Aplican una herramienta de la matemática para comparar la anatomía y habilidades motoras de aves extintas y actuales

Similitudes con partes del cuerpo de algunos dinosaurios, falta de correlación entre la complejidad de ciertas estructuras anatómicas y las habilidades locomotoras, y hasta una tendencia a la simplificación de músculos y huesos de las patas son las conclusiones alcanzadas por un reciente estudio científico del que participan especialistas del CONICET La Plata en la Facultad de Ciencias Veterinarias de la Universidad Nacional de La Plata (FCV, UNLP) y en el Centro de Investigaciones de Ciencias de la Tierra (CICTERRA, CONICET-UNC). El trabajo, publicado en la revista científica Nature Communications, analizó y comparó la morfología y movimientos de numerosas especies de aves vivas y extintas mediante una metodología llamada Análisis de Redes Anatómicas (AnNA), que se desprende de una herramienta del análisis matemático.

El trazado de líneas de relaciones entre nodos que va formando complejas redes interconectadas es una técnica de la matemática que se utiliza para evidenciar las interacciones y conexiones entre los elementos que forman un sistema, y así observar las dinámicas y flujos presentes, un conocimiento que luego puede servir para comprender la naturaleza de ciertos fenómenos o mejorar el funcionamiento de un determinado sistema, entre otras posibilidades. De aquí deriva la ciencia de redes, un campo interdisciplinario del cual a su vez se desprende la metodología AnNA, desarrollada algunos años atrás en España de la mano de un equipo científico que aplicó el procedimiento a una estructura abstracta basada en el esqueleto de ciertos animales, uniendo las articulaciones y nervios para estudiar los patrones de conectividad.

“En este trabajo en particular queríamos averiguar qué nuevos conocimientos sobre la evolución y la función de la arquitectura de las patas de las aves podrían surgir de la aplicación del análisis de redes anatómicas”, relata Julieta Carril, investigadora del CONICET en la FCV y primera autora de la publicación. Para llevarlo adelante, los expertos y expertas incluyeron 62 especies de aves actuales pertenecientes a diversos órdenes, entre las cuales había representantes de las distintas formas de vida, es decir terrestre, arborícola, acuática e hiperaérea o de vuelo prolongado; y de las diferentes patas que existen, clasificadas por número, disposición y movilidad de los dedos, y por la presencia y extensión de la membrana de piel entre ellos. Asimismo, se introdujo la categoría del tipo desarrollo posnatal, según si las crías nacen relativamente maduras y abandonan el nido enseguida, o inmaduras y permanecen allí más tiempo.

Las especies incluidas en el análisis también se diferenciaban en sus habilidades locomotoras y manipulativas, es decir de acuerdo a si pueden caminar, correr, saltar, vadear –desplazarse dentro del agua–, perchar –mantenerse sobre posaderos–, trepar, nadar, bucear, colgarse de las patas, o prensar y manipular alimentos u objetos. Todos estos rasgos son producto de una evolución significativa de aproximadamente cien millones de años a partir de la condición primitiva anisodáctila, con tres dígitos hacia adelante y uno hacia atrás, dando lugar a los diversos tipos de patas con sus diferentes características morfológicas y motrices a las extremidades posteriores. “Utilizamos una hipótesis sobre las relaciones evolutivas entre las distintas especies construida en base a datos moleculares y calibrada temporalmente de acuerdo al momento en que surgieron los principales grupos desde el ancestro que se establece como tal”, desarrolla Ricardo De Mendoza, otro de los autores, también investigador del CONICET con lugar de trabajo en la FCV al momento del estudio.

Con información bibliográfica sobre los miembros posteriores, los autores y autoras del trabajo fueron armando las redes para cada especie, considerando como nodos a los huesos y músculos, y como conexiones a las articulaciones óseas y a los orígenes e inserciones musculares. A partir de allí, calcularon una serie de parámetros descriptivos que les permitieron comparar entre sí a las aves y avanzar con otros análisis tales como patrones de conectividad entre las partes, distribución y agrupación de las patas según sus características y los hábitos de vida, relaciones de parentesco y ancestros en común, y muchos otros factores que fueron completando el mapa de redes. La interpretación de este mapa anatómico arrojó varios resultados inesperados.

En primer lugar, observaron que ciertas partes anatómicas ya presentes en los dinosaurios no avianos se conservan en gran medida en las aves modernas. En segundo término, contrario a lo que esperaban, no lograron establecer relación entre redes complejas y un mayor número de habilidades locomotoras y comportamientos complejos. Para ejemplificar, Carril toma el caso de los psitácidos, el grupo de los loros y las cotorras, que pueden caminar, correr, saltar en el suelo y en los árboles, perchar, trepar y mantenerse colgados de las patas cabeza hacia abajo en ramas, además de ser capaces de manipular alimentos y objetos con sus patas. “Sin embargo, los parámetros de las redes anatómicas del sistema músculo-esqueletario de sus patas no indican una mayor complejidad. Mientras que otras aves con redes complejas, como los avestruces o los colibríes, no se destacan por ser especialmente habilidosas con sus patas”, apunta.

Otra de las conclusiones es que tampoco hallaron una correspondencia entre los tipos de patas y los patrones de conectividad en sus redes. Así, según puede leerse, la mayoría de las redes se distribuye alrededor del centro del filomorfoespacio, esto es, una representación de la realidad multidimensional de las formas y funciones de los organismos. “Pero hay dos especies ubicadas en límites opuestos y significativamente separadas del resto, entre las cuales se encuentran algunas morfologías externas extremas, como por ejemplo los avestruces, que han perdido dos de los cuatros dedos de las patas y se especializaron en la carrera, o los pájaros ratón, que tienen dos dedos hacia adelante y dos hacia atrás y son capaces de cambiar esta configuración/disposición y de realizar un gran número de habilidades locomotoras y de comportamientos complejos con las patas”, detalla Carril.

Según se reporta en la investigación, aunque la evolución de las aves dio lugar a una gran diversidad de tipos de patas, la conectividad entre sus partes anatómicas se mantuvo conservada. “Los patrones de conectividad del sistema músculo-esqueletario nos muestran que, si bien las patas se adaptaron a realizar múltiples tareas y a distintos modos de vida, las conexiones entre los distintos elementos que las conforman permanecieron estables, y aves con patas externamente muy distintas mantuvieron la misma organización interna que sus ancestros”, enfatiza De Mendoza. Por último, en base a los parámetros descriptivos obtenidos, se observa que las especies de divergencia más antigua, como el emú, la codorniz o la gallina tienen redes complejas, y las de divergencia más reciente, como la lechuza, el carancho o el suirirí real, tienen redes simples. “Esto nos indica que aparece una tendencia hacia la simplificación de las patas en una escala macroevolutiva dentro de las aves”, concluyen las y los autores del trabajo.