Los seres humanos han estado fascinados durante mucho tiempo por el canto de los pájaros y la cacofonía de otros sonidos aviares, desde arrullos y bocinazos hasta graznidos y píos. Pero se sabe poco sobre cómo el órgano vocal único de las aves, la siringe, varía de una especie a otra o sobre sus orígenes evolutivos más profundos.
Un trío de estudios recientes dirigidos por investigadores de la Universidad de Texas en Austin está cambiando eso.
Los estudios incluyen escaneos anatómicos de alta resolución de siringes de colibríes y avestruces (las especies de aves más pequeñas y más grandes del mundo) y el descubrimiento de que la siringe y la laringe, el órgano vocal de reptiles y mamíferos, incluidos los humanos, comparten la misma programación de desarrollo. /P>
Según Julia Clarke, profesora de la Escuela de Geociencias Jackson de UT, esta conexión genética entre los órganos vocales es un nuevo y emocionante ejemplo de "homología profunda", un término que describe cómo diferentes tejidos u órganos pueden compartir un vínculo genético común. P>
"Para mí, esto es tan importante como la transición de las aletas a las extremidades", dijo Clarke, quien codirigió o fue coautor de los estudios. "En cierto modo, es incluso mayor porque la siringe no es un órgano modificado con una función nueva, sino uno completamente nuevo con una función antigua y común".
Los tres estudios se basan en una investigación colaborativa e interdisciplinaria sobre la siringe con fisiólogos y biólogos del desarrollo que Clarke ha estado liderando durante más de una década.
La investigación comenzó en 2013 cuando Clarke, un paleontólogo, descubrió una siringe en un fósil de un ave parecida a un pato que vivió en lo que hoy es la Antártida durante el Cretácico Superior. El espécimen es la siringe más antigua descubierta. Pero cuando intentó comparar la siringe fósil con las siringes de las aves modernas, descubrió que faltaba literatura científica. Muchos de los estudios se remontan al siglo XIX, antes de la llegada de las imágenes científicas modernas, o citaron afirmaciones de estudios más antiguos realizados sin verificarlas dos veces.
Esto puso a Clarke en la misión de modernizar y maximizar la recopilación de datos de Syrinx.
"Teníamos esta nueva estructura tridimensional, pero no teníamos nada con qué compararla", dijo Clarke, describiendo los datos de imágenes por tomografía computarizada de la siringe fósil. "Así que comenzamos a generar datos que antes no existían sobre la estructura de la siringe en muchos grupos diferentes de aves".
A lo largo de los años, Clarke y los miembros de su laboratorio han desarrollado nuevos métodos para diseccionar, preservar y escanear por tomografía computarizada las siringes que han ayudado a revelar la siringe con más detalle. Estas vistas mejoradas del órgano vocal del avestruz y el colibrí han demostrado que el comportamiento de las aves puede ser tan importante como el de la siringe en lo que respecta al repertorio de sonidos que producen estas aves.
Por ejemplo, en el estudio de la siringe de avestruz, en el Journal of Anatomy , los investigadores no encontraron diferencias significativas en la anatomía de la siringe entre machos y hembras adultos (estudios anteriores se centraron solo en avestruces machos). Sin embargo, aunque ambos sexos tienen el mismo equipo vocal, los avestruces machos tendían a emitir una variedad más amplia de sonidos que las hembras. avestruces, con sonidos que a menudo se asocian con comportamientos agresivos entre machos alborotadores.
En una visita a una granja de avestruces de Texas, los investigadores registraron 11 tipos de llamadas, que iban desde píos y gorgoteos de alta frecuencia en avestruces bebés hasta abucheos y estallidos de baja frecuencia en machos adultos. Estos incluían algunos tipos de llamadas que nunca antes se habían registrado. Los únicos sonidos definitivamente registrados de hembras de avestruces adultas fueron los silbidos. Lo que a las hembras les faltaba en variedad, lo compensaban con actitud, dijo Michael Chiappone, quien se involucró en la investigación del avestruz cuando era estudiante universitario en la Escuela Jackson y es el autor principal del estudio.
"Eran unos silbadores bastante prolíficos", dijo Chiappone, que ahora es estudiante de doctorado en la Universidad de Minnesota.
Para el estudio sobre colibríes en el Zoological Journal of the Linnean Society , los investigadores compararon la siringe del colibrí con la siringe de los vencejos y los chotacabras, dos parientes cercanos, y descubrieron que las tres aves tienen cuerdas vocales similares en su siringe a pesar de tener diferentes formas de aprender sus llamadas. Los vencejos y los chotacabras trabajan con un repertorio limitado de llamadas instintivas, mientras que los colibríes pueden elaborar llamadas aprendiendo canciones complejas entre sí, una característica llamada aprendizaje vocal.
