Un hallazgo en coprolitos de dinosaurios revela el secreto de la supervivencia de las aves tras el impacto del asteroide

Hace aproximadamente 66 millones de años, un gran dinosaurio, posiblemente un T. rex o un Nanotyrannus, ingirió un ave. Sorprendentemente, evidencia de esa antigua comida se preservó en excrementos fósiles, conservando lo que los investigadores describieron como la mejor muestra de pluma jamás descubierta de la era de los dinosaurios. Al examinar esa pluma, los científicos afirmaron haber encontrado una pista importante sobre por qué las aves se convirtieron en la única línea de dinosaurios que sobrevivió a la extinción masiva al final del período Cretácico.

Los hallazgos fueron reportados en la revista Current Biology. "Es una pluma tan hermosa y bien conservada, proveniente de una fuente tan inesperada, y es emocionante que pueda ayudarnos a responder esta gran pregunta en paleontología", comentó Jingmai O'Connor, autora principal del nuevo estudio y curadora asociada de reptiles fósiles en el Field Museum de Chicago.

Por qué algunas aves sobrevivieron al asteroide

Las aves son una rama altamente especializada del árbol familiar de los dinosaurios, con una historia que se remonta a la Era Mesozoica. El ave más antigua conocida, Archaeopteryx, vivió hace aproximadamente 150 millones de años. Las aves continuaron evolucionando junto a otros dinosaurios durante casi otros 100 millones de años.

Sin embargo, esa larga coexistencia cambió drásticamente hace 66 millones de años, cuando un asteroide impactó la Tierra y desencadenó una extinción masiva global. Casi todas las líneas de dinosaurios desaparecieron, incluyendo la mayoría de los tipos de aves.

Una rama, sin embargo, sobrevivió. Conocida como Neornithes, este grupo dio origen a todas las especies de aves que existen hoy en día.

La razón por la que Neornithes sobrevivió mientras otras aves y dinosaurios desaparecieron sigue siendo uno de los grandes enigmas de la paleontología. O'Connor ha pasado años estudiando aves fósiles en busca de una explicación. Este estudio, sin embargo, la llevó a un territorio inusual: plumas preservadas en excrementos fósiles, conocidos como coprolitos.

"Hasta donde sé, nadie había pensado en buscar plumas o estudiar plumas en coprolitos, así que este proyecto fue realmente emocionante", expresó O'Connor.

Una pequeña pluma encontrada en Montana

La muestra fue descubierta en 2016 por David DeMar, Jr., un científico investigador y gerente de colecciones del proyecto Hell Creek en el Burke Museum de la Universidad de Washington y coautor del artículo. DeMar estaba realizando trabajo de campo en el noreste de Montana cuando un inusual rock llamó su atención.

"Estaba subiendo un afloramiento rocoso recolectando fósiles de peces cuando encontré un nódulo oscuro y marrón rojizo, aproximadamente del tamaño de una pelota de golf. Lo recogí y escaneé su superficie con mi lupa, y en ese momento no podía creer lo que estaba viendo, una pequeña pluma fósil. Era cautelosamente optimista sobre su descubrimiento, porque no se habían encontrado plumas en la Formación Hell Creek, incluso después de más de 150 años de prospección", relató DeMar.

Los investigadores analizaron más tarde la composición mineral del fósil en el laboratorio y utilizaron imágenes por tomografía computarizada (CT) para ver lo que estaba oculto en su interior. Las tomografías computarizadas combinan miles de rayos X en una vista digital detallada del interior de un objeto sin necesidad de destruirlo.

"Aunque la preservación era mejor que muchas de las plumas que había estado estudiando en ámbar birmano para mi tesis, esto estaba en una roca, y una bastante poco notable. Sospeché que podría ser un coprolito, pero no fue hasta que lo pusimos en el escáner micro-CT en el campus médico de USC que se hizo evidente toda la estructura plumosa de este fósil fecal", comentó Nate Carroll, coautor del artículo y paleontólogo en el Carter County Museum en Ekalaka, Montana. "Cada hora procesando los datos revelaba otra pluma, otra escama, otro hueso, en impresionante 3D. Como alguien que había estado confiando en minas de ámbar distantes como mi principal fuente de datos 3D de plumas, darme cuenta de que el excremento fósil de mi estado natal podría proporcionar muestras tan excepcionales fue un cambio de juego".

El destino final de un antiguo pájaro buceador

Dentro del coprolito, los científicos identificaron varias plumas, escamas diminutas de un pez gar y huesos de las patas pertenecientes a un ave hesperornithiforme. Debido a que tanto las plumas como los huesos de ave ocurrieron juntos, los investigadores concluyeron que las plumas probablemente provenían de la misma ave.

"Los hesperornithiformes eran aves acuáticas, ecológicamente similares a los colimbos", explicó O'Connor. "La mayoría no podían volar y, en cambio, utilizaban sus patas especializadas para sumergirse en el agua en busca de cosas como peces. Las plumas mostraron adaptaciones para estar bajo el agua que vemos en las aves acuáticas actuales".

Los hesperornithiformes eran parientes evolutivos cercanos de Neornithes, la rama que sobrevivió a la extinción masiva y eventualmente produjo aves modernas. Sin embargo, los hesperornithiformes pertenecían a una línea separada y desaparecieron junto con la mayoría de las otras aves.

"Las aves más comunes vivas en el Cretácico pertenecían a un grupo llamado enantiornithinos. La rama moderna de aves Neornithes estaba separada de ese grupo, al igual que los hesperornithiformes", agregó O'Connor.

