II. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN

UNA vez revisada de manera breve la historia evolutiva de las aves, empezaremos a conocer en detalle cómo se encuentran constituidas anatómicamente y de qué manera las particularidades que presentan les han servido para tomar ventajas en hábitat que otros grupos de animales no ocupan.

Reconocer un ave parecería no ser muy difícil para la mayoría de las personas; unos pocos caracteres fácilmente apreciables nos indican que un animal que camina en dos patas, está cubierto de plumas, posee un pico córneo y dos alas es un pájaro o algo similar. Sin embargo, ante organismos tan extraños como las avestruces del África, el kiwi de Nueva Zelanda o los pingñinos de la Antártida, que presentan muchas adaptaciones para un modo especial de vida, mucha gente tiende a confundirlas con reptiles o mamíferos. Las características externas de un ave son observables de manera inmediata. Sin embargo, como producto de muchos millones de años de evolución, las modificaciones que han sufrido en su anatomía interna las han llevado a una especialización en grado extremo. La mayoría de los caracteres anatómicos de un ave están en relación con su capacidad de volar, a pesar de que existen aves que no vuelan en la actualidad, como las anteriormente mencionadas; en realidad, estas características indican que las aves que no vuelan tuvieron antepasados que sí lo hacían.

LA IMPORTANCIA DE LOS HUESOS

El esqueleto en las aves es muy liviano, tanto que se ha calculado que pesa menos que todas sus plumas juntas, además es muy resistente. Estas propiedades (ligereza y resistencia) se deben a que los huesos son huecos y porosos, lo que se ha llamado huesos neumáticos. Esto les permite que, al ser en su mayor parte aire, sean muy ligeros y favorezcan la tarea de volar. Sin embargo, para evitar que se fracturen durante los esfuerzos que hacen las aves durante el vuelo, necesitan ser reforzados de alguna manera. Para solucionar este problema existen una serie de trabéculas, que son proyecciones diagonales de tejido óseo en el interior de los huesos, especialmente los más largos como el húmero, que funcionan de manera similar a los tirantes de un puente, de modo que hacen la estructura más resistente.

Además de los huesos porosos, el esqueleto de las aves modernas (Figura II.1) tiene características distintivas muy importantes. Resaltan en especial la pérdida de los dientes que han sido sustituidos por un pico que resta peso excesivo al ave, y la gran fusión de elementos óseos, que permiten una mayor rigidez aerodinámica. Las extremidades anteriores de las aves se han modificado de manera que los huesos que conforman el esqueleto de la mano en un reptil o un mamífero se han fusionado formando una estructura llamada carpo-metacarpo, en la cual se insertan las plumas del vuelo. De igual manera existe unión de los huesos de las extremidades inferiores (Figura II.1), de modo que podría decirse que las aves caminan "de puntitas". Esta reducción de los elementos óseos ha producido también que la cola se encuentre reducida a una estructura llamada pigostilo. La función de equilibrio que cumple la cola vertebral en otros grupos de vertebrados como los anfibios, los reptiles y los mamíferos se encuentra reemplazada por un conjunto de plumas largas que participan de manera importante en el vuelo como timón, en el desplazamiento terrestre, y en otras actividades como el cortejo, que se discutirán en capítulos subsecuentes. Otra fusión de huesos importante es la que se da entre los elementos de la cintura pélvica (la rabadilla) y en el cráneo, que resulta en estructuras de una sola pieza muy resistentes.

Uno de los elementos más importantes del sistema esquelético es la presencia de una carina o quilla, la cual es una cresta ósea que surge del esternón y cuya función es la de servir de inserción a los músculos pectorales, los cuales son los más importantes para el vuelo. En algunas aves que no vuelan, como las avestruces, el ñandú, el kiwi y los casuarios, al haber perdido la capacidad de volar han perdido también la quilla, por lo que su esternón es plano como el de los mamíferos.

APARATOS UROGENITAL Y DIGESTIVO

Figura II.1 El esqueleto de las aves modernas.

Además del esqueleto, otros órganos y sistemas presentan modificaciones relacionadas con la capacidad de volar. El aparato reproductor se encuentra reducido a tal grado que las hembras presentan sólo un ovario (el izquierdo) en vez de dos. Los machos presentan dos testículos, los cuales son funcionales únicamente en cierta parte del año. Las gónadas en ambos sexos aumentan de tamaño solamente durante la etapa de reproducción, llegando a incrementar su volumen y peso hasta diez veces (en ocasiones más). Esto se ha interpretado como una adaptación al vuelo, evitando un peso excesivo de las gónadas en las etapas no reproductivas.

Las aves son ovíparas, es decir, el desarrollo de los embriones se lleva a cabo en una estructura protegida fuera del cuerpo de la madre, la cual se llama huevo. Esto evita también que la madre tenga un peso excesivo durante la etapa reproductiva y pierda su capacidad de volar.

