Descendientes vivos de los dinosaurios

En un bosque de pinos del noreste rural de China, una escarpada ladera de pizarra está repleta de restos de criaturas extintas de hace 125 millones de años, cuando esta parte de la provincia de Liaoning estaba cubierta de lagos de agua dulce. Las erupciones volcánicas convulsionaban regularmente la zona en aquella época, sepultando en cenizas a incontables millones de reptiles, peces, caracoles e insectos. Paso con cautela entre la miríada de fósiles, recojo una placa de pizarra no mucho más grande que mi mano y golpeo su borde con un martillo de roca. Una costura parte por la mitad un pez de color rojizo, produciendo impresiones especulares de delicadas aletas y huesos tan finos como cabellos humanos.

Uno de los paleontólogos estrella de China, Zhou Zhonghe, sonríe. «Un lugar increíble, ¿verdad?», dice.

Fue en 1995 cuando Zhou y sus colegas anunciaron el descubrimiento de un fósil de esta zona de desastre prehistórico que anunció una nueva era de la paleontología. El fósil era un pájaro primitivo del tamaño de un cuervo que podría haber sido asfixiado por los gases volcánicos mientras volaba sobre los lagos hace millones de años. Llamaron a la nueva especie Confuciusornis, en honor al filósofo chino.

Hasta entonces, sólo se había desenterrado un puñado de fósiles de aves prehistóricas en todo el mundo. Esto se debe en parte a que las aves, entonces como ahora, eran mucho menos comunes que los peces y los invertebrados, y en parte a que las aves evadían más fácilmente los desprendimientos de lodo, los pozos de alquitrán, las erupciones volcánicas y otros fenómenos geológicos que capturaban a los animales y conservaban sus rastros para la posteridad. Los científicos sólo han localizado diez esqueletos fósiles intactos del primer pájaro conocido, el Archaeopteryx, que vivió a finales del Jurásico, hace unos 145 millones de años.

Zhou, que trabaja en el Instituto de Paleontología de Vertebrados y Paleoantropología (IVPP) de la Academia China de Ciencias en Pekín, creía que los extraordinarios yacimientos óseos de Liaoning podrían llenar algunos de los muchos espacios en blanco del registro fósil de las primeras aves. No pudo ser más profético. En los últimos 15 años, miles de aves fósiles exquisitamente conservadas han salido del antiguo lecho del lago, llamado Formación Yixian. La región también ha proporcionado impresionantes especímenes de dinosaurios, como nunca antes se habían visto. Como resultado, China ha sido la clave para resolver uno de los mayores interrogantes de la ciencia de los dinosaurios en los últimos 150 años: la verdadera relación entre las aves y los dinosaurios.

La idea de que las aves -el grupo más diverso de vertebrados terrestres, con casi 10.000 especies vivas- descienden directamente de los dinosaurios no es nueva. La planteó el biólogo inglés Thomas Henry Huxley en su tratado de 1870, Further Evidence of the Affinity between the Dinosaurian Reptiles and Birds. Huxley, un reputado anatomista quizá más recordado por su ardiente defensa de la teoría de la evolución de Charles Darwin, vio pocas diferencias entre la estructura ósea del Compsognathus, un dinosaurio no mayor que un pavo, y el Archaeopteryx, descubierto en Alemania y descrito en 1861. Cuando Huxley observó los avestruces y otras aves modernas, vio dinosaurios más bien pequeños. Si los huesos de la pata de una cría de pollo se ampliaran y fosilizaran, señaló, «no habría nada en sus caracteres que nos impidiera referirlos a los Dinosaurios»

Aún así, a lo largo de las décadas, los investigadores que dudaban del vínculo entre dinosaurios y aves también presentaron buenos argumentos anatómicos. Dijeron que los dinosaurios carecen de una serie de características que son claramente aviares, como las clavículas fusionadas, los huesos llenos de bolsas de aire, las articulaciones flexibles de las muñecas y los pies de tres dedos. Además, el vínculo propuesto parecía contrario a lo que todo el mundo creía saber: que las aves son duendes pequeños, inteligentes, veloces y de sangre caliente, mientras que los dinosaurios -del griego «lagarto terriblemente grande»- eran criaturas de sangre fría, aburridas, torpes y parecidas a los reptiles.