El agua sola puede no explicar la supervivencia de las aves

Una hipótesis ha propuesto que Neornithes sobrevivieron porque muchos vivían en ambientes acuáticos, donde las condiciones podrían haber ofrecido cierta protección de la devastación tras el impacto del asteroide. Sin embargo, los fósiles de hesperornithiformes complican esa idea. Estas aves también vivían en y alrededor del agua, pero su línea aún se extinguió. Eso sugiere que el hábitat por sí solo no puede explicar completamente por qué Neornithes sobrevivieron.

O'Connor sospecha que otra diferencia crítica puede haber involucrado sus plumas y cómo esas plumas fueron reemplazadas. "Pensamos que los tipos de plumas que tenían estas aves y/o la forma en que mudaban esas plumas, pueden haber sido una de las causas subyacentes de la selectividad de la extinción masiva del final del Cretácico, esencialmente, por qué algunas aves se extinguieron y por qué otras sobrevivieron", comentó.

Plumas primitivas y un invierno de impacto mortal

Las plumas dentro del coprolito son las primeras identificadas de un hesperornithiforme. Su estructura parece estar en algún lugar entre el plumaje de los enantiornithinos y el de las aves modernas. "Algunas de las plumas de estas aves buceadoras parecen haber sido modernas y a prueba de agua, pero también tenían algunas plumas corporales primitivas, pequeñas y peludas, que asociamos con los dinosaurios y los enantiornithinos", señaló O'Connor.

Las plumas corporales juegan un papel importante en mantener a las aves calientes. Si los hesperornithiformes y los enantiornithinos tenían un plumaje que atrapaba el calor de manera menos eficiente que las plumas encontradas en Neornithes, esa diferencia podría haber sido crucial después del impacto del asteroide. Se cree que la colisión arrojó enormes cantidades de polvo y escombros a la atmósfera, reduciendo la luz solar y contribuyendo a un período dramático de enfriamiento conocido como un invierno de impacto. Las aves con mejor aislamiento pueden haber estado mejor equipadas para soportar esas duras condiciones.

Debido a que los hesperornithiformes no pertenecían ni a Neornithes ni a enantiornithinos, sus plumas recién descubiertas proporcionan otra pieza del rompecabezas de la extinción.

"Los hesperornithiformes retienen tipos de plumas primitivas que pueden no haber sido tan eficientes para el aislamiento como las plumas plumosas modernas, y eso podría explicar por qué se extinguieron junto con los enantiornithinos", concluyó O'Connor.

Una mirada rara a depredador y presa

Greg Wilson Mantilla, profesor en la Universidad de Washington, curador de paleontología de vertebrados en el Burke Museum y coautor del estudio, comentó que el descubrimiento es especialmente valioso porque los fósiles de aves y sus plumas son excepcionalmente raros. "Rara vez encontramos fósiles de aves y aún más raramente sus plumas, lo que nos brinda una visión tan importante sobre la evolución de este aspecto clave de su biología. Además, estas plumas de aves encontradas dentro de un gran excremento fósil de dinosaurio nos dan una increíble ventana a las interacciones depredador-presa hace 66 millones de años".

Por lo tanto, la muestra captura más que solo la evolución de las plumas. También preserva evidencia de una antigua red alimentaria, revelando lo que un gran dinosaurio consumió poco antes del final de la era de los dinosaurios.

El excremento fósil abre una nueva ventana al pasado

Para O'Connor, la investigación también demostró cuánto puede parecerse la paleontología al trabajo de detective. En lugar de trabajar con un esqueleto fósil casi completo, el equipo tuvo que reconstruir la historia a partir de pequeños fragmentos preservados dentro de un coprolito. "Normalmente trabajo con fósiles que están preservados en grandes losas de piedra, y el esqueleto entero e incluso el tejido blando están preservados; eso lo hace fácil para mí. Pero con este proyecto, solo tuvimos este coprolito y su contenido, y me sentí como una detective, armando todas estas pequeñas pistas", expresó O'Connor. "Y dado que nadie ha estudiado plumas en coprolitos antes, esto abre toda una nueva avenida de investigación. Solo supimos mirar este porque se partió, con la pluma expuesta; fue literalmente un golpe de suerte. Espero que más científicos comiencen a escanear coprolitos por tomografía computarizada y a mirar más de cerca para ver qué podría haber dentro".

El descubrimiento sugiere que otros excrementos fósiles almacenados en museos o que aún esperan ser encontrados podrían contener restos igualmente delicados que han pasado desapercibidos. Escanear por tomografía computarizada esos especímenes podría ofrecer a los investigadores una nueva forma de estudiar plumas, dietas, relaciones depredador-presa y otros detalles de los ecosistemas prehistóricos.

Este estudio fue contribuido por Jingmai O'Connor (Field Museum), David DeMar Jr. (Burke Museum of Natural History and Culture/University of Washington), Nathan Carroll (Carter County Museum), Karen Chin (University of Colorado, Boulder), Michael Holland (Burke Museum of Natural History and Culture/University of Washington), Alex Clark (Field Museum y University of Chicago), Christian Cooper (Field Museum), Pei-Chen Kuo (Institute of Vertebrate Paleontology and Paleoanthropology, Chinese Academy of Sciences), Thomas Tobin (University of Alabama), Aaron Celestian (Natural History Museum of Los Angeles County), David Bottjer (University of Southern California), Luis Chiappe (Natural History Museum of Los Angeles County) y Gregory Wilson Mantilla (Burke Museum of Natural History and Culture, University of Washington).