¿Por qué vuelan las aves? Teorías, adaptaciones y mecanismos

El por qué vuelan las aves es una cuestión que ha causado gran interés dentro de la evolución y estudios de la morfología y anatomía comparada en vertebrados. El vuelo es una de las principales características de las aves, además de la presencia de plumas en su cuerpo, extremidades delanteras adaptadas al vuelo (aunque no siempre son usadas para este fin) y la presencia de un pico queratinizado. Esta homogeneidad en la forma de estos animales, se debe a que evolucionaron para volar, de manera que toda su anatomía se encuentra diseñada para tal fin.

Sin embargo, son muchas las especies de aves que no vuelan, incluidas especies extintas que representan las aves más altas que han existido, como Dinornis spp. que alcanzaba hasta tres (3) metros de alto y habitaba en Nueva Zelanda, o Gastornis spp. que habitaba los bosques de Norte América y Europa hace unos 55 millones de años.

Es importante señalar que el vuelo verdadero solo ha sido dominado dentro de los vertebrados por las aves, murciélagos y los extintos pterosaurios (orden Pterosauria). Aunque en la actualidad los murciélagos también ejercen vuelo, la razón del por qué vuelan las aves es distinta, pues las alas de estos dos grupos animales no son homólogas sino análogas, lo que significa que evolucionaron de manera independiente para ejercer la misma función.

De esta manera, las alas de las aves se encuentran básicamente formadas por una agrupación de plumas que se adhieren a las extremidades anteriores, mientras que en los murciélagos, los huesos de los dedos sufrieron modificaciones y la piel se extendió entre ellos para formar las alas.

A pesar de que el vuelo es una característica común, no todas las aves vuelan igual. Algunas vuelan largas distancias, otras parecen flotar en el aire, mientras que existen especies con vuelos a alta velocidad y algunas que pasan la mayor parte de su vida en vuelo. Además, muchas aves han perdido la capacidad de volar, por lo cual pasan toda su vida en la tierra como los avestruces, o incluso son consideradas como semiacuáticas, como los pingüinos. Todos estos variados aspectos de esta característica, hacen que surjan preguntas sobre por qué vuelan las aves, cómo lo hacen y por qué algunas perdieron esa capacidad.

Origen del vuelo en las aves

Existen diversas teorías sobre por qué vuelan las aves y cómo fueron capaces de desarrollar esta habilidad. Entre las teorías más controversiales sobre el origen de vuelo en las aves se encuentran la teoría arbórea, teoría de red para insectos y teoría cursorial o de escalada.

La primera teoría, teoría arbórea, establece que el ancestro de las aves era un animal trepador con hábitos arbóreos, por lo cual pasaba gran tiempo de su vida saltando de rama en rama y entre los árboles. Estos saltos fueron convirtiéndose en comportamiento de despegue con las extremidades abiertas, por lo que la selección natural fue favoreciendo a los individuos que presentaban plumaje que permitía suavizar el descenso. Posteriormente el movimiento de las extremidades o aleteo activo permitió que se estableciera el vuelo motorizado y prolongado.

La siguiente teoría que intenta explicar por qué vuelan las aves, es la de la red de insectos, que involucra a un ancestro con hábitos terrestres que tenía una dieta especializada en insectos voladores. Dichos antecesores eran bípedos y se desplazaban rápidamente golpeando sus extremidades anteriores para aturdir y capturar a sus presas, de manera que las plumas evolucionaron para agregar eficacia a esta característica, al servir como una red que atrapaba más cantidad de insectos y que además le daba impulso a los manotazos. Esta es quizá la teoría menos aceptada por la comunidad científica, pues resulta bastante abrupta.

Finalmente, la teoría cursorial establece que el antecesor de las aves era un animal bípedo terrestre que se desplazaba corriendo para huir de sus depredadores y buscar comida, y eventualmente estos rápidos desplazamientos acompañados de saltos evolucionaron en un vuelo activo. Esta teoría se encuentra apoyada por un comportamiento denominado “carrera inclinada asistida por las alas”, o WAIR por sus siglas en inglés, que puede observarse en los polluelos de distintas aves que emplean esta estrategia para subir pendientes manteniendo el equilibro, al abrir sus alas y batirlas mientras mantienen sus pies apoyados al suelo.