A finales de la década de 1960, un esqueleto de dinosaurio fosilizado de Montana empezó a socavar esa suposición. El Deinonychus, o «garra terrible» por la garra en forma de hoz que tenía en cada pata trasera, medía unos 3 metros desde la cabeza hasta la cola y era un depredador ágil. Además, su estructura ósea era similar a la del Archaeopteryx. Pronto los científicos reunieron otras pruebas físicas intrigantes, descubriendo que las clavículas fusionadas eran comunes en los dinosaurios, después de todo. Los huesos del Deinonychus y del Velociraptor tenían bolsas de aire y articulaciones flexibles en las muñecas. Los rasgos de los dinosaurios eran cada vez más parecidos a los de las aves. «Todas esas cosas fueron arrancadas de la definición de ser un pájaro», dice el paleontólogo Matthew Carrano, del Museo Nacional de Historia Natural del Smithsonian.

Pero había un rasgo importante que no se había encontrado en los dinosaurios, y pocos expertos se sentirían del todo cómodos afirmando que los chickadees y los triceratops eran parientes hasta que tuvieran pruebas de este eslabón anatómico perdido: las plumas.

Un pobre agricultor chino, Li Yingfang, realizó uno de los mayores hallazgos de fósiles de todos los tiempos, en agosto de 1996 en la aldea de Sihetun, a una hora en coche del lugar donde había buscado peces fósiles. «Estaba cavando agujeros para plantar árboles», recuerda Li, que ahora tiene un trabajo a tiempo completo en un museo de dinosaurios construido en ese mismo lugar. De un agujero desenterró una losa de pizarra de 60 centímetros de largo. Li, un experimentado cazador de fósiles, abrió la placa y contempló una criatura diferente a todas las que había visto. El esqueleto tenía un cráneo parecido al de un pájaro, una larga cola e impresiones de lo que parecían ser estructuras parecidas a plumas.

Debido a las plumas, Ji Qiang, entonces director del Museo Geológico Nacional, que compró una de las losas de Li, asumió que se trataba de una nueva especie de ave primitiva. Pero otros paleontólogos chinos estaban convencidos de que se trataba de un dinosaurio.

En una visita a Pekín ese octubre, Philip Currie, un paleontólogo que ahora trabaja en la Universidad de Alberta, vio el espécimen y se dio cuenta de que daría un giro a la paleontología. Al mes siguiente, Currie, que lleva mucho tiempo trabajando en China, mostró una fotografía del ejemplar a sus colegas en la reunión anual de la Sociedad de Paleontología de Vertebrados. La imagen acaparó la atención. «Era un fósil increíble», recuerda el paleontólogo Hans-Dieter Sues, del Museo Nacional de Historia Natural. «Sensacional». Los paleontólogos occidentales no tardaron en peregrinar a Pekín para ver el fósil. «Volvieron aturdidos», dice Sues.

A pesar de las plumas, el esqueleto no dejaba dudas de que la nueva especie, bautizada como Sinosauropteryx, que significa «ala de lagarto chino», era un dinosaurio. Vivió hace unos 125 millones de años, según la datación de los elementos radiactivos de los sedimentos que encerraban el fósil. Sus filamentos tegumentarios -estructuras largas y finas que sobresalen de su piel escamosa- convencieron a la mayoría de los paleontólogos de que el animal era el primer dinosaurio con plumas jamás desenterrado. Desde entonces se han descubierto en ese yacimiento una docena de dinosaurios con filamentos o plumas.

Al analizar especímenes de China, los paleontólogos han rellenado lagunas en el registro fósil y han trazado las relaciones evolutivas entre varios dinosaurios. Los fósiles han confirmado finalmente, para todos los escépticos, que las aves descienden de los dinosaurios y son los representantes vivos de un linaje de dinosaurios llamado Maniraptorans.

La mayoría de los dinosaurios no formaban parte del linaje que dio lugar a las aves; ocupaban otras ramas del árbol genealógico de los dinosaurios. El Sinosauropteryx, de hecho, era lo que los paleontólogos llaman un dinosaurio no aviar, aunque tuviera plumas. Esta idea ha llevado a los paleontólogos a revisar su visión de otros dinosaurios no avianos, como el famoso Velociraptor comedor de carne e incluso algunos miembros del grupo de los tiranosaurios. Ellos también estaban probablemente adornados con plumas.

