La evolución de la endotermia (termorregulación por medios metabólicos) representa una transición importante en la historia de los vertebrados. Sin embargo, el proceso de evolución de la endotermia y su cronología en aves y mamíferos sigue siendo controvertido. En un nuevo informe sobre Avances de la ciencia , Enrico L. Rezende y un equipo de investigadores del Centro de Ecología Aplicada y Sostenibilidad, y el Instituto de Ciencias Ambientales y Evolutivas de Chile, combinó un modelo de transferencia de calor con datos de tamaño corporal de terópodos. Luego, los investigadores reconstruyeron la evolución de las tasas metabólicas a lo largo del linaje del tallo de las aves. Los resultados sugirieron que una reducción en el tamaño constituía el camino de menor resistencia para que evolucionara la endotermia, maximizando la expansión del nicho térmico, mientras se reducen los costos de los elevados requisitos de energía.

Como resultado, los investigadores plantean la hipótesis de que el metabolismo habría aumentado con la miniaturización durante el período Jurásico Temprano-Medio (hace aproximadamente 180 a 170 millones de años) para dar como resultado un gradiente de niveles metabólicos en la filogenia de terópodos. Si bien los terópodos basales pueden haber exhibido tasas de metabolismo más bajas, los linajes no aviarios más recientes eran probablemente termorreguladores decentes con un metabolismo mejorado. El análisis proporcionó una secuencia tentativa en el tiempo de las transiciones evolutivas clave, para la aparición de pequeños, dinosaurios endotérmicos y con plumas voladoras.

La evolución de la endotermia en aves y mamíferos es una transición importante durante la evolución de los vertebrados proporcionando un ejemplo extraordinario de convergencia evolutiva entre grupos. fundamental para su amplia distribución geográfica y éxito ecológico. Aunque varios grupos de invertebrados y vertebrados pueden elevar sus temperaturas por encima de la ambiente, la capacidad de mantener una temperatura corporal alta y constante mediante la producción de calor endógeno en reposo es exclusiva de las aves y los mamíferos. La observación explicó su mayor movilidad, resistencia y tolerancia en una variedad de condiciones. Sin embargo, esta estrategia es energéticamente costosa y no tiene rastro virtual en el registro fósil, por lo tanto, el ritmo y el modo de la endotermia sigue siendo controvertido durante la evolución de los vertebrados.

Para comprender el origen y la razón de la endotermia durante la evolución de las aves y los mamíferos, los científicos consideraron dos cuestiones fundamentales. ¿Cuáles son los costos y beneficios de esta estrategia en comparación con la ectotermia? ¿Y qué condiciones favorecieron una transición hacia la endotermia? Rezende y col. abordó las preguntas utilizando el modelo de transferencia de calor de Scholander-Irving, utilizado para estudiar la termorregulación en endotermos durante más de 60 años. La relación rara vez se usó para ectotermos, pero como todos los organismos vivos producen calor endógeno, el modelo siguió siendo aplicable en régimen térmico estable. Hicieron esta suposición crucial para evitar el uso de modelos dinámicos complejos que a menudo se aplican a la ectotermia, lo que podría dificultar los análisis actuales.

Cuantificaron los costos de la endotermia como gasto de energía independiente de la masa, donde los beneficios incluyeron una mayor movilidad y eficiencia de alimentación, evitación de depredadores, tolerancia y colonización de una amplia gama de condiciones ambientales, con mayores tasas de crecimiento y homeostasis. Rezende y col. cuantificó el nicho térmico que podrían ocupar los organismos y su expansión para estimar el beneficio neto de la endotermia. Luego calcularon el costo-beneficio de adoptar un estilo de vida endotérmico con referencia al ancestro ectotérmico y al descendiente endotérmico. Como lo propuso originalmente el biólogo evolutivo Bran K. McNab, cuando los científicos replicaron estos cálculos con estimaciones exactas del tamaño corporal, Los resultados mostraron que los tamaños más pequeños redujeron los costos de energía para evolucionar hacia la endotermia.

El equipo exploró cómo este modelo de transferencia de calor se combinó con filogenias y reconstrucciones del tamaño corporal, arrojar luz sobre la evolución de la endotermia en las aves y sus antepasados ​​terópodos. Rezende y col. estimó los costos de la evolución de la endotermia a lo largo del linaje del tallo de las aves utilizando tamaños corporales ancestrales reconstruidos, basado en el registro fósil. Para cuantificar los costos de energía dentro de escenarios alternativos, simularon la evolución del tamaño corporal a lo largo del linaje y obtuvieron la distribución del costo por título en el modelo. Asumieron un modelo de Ornstein-Uhlenbeck (OU) no dirigido entre una masa de 10 gy 100, 000 kg con una tasa de evolución media equivalente a las reportadas para los terópodos. Las simulaciones indicaron una marcada disminución en los costos de energía por grado con la miniaturización. Los científicos explicaron la reducción de costos utilizando dos fenómenos.

