¿Cuál es el origen de las plumas?

Entre las distintas adaptaciones conocidas, la de las plumas es una de las más interesantes, y todo apunta a que surgieron mucho antes de lo que se piensa.

Siempre se ha considerado que las plumas son un rasgo propio y exclusivo de las aves. Unas estructuras que recubren su piel, que cumplen un papel análogo al pelo de los mamíferos, y que actualmente cumple con otras muchas funciones: el camuflaje, la comunicación, la defensa, la impermeabilidad, el abrigo, y, quizá la más importante, el vuelo.

Sin embargo, hace ya tiempo que se descubrió que había más animales con plumas aparte de las aves, comenzando por el descubrimiento de Archaeopteryx en 1860, y más recientemente, con el descubrimiento de otros muchos dinosaurios emplumados; incluso el hallazgo revolucionario de las hasta entonces denominadas picnofibras de los pterosaurios. 

Origen plumas aves

Las plumas, rasgo propio de aves.

¿Carácter ancestral o convergencia evolutiva?

El hecho de que dos o más grupos de seres vivos que están a cierta distancia evolutiva presenten una misma estructura, se puede explicar desde dos posibles hipótesis. 

Una de ellas implica un único surgimiento del carácter en un estado ancestral, que después es heredado por los grupos descendientes; en algunos de ellos, el carácter evolutivamente se pierde y en otros se mantiene. Un buen ejemplo lo encontramos en el gran grupo de los tetrápodos, que incluye a los anfibios, los reptiles y aves, y a los mamíferos. En principio, su ancestro común tenía cuatro patas y todos han heredado ese rasgo —a menos que las hayan perdido por evolución posterior—. Estos rasgos ancestrales heredados se denominan plesiomorfías.

La hipótesis alternativa es el surgimiento múltiple de una misma estructura en varios grupos que puede evolucionar de forma independiente en esos grupos, sin que el ancestro común disponga de ese rasgo. A este proceso se le denomina convergencia evolutiva, que se encuentra, por ejemplo, en la presencia de aletas en cetáceos y manatíes, dos grupos de mamíferos marinos que han evolucionado de forma independiente, y que han adquirido sus rasgos en momentos distintos de su historia evolutiva. La aparición de un mismo rasgo, evolucionado de forma paralela e independiente en dos o más grupos distintos, se denomina homoplasia.

Fragmento de cola de dinosaurio emplumado en ambar (RSM / R.C.McKellar)
Fragmento de cola de dinosaurio emplumado en ambar (RSM / R.C.McKellar)

Si observamos los grupos conocidos con plumas, encontramos, por un lado, a las aves y los dinosaurios terópodos afines a ellas. Por otro lado, algunos grupos aislados dentro de los ornitisquios, que también presentan plumas: los heterodontosaurios, el ceratopsio Psittacosaurus —que nos lleva a preguntar si otros ceratópsidos también las pudieran tener—, o Kulindadromeus. Sin embargo, otros grupos intermedios, como los tireóforos o los hadrosaurios, hasta donde sabemos, no tenían plumas. Y, por otro lado, tenemos el descubrimiento reciente de los pterosaurios.

Si las plumas de las aves son una homoplasia, se podría asumir que han aparecido al menos dos veces: en pterosaurios y en dinosaurios; y dentro de los dinosaurios, pueden haber surgido entre una y cuatro veces —tres separadas en ornitisquios, y una en terópodos, contando las aves—. 

Sin embargo, si se asume que las plumas son una plesiomorfía, estas debieron estar presentes ya, al menos, en los ancestros del gran grupo de los ornitodiros, entre cuyos descendientes están todos los pterosaurios y dinosaurios. Y los miembros de este grupo que no tienen plumas sería, en todo caso, porque las perdieron.

Filogenia plumas

Filogenia de las plumas; destacado el origen temprano de las plumas, que representa el momento en que se comenzó a tener la estructura genética que induce la formación de la pluma (M. J. Benton et al., 2019).

El verdadero origen de las plumas

Con este planteamiento, y teniendo en cuenta que las plumas de aves, ornitisquios y pterosaurios tienen la misma estructura, el principio de parsimonia nos invita a pensar en un origen común del rasgo, como mínimo, en el grupo Ornithodira, hace unos 230 millones de años, y que el rasgo se perdiera en algunos grupos, como los cetáceos han perdido el pelo. Esta hipótesis se ve reforzada por la existencia de ornitodiros basales, como Marasuchus, que también presentaban picnofibras calificables como plumas.

Pero quizá el origen esté aún antes. Las plumas están formadas esencialmente por las β-proteínas córneas fibrosas CBP, del mismo tipo que las que forman las escamas de los reptiles. Hasta hace poco se asumía que los genes responsables de la formación de las plumas se habían formado a partir de la duplicación de los genes CBP de las escamas. Sin embargo, hoy sabemos que los genes responsables de unas estructuras y otras son distintos e independientes.

Los genes responsables de la formación de plumas estaban ya presentes hace 260 millones de años, antes de que los arcosaurios se diversificaran. Por lo tanto, esos genes no solo estuvieron presentes en todos los dinosaurios y pterosaurios —con o sin plumas—, sino que también están presentes en los cocodrilos. Tras la diversificación de los cocodrilos y los ornitodiros, hace unos 250 millones de años, se produjo una duplicación de los genes, que favoreció la formación de estructuras cada vez más complejas, culminando con las hasta 150 duplicaciones que encontramos en las aves modernas.

Hasta ahora, no se conoce ninguna especie, ni moderna ni extinta, de cocodrilos emplumados. Sin embargo, los genes están ahí, por lo que, bajo las condiciones adecuadas, y si se produjo la duplicación de esos genes en algún momento de la historia de su linaje, es posible que hubieran existido realmente cocodrilos con plumas.

Referencias:

Benton, M. 2021. The evolution of feathers (N.o EGU21-574). EGU21. Copernicus Meetings. DOI: 10.5194/egusphere-egu21-574

Benton, M. J. et al. 2019. The Early Origin of Feathers. Trends in Ecology & Evolution, 34(9), 856-869. DOI: 10.1016/j.tree.2019.04.018

Greenwold, M. J. et al. 2013. Molecular evolution and expression of archosaurian β-keratins: Diversification and expansion of archosaurian β-keratins and the origin of feather β-keratins: MOLECULAR EVOLUTION OF ARCHOSAURIAN β-KERATINS. Journal of Experimental Zoology Part B: Molecular and Developmental Evolution, 320(6), 393-405. DOI: 10.1002/jez.b.22514

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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