¿Puede un caimán tener plumas?

Si los caimanes y cocodrilos tienen los genes que permiten la formación de plumas, ¿por qué no están emplumados?

Actualmente, solo las aves presentan plumas. Sin embargo, es bien sabido que, en el pasado, otros muchos animales disponían de estas estructuras, con mayor o menor diversidad. Por otro lado, y gracias a su ascendencia reptiliana, las aves también cuentan con escamas sobre la piel, localizadas principalmente en el área inferior de las patas.

Los estudios genéticos han mostrado que las plumas evolucionaron a partir de una serie de eventos genéticos novedosos durante el mesozoico.

Caimán y garceta

Aunque aves y caimanes presentan los genes necesarios para desarrollar plumas, solo las plumas las producen.

Evo-devo de las plumas

Desde los años 60, varios experimentos centraron su estudio en descubrir el origen evolutivo de las plumas a partir de modificaciones durante el desarrollo embrionario. Esta disciplina, que relaciona el proceso de desarrollo de los organismos con su origen filogenético, se denomina biología evolutiva del desarrollo  o evo-devo. 

En aquellos experimentos, si se implantaba la dermis de la pata —que normalmente induciría la producción de escamas— bajo la epidermis de una zona emplumada durante el desarrollo embrionario, la piel resultante genera unos apéndices muy similares a las escamas, en lugar de plumas, aunque conserva el patrón de distribución de las plumas. 

Fueron los estudios moleculares los que revelaron la participación de varios mecanismos bioquímicos genéticamente determinados y asociados con la formación de las plumas. Las perturbaciones de esos mecanismos empleando agentes químicos podían transformar plumas en escamas, o, aún más impresionante, lo contrario: escamas en plumas. A estos agentes químicos los denominaron ‘convertidores de plumas’. Llegaron a producirse palomas y pollos con las patas totalmente emplumadas, sin escamas.

Los mecanismos genéticos que permiten formar las plumas son anteriores a las plumas en sí, y de hecho, cocodrilos y caimanes los tienen. Sin embargo, los cocodrilos y caimanes conocidos presentan el cuerpo completamente cubierto de gruesas escamas, de distintos tipos. No existe, de momento, en la naturaleza, ninguno que presente plumas, aunque sus genes estén presentes. 

Plumas pollo

Conversión de escamas a plumas con distintas morfologías en patas de pollo (Wu et al., 2018)

El caimán emplumado

En el año 2018, un grupo de investigación liderado por el profesor Ping Wu, de la Universidad de California del Sur, investigó más a fondo las funciones genómicas y de transcripción que llevan a los mecanismos moleculares implicados en la conversión de escamas en plumas. Tal y como publicaron en la revista científica Molecular Biology and Evolution, identificaron cinco nuevos morforreguladores ‘convertidores de plumas’. 

Estos cinco factores –plantean los investigadores en su estudio– podrían ser relevantes en el proceso de formación de las plumas, y tras ellos podría esconderse el motivo por el cual los caimanes y cocodrilos, teniendo los genes necesarios para formar las plumas, no los desarrollan. La explicación planteada es que los caimanes no llegan a expresar esos factores.

Para poner a prueba la hipótesis, los investigadores probaron esos ‘convertidores de plumas’ en embriones de caimán. Al hacerlo, pudieron observar distintas morfologías en función del ‘convertidor’ empleado. En efecto, consiguieron embriones de caimán con plumas. 

Algunos resultados fueron catalogados como «intrigantes». En uno de los casos no solo se formaron las plumas, sino que se dispusieron en forma de crestas y bordes aserrados, en una superficie donde, normalmente, la piel es lisa. 

Plumas caimán

Fotos consecutivas del proceso de formación de pluma en el embrión de un caimán (Wu et al., 2018)

El espectro de escama a pluma

La conversión de escama a pluma en el estudio no fue, en absoluto, una diferenciación binaria. Los resultados distintos representaban varios de los aspectos que definen una pluma, pero no siempre todos; se observó un espectro entre la escama habitual y la más compleja de las plumas. 

Espectro que concuerda con el observado en el registro fósil: desde la escama reptiliana normal de los cocodrilos, pasando por filamentos denominados picnofibras de muchos pterosaurios y dinosaurios, a plumas queratinizadas pero no ramificadas, hasta las plumas complejas de los dinosaurios dromeosáuridos y aves.

La interacción entre la dermis y la epidermis es la que, inicialmente, produce el apéndice; además, para que suceda la formación de una estructura plumífera, ambas, la dermis como señalizadora y la epidermis como receptora, deben actuar de forma coordinada. Por ese motivo, en aquellos experimentos iniciales, cuando la dermis de la pata era implantada bajo la epidermis –que normalmente produciría plumas–, generaba escamas.

Pero además, la diferenciación de los tejidos no está sincronizada con la formación de los órganos, causando en algunos casos plumas intermedias, incompletas o inmaduras. La formación exitosa de las plumas requiere, por tanto, de la integración y la coordinación de estos cinco factores. 

Y cuando estos se sincronizan, cuando se dispone de la combinación integradora de los cinco morforreguladores, y están presentes los genes necesarios, el animal produce plumas completas, ya sea un ave o un caimán.

Referencias:

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

Wu, P. et al. 2018. Multiple Regulatory Modules Are Required for Scale-to-Feather Conversion. Molecular Biology and Evolution, 35(2), 417-430. DOI: 10.1093/molbev/msx295

También te puede interesar:
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.

Continúa leyendo