Los dinosaurios y el origen del biosonar aéreo
Antonio Guillén Servent
Red de Biología y Conservación de Vertebrados
Resumen;
Los primeros mamíferos evolucionaron en un mundo dominado por los dinosaurios durante el día, viéndose abocados a una existencia nocturna. La necesidad de orientación en ausencia de luz impulsó adaptaciones auditivas que mejoraron la localización de las fuentes de sonido, las cuales a su vez prepararon el terreno para la evolución del sofisticado sistema de ecolocación de los murciélagos.
Palabras clave: biosonar, ecolocación, evolución, quirópteros
Figura 1. Los murciélagos insectívoros son capaces de orientarse en su vuelo y detectar y capturar insectos diminutos en total obscuridad (Autor: Antonio Guillén).
Los sistemas sensoriales (visión, audición, quimiorecepción, etc.) son cruciales para la vida animal. Mediante ellos los animales localizamos e identificamos recursos, nos orientamos en el movimiento, detectamos depredadores, identificamos conespecíficos y nos comunicamos. Son fundamentales para la supervivencia y la reproducción, y han evolucionado durante cientos de millones de años en una impresionante diversidad paralela a la diversificación ecológica de los animales. El nicho ecológico que ocupa una especie está ineludiblemente ligado a su equipamiento sensorial, ya que mediante los sentidos el animal obtiene información sobre las condiciones ambientales y bióticas relevantes para orientar su comportamiento.
Muchos animales requieren de la localización de recursos que se encuentran distribuidos de forma dispersa en el hábitat, lo cual requiere de buena capacidad de movimiento y una representación espacial del entorno lo suficientemente precisa. La necesidad de localización precisa y movimiento rápido se incrementa en animales depredadores que buscan presas que pueden desarrollar comportamientos de ocultamiento, huida y defensa, mayormente si esto ocurre en un espacio tridimensional. Los vertebrados terrestres diurnos utilizan principalmente la visión para obtener información sobre la estructura espacial del medio y la localización de otros organismos.
Otros vertebrados deben obtener esa información en ausencia de luz. Los primeros mamíferos evolucionaron a finales del periodo Triásico, hace unos 225 millones de años, cuando los dinosaurios dominaban los ecosistemas terrestres durante el día, lo cual abocó a los primeros a una existencia nocturna. La vida nocturna y un hábito insectívoro impulsó la adaptación del oído de los mamíferos hacia mayor sensibilidad y hacia la percepción de sonidos de frecuencias altas, que ofrecen mayor direccionalidad (para localizar la fuente del sonido, probablemente presas en forma de artrópodos ambulantes o aleteando), mediante el desarrollo del pabellón externo (la oreja) y la cadena de huesecillos del oído medio. Cuando evolucionaron los primeros murciélagos hace unos 75 millones de años, los dinosaurios emplumados que hoy conocemos como Aves ya estaban bastante diversificados, y probablemente ocupaban todos los nichos y recursos diurnos a los que se pudieran adaptar unos pequeños mamíferos insectívoros arborícolas que empezaban a desarrollar la capacidad del vuelo, además de que las aves rapaces representaban una formidable amenaza de depredación durante el día. Los primeros murciélagos continuaron con la existencia nocturna de sus ancestros ambulantes, y la selección natural perfeccionó la capacidad de emitir y percibir sonidos de alta frecuencia, adaptándola para analizar ecos de pulsos de sonido emitidos por el mamífero y reflejados por los objetos del medio. Con ello evolucionó el sistema sensorial conocido como biosonar o ecolocación, que solucionó el problema de orientación y localización de objetos en ausencia de luz.