El aparato digestivo (Figura II.2) también presenta modificaciones importantes. Una de ellas es la presencia del buche, que es una bolsa derivada del esófago en la que algunas aves como las gallináceas, los loros y las palomas, almacenan alimento por algún tiempo antes de digerirlo. Los flamencos y las palomas presentan en el buche unas glándulas especiales que producen sustancias que, mezcladas con alimentos semidigeridos por los padres, son alimenticias para las crías. Por su consistencia y color se ha llamado a estas sustancias leche.

El estómago se encuentra constituido por dos secciones; la primera, llamada proventrículo, es donde se encuentran las glándulas que producen las enzimas que ayudan a descomponer los alimentos; la segunda se conoce como molleja y es una bolsa musculosa, que en algunas ocasiones puede estar llena de pequeñas piedras, cuya función es triturar el alimento, supliendo así la función de los dientes. Los intestinos desembocan en una abertura llamada cloaca, donde confluyen los aparatos digestivo y genito-urinario.

El aparato urinario está formado por un par de riñones bien desarrollados y los conductos excretores que desembocan en la cloaca. Las aves, en su mayoría, excretan ácido úrico, que es una sustancia pastosa de color blanco que sale mezclada con las heces fecales. Esto significa que no forman orina líquida (que es urea que sale del cuerpo disuelta en agua), por lo que no presentan vejiga urinaria, a excepción de las avestruces, lo que evita un exceso de peso (la vejiga llena) durante el vuelo.

Figura II.2 Esquema generalizado del aparato digestivo típico de un ave.

Los riñones son altamente eficientes para desechar sustancias no aprovechables. Las aves marinas, debido a su modo de vida, tienen que beber agua de mar, la cual está cargada de sales que los riñones no pueden eliminar. Para solucionar esto, las gaviotas, pelícanos y otras aves similares poseen unas glándulas especiales arriba de los ojos llamadas glándulas de sal, a través de las cuales se filtra el agua salada, eliminándose las sales en gotas muy concentradas a través del pico.

BUENA VISTA Y OÍDO PERO MAL OLFATO

El sistema nervioso de las aves es complejo, consta de un cerebro muy desarrollado, de gran tamaño, y órganos de los sentidos que actúan de manera diferente a otros grupos de vertebrados. El cerebro es mayor en proporción al de los reptiles de tamaño similar, y es capaz de realizar una serie de funciones complejas gracias al desarrollo de una sección llamada hiperestriato, que es la que coordina la inteligencia.

El sentido más desarrollado es el de la vista, lo cual se refleja en el tamaño tan grande de los globos oculares (Figura II.3), de estructura muy semejante a la de los mamíferos, que ocupan casi 15% del peso de la cabeza. Los ojos tienen además un anillo óseo que le da rigidez, y una estructura interna llamada pecten, que es un pliegue lleno de vasos sanguíneos que se localiza en la córnea y que ayuda a que tengan una visión a larga distancia sumamente nítida. Es obvio pensar en la importancia que tiene la vista en las aves puesto que dependen del reconocimiento visual para identificar a los miembros del otro sexo o a sus enemigos, así como para la localización de sus presas a grandes distancias, como en el caso de las aves rapaces. Curiosamente, se ha comprobado que el espectro de luz que las aves son capaces de ver es mayor que el de nosotros, pues alcanzan a percibir algunas longitudes ultravioleta.

El oído está también muy desarrollado, pues gran cantidad de especies dependen de señales auditivas, cantos y llamadas, para comunicarse entre sí, conseguir sus presas, defender sus territorios y atraer a la pareja. El oído está compuesto por un tímpano y el hueso del oído medio, llamado columela, que es similar al de los reptiles (Figura II.3). Algunas aves tienen un sentido del oído tan fino que les permite orientarse en la oscuridad mediante el eco al igual que los murciélagos, como es característico del guácharo de Sudamérica. Otras aves nocturnas como los búhos, pueden localizar sus presas de manera muy eficiente gracias a una asimetría en la disposición de los oídos, pues el de un lado está situado en un plano ligeramente arriba de el del otro lado, así el ave puede triangular sus oídos con la presa haciéndola más fácil de localizar.

Figura II.3 Anatomía interna del ojo (arriba) y del oído (abajo).

Por el contrario, el olfato está mal desarrollado, tanto que podríamos decir que la mayoría no percibe los olores. Se sabe que los zopilotes tienen un olfato relativamente desarrollado, que les permite localizar a los animales en descomposición a cierta distancia. Las aves pelágicas como los petreles, también pueden localizar a sus presas mediante el olfato. Sin embargo, los kiwis son las únicas de las que se sabe tienen un buen olfato, pues sus nostrilos (las aberturas nasales), se hallan localizados en la punta del pico, lo que les permite encontrar gusanos y larvas debajo de la tierra (Figura II.4).

