La evolución del huevo amniótico, completo con membrana y cáscara, fue clave para que los vertebrados abandonaran los océanos y colonizaran la tierra y el aire. Ahora, 360 millones de años después, los huevos de aves vienen en todas las formas y tamaños, desde casihuevos perfectamente esféricos de búhos marrones a la forma de lágrima de los huevos de lavanderas. La pregunta es, ¿cómo y por qué evolucionó esta diversidad de formas?
La respuesta a esa pregunta puede ayudar a explicar cómo evolucionaron las aves y resolver un viejo misterio en la historia natural.
Un equipo internacional de científicos dirigido por investigadores de las universidades de Harvard y Princeton, con colegas en el Reino Unido, Israel y Singapur, adoptó un enfoque cuantitativo a esta pregunta. Utilizando métodos e ideas de matemáticas, física y biología, caracterizaron la forma dehuevos de alrededor de 1.400 especies de aves y desarrollaron un modelo que explica cómo la membrana de un huevo determina su forma. Utilizando un marco evolutivo, los investigadores descubrieron que la forma de un huevo se correlaciona con la capacidad de vuelo, lo que sugiere que las adaptaciones para el vuelo pueden haber sido factores críticosde la variación de la forma del huevo en las aves.
La investigación se publica en ciencia .
"Nuestro estudio adoptó un enfoque unificado para comprender la forma del huevo haciendo tres preguntas: cómo cuantificar la forma del huevo y proporcionar una base para la comparación de las formas entre especies, cuáles son los mecanismos biofísicos que determinan la forma del huevo y cuáles son las implicaciones deforma de huevo en un entorno evolutivo y ecológico ", dijo el autor principal, L. Mahadevan, Profesor de Matemática Aplicada Lola England de Valpine en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson SEAS, Profesor de Biología Organística y Evolutiva,y de Física en Harvard. "Mostramos que las formas de los huevos varían suavemente entre las especies, que está determinada por las propiedades de la membrana en lugar de la cáscara, y finalmente que existe una fuerte correlación que une las aves que tienen huevos que son elípticos y asimétricos con unfuerte capacidad de vuelo, la última una verdadera sorpresa "
Mahadevan también es miembro de la Facultad del Instituto Wyss de Ingeniería Bioinspirada en la Universidad de Harvard.
Los investigadores comenzaron trazando la forma, tal como se define por la asimetría de polo a polo y la elipticidad, de unos 50,000 huevos, lo que representa el 14 por ciento de las especies en 35 órdenes, incluidas dos órdenes extintas.
Los investigadores encontraron que la forma del huevo era un continuo, con muchas especies superpuestas. Las formas iban desde huevos casi perfectamente esféricos hasta huevos con forma cónica.
Entonces, ¿cómo se forma este espectro diverso de formas?
Los investigadores saben desde hace tiempo que las membranas del huevo juegan un papel importante en la forma del huevo; después de todo, si la cáscara del huevo se disuelve en un ácido suave, como el vinagre, el huevo en realidad mantiene su forma. Pero, ¿cómo funcionan las propiedades de la membrana?contribuir a la forma?
Piense en un globo, dijo Mahadevan. Si un globo es uniformemente grueso y está hecho de un material, será esférico cuando se infla. Pero si no es uniforme, se pueden obtener todo tipo de formas.
"Guiados por observaciones que muestran que el grosor de la membrana varía de polo a polo, construimos un modelo matemático que considera que el huevo es una cáscara elástica presurizada que crece y demostró que podemos capturar todo el rango de formas de huevo observadas en la naturaleza", dijo Mahadevan.
Las variaciones de forma provienen de la variación en el grosor de la membrana y las propiedades del material y la relación entre la presión diferencial y la elasticidad de la membrana.
La siguiente pregunta es, ¿cómo se relacionan estas formas con la función del pájaro?
Los investigadores analizaron las correlaciones entre la forma del huevo y los rasgos asociados con la especie de ave, incluido el tipo y la ubicación del nido, el tamaño de la nidada la cantidad de huevos puestos a la vez, la dieta y la capacidad de vuelo.
"Descubrimos que el vuelo puede influir en la forma del huevo", dijo la autora principal Mary Caswell Stoddard, profesora asistente de ecología y biología evolutiva en la Universidad de Princeton y ex miembro junior de la Sociedad de Compañeros de Harvard ". Para mantener cuerpos elegantes y aerodinámicos para el vuelo, las aves parecen poner huevos que son más asimétricos o elípticos. Con estas formas de huevo, las aves pueden maximizar el volumen del huevo sin aumentar el ancho del huevo; esto es una ventaja en los oviductos estrechos ".
Entonces, un albatros y un colibrí, aunque dos pájaros muy diferentes, pueden haber desarrollado huevos de forma similar porque ambos son voladores de gran potencia.
"Está claro por nuestro estudio que la variación en el tamaño y la forma de los huevos de aves no es simplemente aleatoria sino que está relacionada con diferencias en la ecología, incluida la cantidad de calcio en la dieta, y en particular la medida en que cada especie está diseñadapara un vuelo poderoso ", dice el coautor Dr. Joseph Tobias del Imperial College, Reino Unido.
A continuación, los investigadores esperan observar el proceso de puesta de huevos en tiempo real, compararlo y refinar su modelo.
Este documento fue coautor de EH Yong, D. Akkaynak y C. Sheard. Las principales fuentes de financiación para este trabajo incluyen la Universidad de Princeton, la Beca L'Ore? Al USA For Women in Science, la Harvard Society of Fellows, la MiltonFund, Nanyang Technological University, Oxford Clarendon Fund, Fulbright Commission, Natural Environment Research Council, MacArthur Foundation y Radcliffe Institution.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences . Original escrito por Leah Burrows. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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