En resumen, estas teorías explican por qué vuelan las aves desde dos (2) enfoques distintos, uno que indica que el vuelo se originó desde las alturas hasta el suelo a partir de un antecesor trepador y arbóreo y otro que propone que el vuelo evolucionó desde el suelo, a partir de un ancestro terrestre.

¿Por qué vuelan las aves? Adaptaciones asociadas al vuelo

Para responder por qué vuelan las aves y cómo lo hacen, es necesario resaltar que las alas no son el único requisito para volar, pues hace falta contar con un plan corporal específico para ejercer esta capacidad. De esta manera, las aves voladoras cuentan con un diseño estructural enfocado en dos aspectos primordiales en el vuelo: aumentar la fuerza y disminuir el peso, que además les permite seguir ejerciendo todas las funciones vitales necesarias para sobrevivir como obtener alimentos, escapar de los depredadores, mantener funciones metabólicas y termorreguladoras y reproducirse.

La característica más resaltante de las aves voladoras es la presencia de plumas que recubren su cuerpo. Estas estructuras al igual que las escamas de los reptiles, tienen un origen epidérmico y se mudan regularmente, pero se encuentran estructuradas de una forma más compleja y algunas son empleadas para el vuelo (plumas de vuelo).

Por otra parte, el esqueleto de las aves se encuentra modificado de manera que, aunque está completamente osificado, resulta ligero gracias a que presenta huesos neumatizados, con cavidades y orificios en su interior que disminuyen su masa y por lo tanto el peso corporal de una forma considerable. En relación con la potencia, estos animales presentan músculos locomotores relativamente fuertes para cubrir las demandas del vuelo.

Finalmente, debido a los requerimientos energéticos del vuelo, las aves sufrieron importantes modificaciones en su sistema respiratorio para garantizar una provisión continua y adecuada de oxígeno al cuerpo. De esta manera, estos animales desarrollaron un sistema unidireccional y las ramas más finas de los bronquios se desarrollan como parabronquios tubulares que conforman los pulmones y a través de los cuales el aire fluye continuamente.

Adicionalmente, presentan sacos aéreos pareados en el tórax y el abdomen. que se extienden a través de pequeños tubos en el centro de los huesos largos. El aire inspirado fluye por los sacos aéreos posteriores y después de ser oxigenado, el aire fluye por el pulmón hasta los sacos aéreos anteriores para salir al exterior.

¿Por qué vuelan las aves y mediante qué mecanismos?

Para explicar por qué vuelan las aves y mediante qué mecanismos, se comienza con exponer que estos animales requieren de fuerzas de sustentación que superen su propio peso para lograr elevarse, además necesitan propulsión para moverse. Estos dos requerimientos son suplidos gracias a las alas, de las cuales la parte distal funciona como una hélice que genera propulsión. Por otro lado, la sustentación la proveen las plumas de la parte más medial del ala, por donde se desliza suavemente el aire, creando una presión positiva contra la superficie inferior de las alas y una presión negativa en la superficie exterior convexa, que genera la mayor parte de la sustentación.

En los vuelos a altas velocidades se produce mucha sustentación, lo cual permite que el ala conserve un ángulo bajo y se genere muy poca resistencia. A pesar de que la sustentación aumenta al disminuir la velocidad, también lo hacen las fuerzas de arrastre, las cuales se contrarrestan gracias a dos ranuras alares: el álula y la ranura entre las plumas primarias.

Referencias

• Garner, J. P., Taylor, G. K., & Thomas, A. L. R. (1999).
• Hickman, C. P., Roberts, L. S., & Larson, A. (1997).
• Kardong, K. V. (2012).
• Maina, J. N. (2000).