Así aparecieron las alas en la evolución animal

Insectos, aves, murciélagos… las alas han aparecido al menos cinco veces a lo largo de la historia evolutiva.

 

En la historia de la evolución hay órganos o especializaciones que solo aparecen una vez y desde ahí se diversifican a partir de un solo ancestro común. Pero hay otros casos en los que surgen de forma paralela e independiente en diversos grupos. Los ojos, por ejemplo, han evolucionado al menos 65 veces a lo largo de la historia evolutiva.

La aparición de las alas es otro ejemplo, aunque no tan abundante. Hasta donde tenemos conocimiento, esta estructura ha aparecido cinco veces en la historia animal, cuatro de ellas son estructuras homólogas, es decir, que aun habiendo evolucionado de forma independiente, tienen un órgano ancestral común. Este es el caso de los cuatro grupos de vertebrados alados conocidos, y el origen de sus alas está, en el quiridio, la extremidad de los tetrápodos de la que descienden nuestros brazos.

La única excepción es el ala de los insectos, que además, fue el primer grupo en desarrollar estas estructuras.

Restos fósiles de ‘Delitzschala bitterfeldensis’, el insecto alado más antiguo conocido (Brauckmann 1996)
Restos fósiles de ‘Delitzschala bitterfeldensis’, el insecto alado más antiguo conocido (Brauckmann 1996)

Los insectos, los primeros voladores

Los insectos son los únicos invertebrados que presentan alas. A diferencia de los vertebrados, cuyas alas son patas modificadas, el origen evolutivo de las alas en los insectos es muy distinto. Pero, aunque sabemos cómo no surgieron, no tenemos muy claro cómo sí lo hicieron. Existen dos hipótesis distintas.

Una posible explicación es que procedan de expansiones laterales del exoesqueleto, en forma de lóbulos, que posteriormente se articularon sobre él. Hay cierto refuerzo para esta hipótesis en el registro fósil, sin embargo, los datos genéticos hablan más a favor de la hipótesis alternativa. Según esta otra explicación, las alas de los insectos procederían de antiguos apéndices que cumplían la función de branquias —y que ya estaban presentes en los ancestros de insectos y crustáceos; las mismas estructuras que hoy forman las branquias de estos últimos—. Fuera del agua, estas estructuras perderían su función original, y habrían evolucionado hasta convertirse en la variabilidad de alas que conocemos hoy.

El origen de las alas de los insectos probablemente se remonte a finales del devónico o principios del carbonífero, hace unos 320 millones de años. El fósil más antiguo de un insecto alado conocido data de aquella época; es Delitzschala bitterfeldensis, y tenía tres pares de alas. Lo que sí sabemos es que todos los insectos alados modernos tienen un origen común, aunque muchos de sus descendientes posteriormente han perdido sus alas. Es decir, que se trata de un rasgo ancestral que solo surgió una vez en la historia evolutiva.

Recreación de ‘Quetzalcoatlus’, el pterosaurio más grande conocido.
Recreación de ‘Quetzalcoatlus’, el pterosaurio más grande conocido.

Los pterosaurios, los vertebrados conquistan el cielo

A finales del período triásico, hace unos 228 millones de años, un nuevo grupo de animales aprende a volar. Son los pterosaurios, un grupo de reptiles con esqueletos ligeros y cubiertos de una vellosidad, que originalmente se denominó “picnofibras”, y que hoy sabemos que tienen el mismo origen evolutivo que las plumas.

En este caso, las alas se forman por la expansión de una membrana de piel que se extiende por el costado del animal, y a lo largo de la cara interna del brazo y el antebrazo, hasta el extremo del último dedo, dejando libre el resto de los dedos de la mano.

Estos reptiles alcanzaron tamaños enormes —el animal volador conocido más grande de la historia,  Quetzalcoatlus, que pudo sobrepasar los 10 metros de envergadura, pertenecía a este grupo—. El grupo de los pterosaurios vivió durante todo el mesozoico, hasta hace unos 66 millones de años, cuando se extinguió junto con la mayoría de los dinosaurios.

Recreación de ‘Yi qi’, un escansoriopterígido alado. (Wikimedia / CC BY-SA 4.0 - E.Willoughby)
Recreación de ‘Yi qi’, un escansoriopterígido alado. (Wikimedia / CC BY-SA 4.0 - E.Willoughby)

Los escansoriopterígidos, dinosaurios de alas extrañas

A mediados del período jurásico, la evolución ya comenzaba a hacer nuevos experimentos de vuelo. Uno de ellos fue el de los escansoriopterígidos, unos dinosaurios emplumados, con el hueso de la cola corto y cuatro plumas largas en su extremo, que tenían un par de alas realmente extrañas.