Podemos deducir que el sentido del gusto está también poco desarrollado, aunque se piensa que pueden percibir algunos tipos de sabores al igual que los mamíferos. Esta deficiencia se hace notable si se sabe que algunas aves tienen no más de 70 papilas en la lengua, mientras que la lengua humana cuenta con alrededor de 10 000.

A diferencia de todos los otros vertebrados, las aves han desarrollado dos sentidos más. El primero es la percepción de los cambios de presión barométrica, que les permite detectar diferencias de presión muy sutiles. Se piensa que este sentido está localizado en el oído medio. Por otro lado, son capaces de detectar cambios en el magnetismo terrestre, lo cual es una ayuda invaluable como orientación para realizar las migraciones. Este sentido se encuentra localizado cerca de los nervios del olfato en forma de cristales de un mineral magnético, la magnetita, la cual reacciona con los cambios del campo magnético de la Tierra. Este interesante tema será retomado cuando se hable de la migración.

LA POTENCIA DEL CORAZÓN Y LOS PULMONES

El sistema circulatorio de las aves está compuesto por un corazón y un sistema complejo de venas y arterias. El principal avance evolutivo que presentan con respecto a sus parientes los reptiles (con excepción del cocodrilo) es que el corazón está formado por cuatro cavidades, dos aurículas y dos ventrículos, como en los mamíferos, lo cual evita la mezcla de la sangre venosa "sucia" que viene del cuerpo, con la oxigenada que ha sido purificada en los pulmones. Otra diferencia es que los glóbulos poseen un núcleo en comparación con los eritrocitos anucleados de los mamíferos.

Figura II.4 El kiwi de Nueva Zelanda, la única ave con los nostrilos en la punta del pico.

Como buenos vertebrados terrestres, las aves respiran por medio de pulmones. Este sistema de respiración aérea es el más efectivo que se conoce y su forma y funcionamiento son diferentes a los que conocemos en mamíferos y reptiles. En estos últimos, el pulmón es una bolsa que se infla y desinfla rítmicamente, existiendo un momento de inhalación para el intercambio gaseoso y otro de exhalación, que no se pueden llevar a cabo al mismo tiempo. En las aves los pulmones son estructuras semirrígidas, a partir de las cuales se proyectan varias bolsas delgadas en forma de globo llamadas sacos aéreos (Figura II.5). Estas estructuras tienen una función primordial en la respiración, pues se encargan de inflarse y desinflarse, ayudados por los músculos de la pared del cuerpo puesto que las aves no tienen diafragma, provocando una corriente continua de aire que pasa por los pulmones para un intercambio gaseoso constante. Estos sacos pueden variar en número de 7 a 14 dependiendo del ave, y muchas veces se extienden hasta ocupar las partes internas de los huesos. Además de su función en la respiración, los sacos aéreos sirven como mecanismo para desechar el calor excedente producido por los músculos del vuelo y el canto.

Figura II.5 Esquema del aparato respiratorio de un ave, mostrando los sacos aéreos y su localización.

EL CONTROL DEL CALOR CORPORAL

Las aves son, junto con los mamíferos, los únicos vertebrados homotermos (de sangre caliente) vivientes; se sabe que varios grupos de dinosaurios también lo eran. Su corazón late más rápido y es más grande y potente proporcionalmente que el de los mamíferos. Por ejemplo, se ha calculado que el corazón de un colibrí representa aproximadamente 30% del peso total del cuerpo.

Las aves funcionan como máquinas metabólicas de alta capacidad. Su temperatura corporal es alta (alrededor de 40°C), sus actividades de vuelo y alimentación generalmente producen mucho calor, el cual es eliminado generalmente durante la respiración. Pero cuando el ave habita en zonas de temperatura extremosa, fría o cálida, se demanda una cierta cantidad de energía para poder mantener su temperatura corporal.

En climas muy cálidos, las aves pierden calor cambiando de posición y exponiendo sus patas, axilas u otras partes desnudas de su cuerpo a la acción del viento. Por el contrario, si tienen mucho frío, esponjan su plumaje o tiritan y, en casos extremos, jadean.

Sin embargo, cuando el frío es muy extremo, algunas aves como los colibríes y los chotacabras entran en un estado llamado hipotermia, el cual consiste en el descenso de la temperatura corporal y la consiguiente reducción de la actividad metabólica. Si la hipotermia es profunda, se produce un estado llamado turpidez o torpor, en el cual el ave reduce su actividad al mínimo y entra en un estado de inactividad. Esta característica fue la que originó, seguramente, la leyenda de que los colibríes dormían clavados del pico en los árboles.

Las aves están perfectamente adaptadas para la vida en el aire y bajo rigurosos ambientes. En capítulos posteriores revisaremos con más detalle diferentes aspectos de la biología de las aves en los cuales entran en juego muchas de estas capacidades de sobrevivencia.