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Cómo levantamos el vuelo a partir de la evolución de las aves

17 de diciembre de 2020, 6:00AM / BY Erin Malsbury
Decenas de millones de años de evolución de las aves guiaron algunos de los elementos más importantes del vuelo con motor humano. ()
Decenas de millones de años de evolución de las aves guiaron algunos de los elementos más importantes del vuelo con motor humano. ()

El 17 de diciembre de 1903, los hermanos Wright consiguieron lo que los humanos habían soñado desde los primeros días de nuestra especie: volar por el aire. Durante milenios, los visionarios observaron a las aves alzar el vuelo y se preguntaron cómo podrían hacer lo mismo. Los apuntes y la inspiración del vuelo de las aves fueron fundamentales para que la gente lograra finalmente el objetivo, pero nuestra versión de volar -así como la forma en que llegamos a ella- contrasta notablemente con la de las aves.

Mientras que el vuelo humano surgió gracias a una intensa concentración en un objetivo singular, el vuelo en las aves evolucionó de forma incremental durante millones de años sin dirección. El camino hacia las aves modernas estuvo lleno de bifurcaciones, giros y callejones sin salida.

Convertirse en pájaros de una pluma

Los paleontólogos aún están resolviendo el rompecabezas de cómo surgió el vuelo, pero una de las hipótesis más aceptadas implica a pequeños dinosaurios bípedos que utilizaban movimientos de aleteo mientras corrían, similares a los alevines de las aves modernas.

«Durante mucho tiempo, la suposición era que el planeo era la primera etapa y el aleteo la segunda», dijo Matthew Carrano, conservador de Dinosauria en el Museo Nacional de Historia Natural del Smithsonian. «Ahora parece claro que el origen del vuelo en las aves puede no haber comenzado con el planeo, sino con muchos aleteos y batidos».

Carrano citó el trabajo de Kenneth Dial en el Laboratorio de Vuelo de la Universidad de Montana. Él estudia la forma en que las aves jóvenes utilizan las alas para correr hacia los árboles. «Se puede imaginar una situación así, en la que algún comportamiento que no es realmente vuelo se convierte en vuelo», dijo Carrano.

Los paleontólogos estiman que los parientes de las aves volaron por primera vez entre mediados y finales del período Jurásico, hace unos 160 millones de años. Estos aviadores eran protopájaros como el Archaeopteryx, a caballo entre los dinosaurios y las aves.

Un pequeño esqueleto de dinosaurio en yeso.
El Archaeopteryx desdibujó la línea entre los dinosaurios y las aves y fue una de las primeras especies de protopájaros conocidas en volar. Este es el molde del Smithsonian del espécimen de Archaeopteryx que fue descubierto en Alemania en 1875. El espécimen original se expone ahora en el Museum für Naturkunde. (Smithsonian)

«Las piezas anatómicas del vuelo aparecen todas antes de que el animal pudiera volar», dijo Carrano. Las plumas, por ejemplo, existieron durante decenas de millones de años antes de volar. Los antepasados de las aves modernas también habían desarrollado ya grandes pulmones, fuertes músculos en los brazos y estaturas pequeñas y ligeras.

Por último, tras otros 60 millones de años de cambios y extinciones graduales, los experimentos evolutivos produjeron los maestros del aire que vemos hoy en día, desde colibríes acrobáticos hasta albatros voladores. A través de la inspiración y la cuidadosa observación de estas maravillas, los seres humanos han utilizado el vuelo de las aves para avanzar en el objetivo de surcar los cielos a nuestra propia manera.

Se trata de volar

A lo largo de la historia, los seres humanos han soñado e intentado volar simulando el batir de las alas de las aves. En la mitología griega, unas alas hechas de cera y plumas llevan a Ícaro por el cielo y, finalmente, demasiado cerca del sol. En 1505, Leonardo da Vinci escribió un códice sobre el vuelo de los pájaros y diseñó -pero nunca construyó- un dispositivo de aleteo para volar llamado ornitóptero.

«El escollo para la inspiración del vuelo natural en el vuelo humano fue emular la forma en que las aves vuelan con el batir de las alas», dijo Peter Jakab, conservador jefe del Museo Nacional del Aire y del Espacio del Smithsonian.

Sin el peso, y la forma o la potencia adecuados para generar sustentación, los dispositivos de aleteo estaban condenados al fracaso. En este caso, observar a los pájaros podría en realidad haber estancado el progreso.

«Lo que hacen los pájaros es tan sofisticado, que retroceder en la ingeniería de hace 150 o 100 años es bastante desalentador», dijo Carrano. El vuelo de las aves no es el camino más sencillo o eficiente para surcar los cielos. «Se está persiguiendo lo que hizo la evolución, pero la evolución no intentaba volar».