La abundancia de fósiles con plumas ha permitido a los paleontólogos examinar una cuestión fundamental: ¿Por qué evolucionaron las plumas? Hoy en día, está claro que las plumas cumplen muchas funciones: ayudan a las aves a retener el calor corporal, a repeler el agua y a atraer a la pareja. Y, por supuesto, ayudan a volar, pero no siempre, como demuestran las avestruces y los pingüinos, que tienen plumas pero no vuelan. Muchos dinosaurios emplumados no tenían alas o eran demasiado pesados, en relación con la longitud de sus miembros emplumados, para volar.

Descifrar cómo las plumas se transformaron a lo largo de los años de fibras enjutas a delicados instrumentos de vuelo arrojaría luz sobre la transición de los dinosaurios a las aves, y cómo la selección natural forjó este complejo rasgo. Pocos científicos conocen mejor las plumas antiguas que Xu Xing, del IVPP. Ha descubierto 40 especies de dinosaurios -más que ningún otro científico vivo- de toda China. Su oficina en el IVPP, al otro lado de la calle del zoo de Pekín, está repleta de fósiles y moldes.

Xu concibe la evolución de las plumas como un proceso gradual. Las plumas, en su forma más primitiva, eran filamentos individuales, parecidos a las púas, que sobresalían de la piel de los reptiles. Estas sencillas estructuras se remontan a tiempos muy lejanos; incluso los pterodáctilos tenían una especie de filamentos. Xu sugiere que la evolución de las plumas puede haber comenzado en un ancestro común de los pterodáctilos y los dinosaurios, hace casi 240 millones de años, es decir, unos 95 millones de años antes del Archaeopteryx.

Después de la aparición de los filamentos simples llegaron los filamentos múltiples unidos en la base. Lo siguiente en aparecer en el registro fósil fueron las púas emparejadas que salían de un eje central. Finalmente, densas hileras de barbas entrelazadas formaron una superficie plana: el esquema básico de las llamadas plumas pennáceas de las aves modernas. Todos estos tipos de plumas se han encontrado en impresiones fósiles de terópodos, el suborden de dinosaurios que incluye al Tyrannosaurus rex, así como a las aves y otros Maniraptorans.

Los filamentos también se encuentran en otras partes del árbol genealógico de los dinosaurios, en especies muy alejadas de los terópodos, como el Psittacosaurus, un herbívoro con cara de loro que surgió hace unos 130 millones de años. Tenía escasos filamentos individuales a lo largo de su cola. No está claro por qué los filamentos aparecen en algunos linajes de dinosaurios pero no en otros. «Una posibilidad es que las estructuras parecidas a las plumas evolucionaron muy pronto en la historia de los dinosaurios», dice Xu, y algunos grupos mantuvieron las estructuras, mientras que otros grupos las perdieron. «Pero finalmente, en los Maniraptorans, las plumas se estabilizaron y evolucionaron hacia las plumas modernas», dice. O los filamentos pueden haber evolucionado de forma independiente en diferentes momentos. Como señala Sues, «parece que, genéticamente, no es un gran truco hacer que una escama se convierta en un filamento»

Originalmente, los filamentos individuales bien podrían haber sido para exhibirlos, el equivalente en dinosaurios al plumaje iridiscente de un pavo real. Una prueba vívida de esta teoría apareció cuando los científicos desvelaron los verdaderos colores de las plumas de hace 125 millones de años. Las plumas de las aves y las escamas de los reptiles contienen melanosomas, pequeños sacos que contienen variedades del pigmento melanina. Muchos paleontólogos sospechaban que las plumas de los dinosaurios también contenían melanosomas. En el laboratorio de Mike Benton, en la Universidad de Bristol, Zhang Fucheng, del IVPP, pasó más de un año buscando melanosomas en fotografías de fósiles de aves y dinosaurios tomadas con un microscopio electrónico. La diligencia de Zhang dio sus frutos en 2009, cuando localizó melanosomas en el Confuciusornis que contenían eumelanina, que da a las plumas un tinte gris o negro, y feomelanina, que les da un color entre castaño y marrón rojizo. Las plumas del animal tenían manchas de color blanco, negro y marrón anaranjado.