Según Lucas Legendre, investigador asociado de la Escuela Jackson que dirigió la investigación sobre los colibríes, los hallazgos sugieren que el ancestro común de las tres aves también tenía una estructura de cuerdas vocales similar, y que puede haber ayudado a sentar las bases para la evolución del aprendizaje vocal. en colibríes.
"Tener todas las estructuras [de las cuerdas vocales] ya presentes antes de que los colibríes adquirieran el aprendizaje vocal probablemente les facilitó la adquisición del aprendizaje de la producción vocal", dijo.
Antes del estudio, no estaba claro si los vencejos tenían cuerdas vocales. Como parte de la investigación, Legendre creó un modelo digital 3D de la rápida pista vocal que lleva a los espectadores por la tráquea hasta la siringe y las cuerdas vocales que descansan cerca de la parte superior de cada rama de la siringe. El modelo, denominado "viaje mágico y misterioso" por Clarke, muestra los avances en el conocimiento anatómico de la siringe que su laboratorio está liderando.
"Esta es una estructura que no se sabía que existiera fuera de los colibríes, pero nuestras tomografías computarizadas revelaron que los vencejos tienen estas cuerdas vocales en la misma posición", dijo Clarke. "Éste es el tipo de viaje que necesitábamos hacer para obtener estas respuestas".
Al mismo tiempo, Clarke y su equipo estaban desarrollando métodos para preservar y capturar la anatomía de la siringe en todas las especies de aves y colaboraban con Clifford Tabin, biólogo del desarrollo de la Universidad de Harvard, en la investigación de los orígenes evolutivos de la siringe mediante el seguimiento de la expresión genética que acompañó el desarrollo de los órganos vocales en los embriones de aves, mamíferos y reptiles.
La investigación publicada en Current Biology es la culminación de esa colaboración. El estudio detalla cómo los científicos descubrieron la profunda conexión entre los tejidos de la laringe y la siringe al observar que los mismos genes controlaban el desarrollo de los órganos vocales en embriones de ratones y pollo, respectivamente, a pesar de que los órganos surgieron de diferentes capas embriológicas. P>
"Se forman bajo la influencia de las mismas vías genéticas, lo que en última instancia le da al tejido vocal una estructura celular y propiedades vibratorias similares en aves y mamíferos", dijo Tabin, codirector del estudio.
El estudio también analizó el desarrollo de la siringe en especies de aves (lo que implicó observar la expresión genética en embriones de 14 especies diferentes, desde pingüinos hasta periquitos) y encontró que el ancestro común de las aves modernas probablemente tenía una siringe con dos fuentes de sonido, o dos vocales que funcionaban de forma independiente. pliegues. Este rasgo se encuentra hoy en los pájaros cantores, lo que les permite a muchos crear dos sonidos distintos al mismo tiempo. La investigación sugiere que el ancestro común de las aves puede haber estado realizando llamadas igualmente diversas.
Estos resultados pueden arrojar luz sobre los orígenes de la siringe, pero aún se desconoce cuándo se desarrolló por primera vez y si los dinosaurios no aviares (los ancestros de las aves actuales) tenían el órgano vocal, dijo Clarke. Nadie ha encontrado todavía una siringe fósil de un dinosaurio no aviar.
Según Clarke, la mejor manera de comprender las posibilidades de los sonidos de los dinosaurios antiguos es continuar estudiando la vocalización tal como existe hoy en las aves, los dinosaurios que todavía están con nosotros y otros primos reptiles.
"No podemos empezar a hablar de la producción de sonido en los dinosaurios hasta que comprendamos realmente el sistema en las especies vivas", afirmó.
Chad Eliason, científico investigador principal del Museo Field de Historia Natural y ex becario postdoctoral en la Escuela Jackson, también fue un importante contribuyente a estos proyectos de siringe y otros.
Más información: Michael Chiappone et al, Morfología de la siringe de avestruz (Struthio camelus) y repertorio vocal a través de la ontogenia posnatal y el sexo:implicaciones para comprender la evolución vocal en las aves, Journal of Anatomy (2023). DOI:10.1111/joa.13992
Lucas J Legendre et al, Evolución de la siringe de Apodiformes, incluidos los Trochilidae de aprendizaje vocal (Aves:Strisores), Zoological Journal of the Linnean Society (2024). DOI:10.1093/zoolinnean/zlae001
Charlie Longtine et al, Homología y evolución de las cuerdas vocales en la nueva laringe aviar, Current Biology (2024). DOI:10.1016/j.cub.2023.12.013
Información de la revista: Revista Zoológica de la Sociedad Linneana , Biología actual
Proporcionado por la Universidad de Texas en Austin