Primero, la expansión del nicho térmico basada en un aumento de la tasa metabólica (IM) fue desproporcionadamente mayor en los ectotermos más grandes debido a su capacidad para mantener una temperatura corporal alta (T _B ). Esto se acompañó de una tasa metabólica independiente de masa relativamente baja, debido a la homeotermia inicial (termorregulación estable). Respectivamente, notaron que mayor era el tamaño inicial del ancestro ectotérmico, más barata la transición a la endotermia. Segundo, durante la miniaturización, los animales intercambiaron los costos energéticos de ser grandes por ser endotérmicos. Los resultados explicaron cómo evolucionaron las altas tasas de rotación de energía, independientemente de su impacto en las necesidades de alimentos y agua. A pesar de la variación inherente en la disponibilidad de recursos en el tiempo evolutivo, en este linaje se favorecieron sistemáticamente tamaños más pequeños y tasas de rotación de energía más altas. Los resultados del trabajo coincidieron cualitativamente con otros modelos sobre la evolución de la endotermia.

La reducción de tamaño en el linaje del tallo de las aves, coincidió estrechamente con el camino teórico de menor resistencia para que la endotermia evolucionara, luego Rezende et al. reconstruyó cómo podría haberse desarrollado el fenómeno en la filogenia de los terápodos. El proceso indicó el aumento de MR (tasa metabólica) que abarca la mayor parte del Jurásico Temprano-Medio (hace aproximadamente 180 a 170 millones de años), involucrando grupos de terápodos donde la ocurrencia de protoplumas y plumas ya era omnipresente. También sugirieron tasas metabólicas muy diversas en los linajes concurrentes de Coelurosauria, Maniraptora y Paraves, lo que podría explicar el surgimiento y diversificación de estos grupos durante el período Jurásico tardío. El trabajo también podría explicar la diversidad anormalmente alta de Coelurosauria en tamaños corporales intermedios (30 a 300 kg) en comparación con otros grupos de dinosaurios. El equipo de investigación demostró además un modelo completo de radiación adaptativa en dinosaurios mesozoicos con tasas excepcionales de reducción del tamaño corporal en el linaje del tallo de las aves (es decir, dentro de los nodos basales de Coelurosauria y Paraves), sin embargo, no propusieron una hipótesis evolutiva adecuada para explicar el resultado.

De este modo, Enrico L. Rezende y sus colegas observaron dos fenómenos excepcionales durante la evolución de las aves; (1) una miniaturización sostenida (pero no necesariamente gradual) que abarca millones de años y (2) la aparición de la endotermia. Utilizaron reconstrucciones para sugerir la evolución concomitante de la endotermia con una disminución en el tamaño a lo largo del linaje del tallo de las aves. como también se propuso previamente para los mamíferos. Los correspondientes clados de terápodos exhibieron un espectro completo de MR. Las interpretaciones indican que la endotermia precedió a la evolución del vuelo y la marcada reducción del tamaño corporal durante la evolución del linaje del tallo de las aves estuvo acompañada de un cambio importante en los niveles metabólicos.

El escenario propuesto explicaba por qué los terópodos favorecían sistemáticamente un estilo de vida caro (mayor tasa de rotación de energía) a pesar de sus costos energéticos. y miniaturización sostenida que precede al origen de las aves. Es más, un estado de homeotermia inercial constituía un estado de transición necesario con bajos costos metabólicos. Si los grandes terópodos ancestrales estuvieran fisiológicamente comprometidos con la homeotermia, Rezende y col. luego espere que se hayan apartado de la alometría metabólica ectotérmica (relación entre el tamaño del cuerpo y la forma, anatomía, fisiología y comportamiento) con miniaturización. Durante el tiempo evolutivo, es razonable esperar que los linajes exploten nichos recién abiertos y eventualmente se diversifiquen. Los resultados de este trabajo son preliminares; simplemente destacan que es probable que haya más en la evolución de la endotermia en los arcosaurios, dinosaurios y aves actuales. Los resultados forman una hipótesis de trabajo que se puede combinar en estudios futuros con análisis previos sobre la evolución del tamaño y otras características en el linaje del tallo de las aves para formar interpretaciones bien definidas de secuencias temporales durante las transiciones evolutivas clave.

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