El biosonar alcanza la mayor capacidad en los murciélagos insectívoros, que deben detectar, localizar e identificar presas de muy pequeño tamaño. Esta proeza de la ecolocación se preparó desde la primera adaptación de los mamíferos a percibir sonidos de alta frecuencia. El sonido se refleja intensamente tan sólo en objetos de dimensiones cercanas a su longitud de onda, ya que ondas más largas rodearían el objeto sin impactarlo. La longitud de onda corresponde al espacio que recorre el sonido en un segundo (344 m en el aire) dividido por el número de ondas en un segundo (la frecuencia, en ciclos por segundo o hercios, Hz; ej. sonido 1000 Hz: L.Onda = 344 m/1000 = 0.344 m = 34.4 cm; sonido 20,000 Hz: L.Onda = 344 m/20000 = 1.72 cm). Un sonido producirá ecos en objetos tanto más pequeños cuanto más alta sea su frecuencia. Esa es la primera razón para que los murciélagos utilicen en general sonidos de frecuencia más alta que el rango de audición humana, por ello llamados “ultrasonidos”, en la detección de sus presas y resolución de texturas del medio (los murciélagos actuales emiten ultrasonidos de hasta 212 kilohercios, pero 20-60 kHz es el rango más común).
Figura slider. Los murciélagos insectívoros emiten continuamente pulsos de ecolocación durante su vuelo. Los que son emisores vocales, como este murciélago mastín, mantienen la boca abierta para la emisión de los sonidos. (Autor: Antonio Guillén).
Otra dificultad inherente a la necesidad de detectar objetos de muy pequeño tamaño en el medio aéreo es que la dispersión radial del sonido (la energía del sonido emergente se distribuye en la superficie de la esfera creciente del frente de onda, reduciéndose en cada punto de forma proporcional al cuadrado del radio de la esfera) y la atenuación atmosférica (pérdida de energía causada por el trabajo de mover las moléculas del aire) conspiran con el pequeño tamaño del objetivo (a menor superficie ecoica, eco menos intenso), para que la energía del sonido decaiga fuertemente con la distancia, de forma que la intensidad del eco que llega al oído del murciélago puede ser una billonésima parte de la del sonido emitido. Para conseguir percibir ecos de objetos pequeños a una distancia útil, el murciélago necesita emitir pulsos muy intensos, y contar con un receptor auditivo muy sensible a los muy débiles ecos entrantes. Un receptor tan sensible necesita un fondo silencioso contra el que detectar el eco, y la reverberación del intenso sonido emergente introduciría un nivel alto de ruido, además de que podría dañar el receptor (en este caso, el oído). Pero en efecto, los murciélagos insectívoros emiten pulsos muy intensos, de unos 130 decibelios, equivalente al del ruido de un martillo neumático y en el umbral del dolor para los humanos si pudiéramos escuchar esas altas frecuencias. Dado que los pulsos de ecolocación se emiten de forma intermitente, dejando un intervalo de tiempo entre ellos durante el cual se reciben los ecos, los murciélagos consiguen no saturar el oído desconectando la transmisión de las vibraciones desde el tímpano al oído interno, y volviéndose temporalmente sordos cuando emiten el pulso saliente. Esta desconexión es posible debido a la cadena de huesecillos del oído medio que evolucionó en los primeros mamíferos como adaptación a una mayor sensibilidad auditiva. El microscópico músculo estapedio se ancla al último huesecillo de la cadena, el estribo, que transmite las vibraciones a la ventana oval, la membrana entre el oído medio y el interno. El músculo se contrae en sincronía con la emisión del pulso de ecolocación, separando el huesecillo de la membrana, e interrumpiendo la transmisión de las intensas vibraciones al delicado oído interno. Inmediatamente tras la emisión del pulso, el músculo se relaja y el estribo se apoya sobre la ventana oval, reestableciendo el alto nivel de sensibilidad auditiva que permite percibir y analizar los leves ecos.
Los dinosaurios, al forzar a los primeros mamíferos a una existencia nocturna, facilitaron la adaptación de su sistema auditivo hacia la percepción de sonidos más débiles y de mayor frecuencia, lo cual preparó el camino para la evolución del sofisticado biosonar de los murciélagos actuales.
“La opinión es responsabilidad de los autores y no representa una postura institucional”