Evolución de las Aves

La historia evolutiva de las aves aún no está clara. Debido a la fragilidad de los huesos de las aves, no se fosilizan tan bien como otros vertebrados. Las aves son diápsidas, es decir, tienen dos fenestraciones o aberturas en sus cráneos. Las aves pertenecen a un grupo de diápsidos llamados arcosaurios, que también incluye cocodrilos y dinosaurios. Es comúnmente aceptado que las aves evolucionaron a partir de los dinosaurios.

Los dinosaurios (incluidas las aves) se subdividen en dos grupos, el Saurischia (“parecido al lagarto”) y el Ornithischia (“parecido a un pájaro”). A pesar de los nombres de estos grupos, no fueron los dinosaurios parecidos a aves los que dieron origen a las aves modernas. Más bien, Saurischia divergió en dos grupos: Uno incluía a los dinosaurios herbívoros de cuello largo, como Apatosaurus. El segundo grupo, depredadores bípedos llamados terópodos, incluye aves. Este curso de evolución se sugiere por similitudes entre fósiles de terópodos y aves, específicamente en la estructura de los huesos de cadera y muñeca, así como la presencia de la espoleta, formada por la fusión de las clavículas.

Un fósil importante de un animal intermedio de dinosaurios y aves es Archaeopteryx, que es del periodo Jurásico (Figura\(\PageIndex{4}\)). Archaeopteryx es importante para establecer la relación entre aves y dinosaurios, porque es un fósil intermedio, lo que significa que tiene características tanto de dinosaurios como de aves. Algunos científicos proponen clasificarlo como ave, pero otros prefieren clasificarlo como dinosaurio. El esqueleto fosilizado de Archaeopteryx se parece al de un dinosaurio, y tenía dientes mientras que las aves no, pero también tenía plumas modificadas para el vuelo, rasgo asociado solo a las aves entre los animales modernos. Existen fósiles de dinosaurios emplumados más antiguos, pero las plumas no tienen las características de plumas de vuelo.

Figura\(\PageIndex{4}\): a) Archaeopteryx vivió a finales del Jurásico hace alrededor de 150 millones de años. Tenía dientes como un dinosaurio, pero tenía (b) plumas de vuelo como aves modernas, que se pueden ver en este fósil.

Todavía no está claro exactamente cómo evolucionó el vuelo en las aves. Existen dos teorías principales, la hipótesis arbórea (“árbol”) y la hipótesis terrestre (“tierra”). La hipótesis arbórea postula que los precursores arbóreos de las aves modernas saltaron de rama en rama usando sus plumas para deslizarse antes de volverse completamente capaces de volar aleteo. En contraste con esto, la hipótesis terrestre sostiene que correr era el estímulo para el vuelo, ya que las alas podrían usarse para mejorar la carrera y luego se utilizaron para el vuelo aleteo. Al igual que la pregunta de cómo evolucionó el vuelo, la cuestión de cómo evolucionó la endotermia en las aves aún no tiene respuesta. Las plumas proporcionan aislamiento, pero esto solo es beneficioso si el calor corporal se está produciendo internamente. De igual manera, la producción interna de calor solo es viable si hay aislamiento presente para retener ese calor. Se ha sugerido que una u otra —plumas o endotermia— evolucionó en respuesta a alguna otra presión selectiva.

Durante el período Cretácico, un grupo conocido como Enantiornites fue el tipo de ave dominante (Figura\(\PageIndex{5}\)). Enantiornitas significa “aves opuestas”, lo que se refiere al hecho de que ciertos huesos de los pies se unen de manera diferente a la forma en que se unen los huesos en las aves modernas. Estas aves formaron una línea evolutiva separada de las aves modernas, y no sobrevivieron más allá del Cretácico. Junto con las Enantiornitas, las aves Ornithurae (la línea evolutiva que incluye las aves modernas) también estuvieron presentes en el Cretácico. Después de la extinción de Enantiornites, las aves modernas se convirtieron en el ave dominante, con una gran radiación ocurriendo durante la Era Cenozoica. Conocidas como Neornitas (“aves nuevas”), las aves modernas ahora se clasifican en dos grupos, las Paleognathae (“mandíbula vieja”) o ratites, un grupo de aves no voladoras que incluyen avestruces, emús, rheas y kiwis, y la Neognathae (“mandíbula nueva”), que incluye todas las demás aves.