Como las alas de los pterosaurios, se componían de una membrana que se extendía desde el costado del cuerpo hasta la punta de los dedos. Pero en este caso, la membrana incluía todos los dedos salvo el primero, arrojando el aspecto del ala de un dragón mitológico. Un aspecto que se desconocía hasta el descubrimiento, en 2015, del excepcional Yi qi.

A pesar de que esta ala es homóloga a la de los pterosaurios —en ambos casos conformada por la extremidad anterior—, su origen evolutivo es independiente; es decir, son alas distintas, surgidas en grupos de vertebrados diferentes que no tienen relación directa.

Ejemplar de Berlín de ‘Archaeopteryx’ (A. Bayón)
Ejemplar de Berlín de ‘Archaeopteryx’ (A. Bayón)

Los eumaniraptores, dinosaurios aún con vida

A finales del período jurásico, hace unos 150 millones de años, un grupo de dinosaurios desarrollaron una nueva forma de ala. Son los llamados eumaniraptores y, hasta donde sabemos, es el grupo de dinosaurios más diverso de todos. En ellos se incluyen animales como los famosísimos Velociraptor, y otros parientes, como  Microraptor, pero también están todas y cada una de las aves que han existido a lo largo de la historia, desde los cuervos y las cigüeñas hasta la especie que nos dejó el fósil más impresionante de la historia,  Archaeopteryx.

Muchos animales tenían plumas antes de que los eumaniraptores tuvieran alas; de hecho, pterosaurios y escansoriopterígidos estaban cubiertos de formas primitivas de ellas, como órgano de recubrimiento. Pero en los eumaniraptores, las plumas evolucionaron para alcanzar una gran variedad de estructuras; algunas, asimétricas, largas y con gran superficie, permitieron a los animales maniobrar mejor en las carreras y los saltos, dar saltos más largos y, en algunos casos, volar.

Había nacido un nuevo tipo de ala: el ala emplumada. A diferencia de las alas membranosas de pterosaurios y escansoriopterígidos, las alas de los eumaniraptores estaban formadas por el brazo, el antebrazo y la mano cubiertos de enormes plumas que formaban la superficie de sustentación. En algunos casos, como el excepcional  Microraptor, incluso se desarrollaron dos pares de alas; un par en las patas delanteras, y el otro en las patas traseras.

Fósil de Icaronycteris index, el murciélago más antiguo conocido (Gunnell et al., 2005)
Fósil de Icaronycteris index, el murciélago más antiguo conocido (Gunnell et al., 2005)

Los murciélagos, los únicos mamíferos alados

Hace unos 66 millones de años la mayor parte de los dinosaurios se extinguieron, y solo las aves sobrevivieron heredando su legado. Pero hace unos 51 millones de años, durante el eoceno, un nuevo grupo de animales se atrevió a alzar el vuelo.

Los primeros murciélagos habían nacido.

No sabemos mucho sobre cómo surgió esta nueva forma de ala, no obstante, en ella encontramos una clara convergencia evolutiva con respecto a pterosaurios y escansoriopterígidos. En un grupo completamente distinto de animales, y de manera independiente, una expansión membranosa vuelve a extenderse desde el lateral del cuerpo hasta el extremo de los dedos para formar la superficie de sustentación.

En este caso, todos los dedos participan en la estructura del ala, excepto uno, que queda libre.

REFERENCIAS:

Averof, M. et al. 1997. Evolutionary origin of insect wings from ancestral gills.
Nature, 385(6617), 627-630. DOI: 10.1038/385627a0
Gunnell, G. F. et al. 2005. Fossil Evidence and the Origin of Bats. Journal of Mammalian Evolution, 12(1-2), 209-246. DOI: 10.1007/s10914-005-6945-2
Padian, K. et al. 1999. Phylogenetic definitions and nomenclature of the major taxonomic categories of the carnivorous Dinosauria (Theropoda). Journal of Vertebrate Paleontology, 19(1), 69-80. DOI: 10.1080/02724634.1999.10011123
Xu, X. et al. 2015. A bizarre Jurassic maniraptoran theropod with preserved evidence of membranous wings. Nature, 521(7550), 70-73. DOI: 10.1038/nature14423
Yang, Z. et al. 2019. Pterosaur integumentary structures with complex feather-like branching. Nature Ecology & Evolution, 3(1), 24-30. DOI:
Vary (Álvaro Bayón)

Vary (Álvaro Bayón)

Soy doctor en biología, especializado en especies invasoras. Intento divulgar sobre ciencia y naturaleza mientras lucho férreamente contra las pseudociencias y el pensamiento mágico. Cuando me queda tiempo, cazo pokémon y hago artesanía. Además, soy (un poco) adicto al twitter.

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