El Sinosauropteryx era aún más sorprendente. Zhang descubrió que los filamentos que bajaban por su espalda y cola debían hacer que el dinosaurio pareciera un poste de barbero con rayas naranjas y blancas. Un patrón tan vibrante sugiere que «las plumas surgieron por primera vez como agentes para la exhibición del color», dice Benton.

Las primeras plumas podrían haber servido para otros fines. Los filamentos huecos podrían haber disipado el calor, de forma parecida a como lo hacen hoy los volantes de algunos lagartos modernos. Otros paleontólogos especulan que las plumas evolucionaron primero para retener el calor. Un ejemplo elocuente es el de los fósiles de Oviraptor -un terópodo desenterrado en Mongolia que vivió hace unos 75 millones de años- que se agachaba sobre nidos llenos de huevos. Los oviraptores metían las patas en el centro de la nidada y abrazaban la periferia con sus largas extremidades delanteras, una postura que guarda un asombroso parecido con la de los pájaros que mantienen calientes sus huevos. Los dinosaurios emparentados con el Oviraptor estaban cubiertos de plumas pennadas, lo que sugiere que el Oviraptor también lo estaba. «Sentarse en un nido así sólo tenía sentido si tenía plumas» para aislar suavemente a sus crías, dice Sues.

Las plumas, por supuesto, acabaron convirtiéndose en un instrumento de vuelo. Algunos paleontólogos imaginan un escenario en el que los dinosaurios utilizaron las plumas para ayudarles a ocupar los árboles por primera vez. «Como los dinosaurios tenían los tobillos articulados, no podían girar los pies y no podían trepar bien. Quizá las plumas les ayudaron a trepar por los troncos de los árboles», afirma Carrano. Las crías de las especies que viven principalmente en el suelo, como los pavos, utilizan sus alas de esta manera. Es posible que las plumas se hayan vuelto cada vez más aerodinámicas a lo largo de millones de años, lo que permitió a los dinosaurios planear de un árbol a otro. Los individuos capaces de realizar tal hazaña podrían haber sido capaces de alcanzar nuevas fuentes de alimento o escapar mejor de los depredadores, y transmitir el rasgo a las generaciones posteriores.

Uno de los especímenes más seductores que han surgido de los lechos de esquisto de Liaoning es el Microraptor, que Xu descubrió en 2003. Esta bestia de poco peso medía medio metro de largo y pesaba apenas un kilo. El Microraptor, de la familia de los dromaeosaurios, no era un ancestro de las aves, pero tampoco se parecía a ningún dinosaurio emplumado descubierto anteriormente. Xu lo denomina dinosaurio de «cuatro alas» porque tenía largas plumas pennadas en brazos y piernas. Debido a su esternón fusionado y a sus plumas asimétricas, dice Xu, el Microraptor seguramente podía planear de árbol en árbol, e incluso puede haber sido mejor volando por su propia cuenta que el Archaeopteryx.

El año pasado, Xu descubrió otra especie de dinosaurio de cuatro alas, también en Liaoning. Además de demostrar que el vuelo de cuatro alas no era una casualidad, la nueva especie, Anchiornis huxleyi, llamada así en honor a Thomas Henry Huxley, es el primer dinosaurio emplumado conocido. Procede de depósitos lacustres del Jurásico con una antigüedad de entre 155 y 160 millones de años. El hallazgo eliminó la última objeción al vínculo evolutivo entre las aves y los dinosaurios. Durante años, los escépticos habían planteado la llamada paradoja temporal: no había dinosaurios con plumas más antiguos que el Archaeopteryx, por lo que las aves no podían haber surgido de los dinosaurios. Ahora ese argumento ha saltado por los aires: El Anchiornis es millones de años más antiguo que el Archaeopteryx.

Los dinosaurios de cuatro alas fueron, en definitiva, una rama muerta en el árbol de la vida; desaparecieron del registro fósil hace unos 80 millones de años. Su desaparición dejó sólo un linaje de dinosaurios capaz de volar: las aves.

¿Cuándo evolucionaron los dinosaurios hacia las aves? Es difícil de decir. «En lo más profundo de la historia evolutiva, es extremadamente difícil trazar la línea entre las aves y los dinosaurios», dice Xu. Aparte de pequeñas diferencias en la forma de las vértebras del cuello y la longitud relativa de los brazos, las aves primitivas y sus parientes maniraptorianos, como el Velociraptor, se parecen mucho.