Figura\(\PageIndex{5}\): Shanweiniao cooperorum fue una especie de Enantiornitas que no sobrevivió más allá del período Cretácico. (crédito: Nobu Tamura)

Conexión de Carrera: Veterinario

Los veterinarios tratan enfermedades, trastornos y lesiones en animales, principalmente vertebrados. Tratan mascotas, ganado y animales en zoológicos y laboratorios. Los veterinarios suelen tratar perros y gatos, pero también tratan aves, reptiles, conejos y otros animales que se mantienen como mascotas. Los veterinarios que trabajan con granjas y ranchos tratan cerdos, cabras, vacas, ovejas y caballos.

Se requiere que los veterinarios completen la licenciatura en medicina veterinaria, lo que incluye tomar cursos de fisiología animal, anatomía, microbiología y patología, entre muchos otros cursos. La fisiología y bioquímica de diferentes especies de vertebrados difieren mucho.

Los veterinarios también están capacitados para realizar cirugía en muchas especies diferentes de vertebrados, lo que requiere una comprensión de las anatomías muy diferentes de diversas especies. Por ejemplo, el estómago de rumiantes como vacas tiene cuatro compartimentos versus un compartimento para los no rumiantes. Las aves también tienen adaptaciones anatómicas únicas que permiten el vuelo.

Algunos veterinarios realizan investigaciones en entornos académicos, ampliando nuestro conocimiento de los animales y la ciencia médica. Un área de investigación consiste en comprender la transmisión de enfermedades animales a los humanos, llamadas enfermedades zoonóticas. Por ejemplo, un área de gran preocupación es la transmisión del virus de la gripe aviar a los humanos. Un tipo de virus de la gripe aviar, H5N1, es una cepa altamente patógena que se ha propagado en aves en Asia, Europa, África y Medio Oriente. Aunque el virus no cruza fácilmente a los humanos, ha habido casos de transmisión de ave a persona. Se necesita más investigación para entender cómo este virus puede cruzar la barrera de especies y cómo se puede prevenir su propagación.

Resumen

Las aves son endotérmicas, lo que significa que producen su propio calor corporal y regulan su temperatura interna independientemente de la temperatura externa. Las plumas no solo actúan como aislamiento sino que también permiten el vuelo, proporcionando elevación con plumas secundarias y empuje con plumas primarias. Los huesos neumáticos son huesos que son huecos en lugar de estar llenos de tejido, que contienen espacios de aire que a veces están conectados a sacos de aire. El flujo de aire a través de los pulmones de aves viaja en una dirección, creando un intercambio de corriente cruzada con la sangre. Las aves son diápsidas y pertenecen a un grupo llamado los arcosaurios. Se cree que las aves evolucionaron a partir de los dinosaurios terópodos. El fósil más antiguo conocido de un ave es el de Archaeopteryx, que es del periodo Jurásico. Las aves modernas ahora se clasifican en dos grupos, Paleognathae y Neognathae.

Glosario

Archaeopteryx

especies de transición de dinosaurio a ave del período Jurásico

pluma de contorno

pluma que crea una superficie aerodinámica para un vuelo eficiente

plumón

pluma especializada para aislamiento

Enantiornitas

grupo de aves dominantes durante el período Cretácico

pluma de vuelo

pluma especializada para vuelo

furcula

espoleta formada por la fusión de las clavículas

Neognathae

aves distintas de las Paleognathae

Neornithes

aves modernas

Paleognathae

rátidas; aves no voladoras, incluidos los avestruces y los emús

hueso neumático

Hueso lleno de aire

Pluma primaria

pluma ubicada en la punta del ala que proporciona empuje

pluma secundaria

pluma ubicada en la base del ala que proporciona elevación

terópodo

grupo dinosaurio ancestral a aves