No todo fue un falso comienzo, sin embargo. Ver a las aves planear inspiró a los inventores a construir planeadores con alas fijas que tienen una forma curva para crear sustentación. El ingeniero Otto Lilienthal fue pionero en los primeros intentos reales de volar estudiando intensamente a las aves, llegando a publicar un libro en 1889 titulado «El vuelo de las aves como base de la aviación».

Una muestra de dinosaurios voladores en un museo.
Científicos y visionarios han estudiado e intentado modelar la mecánica de las alas de las aves durante siglos. Los entusiastas de los museos pueden ver esta muestra sobre la evolución del vuelo en los dinosaurios en una visita virtual a la «Sala de Fósiles David H. Koch – Tiempo Profundo» del Museo Nacional de Historia Natural. (Smithsonian)

Por fin libre como un pájaro

Las personas utilizaban a las aves planeadoras como primeras guías para crear formas de sustentación y aerodinámica, pero antes de los hermanos Wright, nadie había averiguado cómo controlar eficazmente el movimiento en aviones más grandes. Lilienthal dirigía sus planeadores desplazando el peso de su cuerpo hacia delante y hacia atrás -algo similar a lo que ocurre con los modernos alas delta-, pero el método dependía del tamaño y el peso de la aeronave.

Wilbur Wright escribió a la Smithsonian Institution en 1899 para solicitar informes sobre los conocimientos actuales en torno al vuelo. En su carta, decía que quería «añadir su granito de arena para ayudar al futuro trabajador que alcanzará el éxito final». En cinco años, se convirtió en ese futuro trabajador, cuando él y su hermano Orville diseñaron y volaron el primer avión con éxito.

Una de sus claves para remontar el vuelo de forma segura -y para dirigirlo- fue un concepto llamado wing-warping, que se refleja en el vuelo de las aves. Cambiando el ángulo de las alas hacia el viento en un lado, los hermanos Wright se dieron cuenta de que se podía aumentar la sustentación en un lado, haciendo que se elevara y girara el avión. Confirmaron esta idea observando a los buitres planear en círculos.

«Aprender el secreto del vuelo de un pájaro fue algo parecido a aprender el secreto de la magia de un mago», comentó Orville en una ocasión. «Una vez que se conoce el truco y se sabe lo que hay que buscar, se ven cosas que no se notan cuando no se sabe exactamente lo que hay que buscar».

Los aviones modernos siguen utilizando el concepto de sustentación diferencial -realizado por primera vez mediante el alabeo- para equilibrarse y girar en el aire.

Exhibición en un museo de un avión antiguo.
El primer avión de los hermanos Wright se equilibraba y giraba deformando las alas en direcciones opuestas para alterar la cantidad de sustentación generada por cada lado. (Smithsonian)

Una vista aérea

Para las aves, el éxito del vuelo supuso una nueva explosión de posibilidades evolutivas. «El vuelo puede poner a disposición todo tipo de recursos, como lugares de anidación más seguros y acceso a la comida», dijo Helen James, conservadora de aves en el Museo Nacional de Historia Natural del Smithsonian. «Abre más el mundo»

La capacidad de volar ha hecho algo similar para los humanos, cambiando la sensación del mundo y nuestras percepciones de nuestra especie.

«Lo que se consideraba una gran distancia antes del avión era mucho más pequeño que lo que consideramos una gran distancia ahora», dijo Jakab. «Y en los aviones no se ven fronteras ni divisiones creadas por el ser humano», dijo. «Eso tuvo un poderoso impacto psicológico».

Así como el vuelo de las aves cambió la historia evolutiva en la Tierra, es probable que la invención del vuelo con motor humano siga siendo uno de los momentos más transformadores de la historia de la humanidad. El primer avión a motor de los hermanos Wright se encuentra actualmente en el Museo Nacional del Aire y del Espacio del Smithsonian. Jakab lo califica de objeto seminal, como la primera rueda. «Puedes mirarlo y argumentar que de este único objeto emanaron muchos aspectos del mundo moderno».

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Erin Malsbury

Erin Malsbury es pasante en la Oficina de Comunicaciones y Asuntos Públicos del Museo Nacional de Historia Natural del Smithsonian. Sus escritos han aparecido en Science, Eos, Mongabay y Mercury News, entre otros. Erin se graduó recientemente en la Universidad de California, Santa Cruz, con un máster en comunicación científica. También es licenciada en ecología y antropología por la Universidad de Georgia. Puedes encontrarla en erinmalsbury.com. Más de este autor » | Sigue a @ErinMalsbury

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Aves, Tiempo profundo, Evolución, Paleontología de Vertebrados