«Si el Archaeopteryx se descubriera hoy en día, no creo que se le llamara ave. Lo llamarías un dinosaurio con plumas», dice Carrano. Se le sigue llamando el primer pájaro, pero más por razones históricas que porque sea el más antiguo o el que mejor encarna los rasgos de las aves.

Por otro lado, el Confuciusornis, que poseía el primer pico y el primer pigóstilo, o vértebras fusionadas de la cola que soportaban las plumas, realmente parece un pájaro. «Pasa la prueba del olfato», dice Carrano.

Desde que los últimos dinosaurios no avianos murieron hace 65 millones de años durante la extinción masiva que cerró el telón del Cretácico, las aves han desarrollado otras características que las diferencian de los dinosaurios. Las aves modernas tienen un metabolismo más elevado que el que tenía incluso el más ágil de los Velociraptor. Los dientes desaparecieron en algún momento de la historia evolutiva de las aves. Las colas de las aves se acortaron, sus habilidades de vuelo mejoraron y sus cerebros se hicieron más grandes que los de los dinosaurios. Y las aves modernas, a diferencia de sus antepasados maniraptorianos, tienen un dedo gordo que sobresale de los demás dedos, lo que les permite posarse. «Se pasa gradualmente de los largos brazos y las enormes manos de los maniraptorianos no avianos a algo que se parece a las alas de pollo que se compran en KFC», dice Sues. Dado el alcance de estas adaptaciones aviares, no es de extrañar que el vínculo evolutivo entre los dinosaurios y las aves, tal y como los conocemos, permaneciera oculto hasta que los paleontólogos comenzaron a analizar el rico registro fósil de China.

Chaoyang es una monótona ciudad china con calles polvorientas; en sus rincones más oscuros recuerda a las arenosas ciudades mineras estadounidenses del siglo XIX. Pero para los coleccionistas de fósiles, Chaoyang es un paraíso, a sólo una hora en coche de algunos de los yacimientos más productivos de la Formación Yixian.

Una calle está llena de tiendas que venden yuhuashi, o fósiles de peces. Los fósiles enmarcados e incrustados en la pizarra, a menudo en pares de espejo, se pueden conseguir por uno o dos dólares. Un artículo popular es un mosaico en el que unas cuantas docenas de pequeñas losas forman un mapa de China; los peces fósiles parecen nadar hacia la capital, Pekín (y ningún mapa está completo sin un pez que represente a Taiwán). Los comerciantes venden insectos, crustáceos y plantas fosilizados. Ocasionalmente, a pesar de las leyes que prohíben el comercio de fósiles de valor científico, se sabe que los comerciantes menos escrupulosos venden fósiles de dinosaurios. Los especímenes más importantes, dice Zhou, «no son descubiertos por los científicos en las tiendas de fósiles de la ciudad, sino en las casas de los traficantes o de los agricultores que los excavaron»

Además del Sinosauropteryx, varios otros especímenes reveladores salieron a la luz a través de aficionados en lugar de en excavaciones científicas. El reto para Zhou y sus colegas es encontrar especímenes calientes antes de que desaparezcan en colecciones privadas. Por ello, Zhou y su colega Zhang Jiangyong, especialista en peces antiguos del IVPP, han acudido a la provincia de Liaoning para comprobar los fósiles que los comerciantes afines a su causa han conseguido últimamente.

La mayor parte de las existencias en las tiendas de fósiles proceden de granjeros que hurgan en los yacimientos de fósiles cuando no están cuidando sus campos. Un pequeño espécimen de pez bien conservado puede reportar a su descubridor el equivalente a 25 céntimos, suficiente para una comida caliente. Un dinosaurio emplumado puede reportar varios miles de dólares, los ingresos de un año o más. Por muy destructiva que sea para los yacimientos de fósiles, esta paleoeconomía ha ayudado a reescribir la prehistoria.

Zhou coge una losa y la mira a través de sus gafas de montura de alambre. «Presidente, venga aquí y mire», le dice Zhou a Zhang (que se ganó su apodo lúdico como presidente del sindicato de empleados del IVPP). Zhang examines the specimen and adds it to a pile that will be hauled back to Beijing for study—and, if they are lucky, reveal another hidden branch of the tree of life.

Richard Stone has written about a Stonehenge burial, a rare antelope and mysterious Tibetan towers for Smithsonian.