Explosivas transformaciones en la evolución de los pájaros: un estudio revela patrones sorprendentes

Un equipo de científicos de la Universidad de Michigan utilizó inteligencia artificial para identificar un patrón notable en la evolución de los Passeriformes, el extenso grupo de aves que incluye a la mayoría de los pájaros cantores. Según su análisis, estos pájaros no evolucionaron a un ritmo constante; en cambio, los cambios significativos a menudo se produjeron en ráfagas rápidas que coincidieron con alteraciones en el clima terrestre.

La teoría evolutiva ha sugerido durante mucho tiempo que la vida se diversifica a través de períodos de cambios rápidos seguidos de fases más lentas. Aunque los fósiles han ofrecido pistas sobre la existencia de este patrón, el nuevo estudio lo identificó al analizar las mediciones esqueléticas de especímenes de aves modernas. Los investigadores también descubrieron que varios de los estallidos evolutivos más importantes ocurrieron en torno a períodos de cambios climáticos significativos.

Evolución en ráfagas repentinas

El autor principal del estudio, Jake Berv, investigador postdoctoral en la Escuela de Medio Ambiente y Sostenibilidad de la U-M, afirmó: "Esto es realmente importante para la teoría evolutiva, ya que existe una larga historia que predice que la aparición de nuevos grupos, llamados radiaciones evolutivas, a menudo está asociada con un estallido explosivo de diversificación". Berv destacó que las radiaciones adaptativas podrían representar una gran parte de la diversidad de la vida en la Tierra.

El estudio utilizó inteligencia artificial y un modelo estadístico amplio. Los hallazgos fueron publicados en Nature Ecology & Evolution y fueron apoyados principalmente por Schmidt Sciences y la David and Lucile Packard Foundation.

AI mide miles de esqueletos de aves

Para reconstruir la historia evolutiva de los paseriformes, el equipo de la Universidad de Michigan, incluido el autor senior Brian Weeks, estudió más de 2,000 especies y recopiló más de 170,000 mediciones esqueléticas individuales.

La recopilación de datos a esta escala fue posible gracias a Skelevision, una herramienta de inteligencia artificial desarrollada por el laboratorio de Weeks en colaboración con el laboratorio de David Fouhey en la Universidad de Nueva York. Skelevision fotografía los especímenes, en este caso, los esqueletos de aves, frente a una cuadrícula que proporciona una escala de medición consistente. Durante una colaboración de siete años, Weeks y Fouhey crearon un modelo de IA capaz de medir con precisión 12 huesos en el esqueleto de un ave.

Los investigadores utilizaron el sistema para escanear y medir más de 15,000 especímenes de museo, la mayoría de los cuales provenían de las colecciones del Museo de Zoología de la U-M. Cada espécimen puede ser escaneado en aproximadamente 45 segundos, lo que permite a los investigadores digitalizar colecciones enteras de museos de manera mucho más eficiente de lo que sería posible de otra manera.

Reconstruyendo 45 millones de años de cambio

Berv también creó un nuevo método estadístico llamado bifrost, que permitió al equipo analizar el esqueleto completo de cada especie en lugar de examinar huesos individuales de forma aislada. Utilizando este enfoque, los investigadores estimaron cómo cambiaron las formas corporales de los paseriformes a lo largo de aproximadamente 45 millones de años de evolución.

El análisis reveló un período de evolución especialmente rápida de la forma corporal alrededor de hace 35 millones de años, coincidiendo con la transición Eoceno-Oligoceno, un período marcado por un intenso enfriamiento global.

Los resultados estadísticos también identificaron un grupo de desaceleraciones evolutivas alrededor de hace 15 millones de años, coincidiendo con otro evento geológico importante.

El profesor asociado de ciencia y gestión de ecosistemas en la U-M, Weeks, expresó: "Nuestros hallazgos han cambiado definitivamente mi forma de pensar sobre cómo funciona el mundo". Añadió que el patrón encontrado, con aumentos raros y grandes en las tasas de evolución y muchas pequeñas disminuciones, es coherente con un patrón en el que las linajes exploran nuevos espacios ecológicos y cambian rápidamente para aprovechar esas oportunidades.

El clima y la geografía moldean la evolución

Los investigadores también analizaron la distribución global de las aves en su conjunto de datos y descubrieron que la geografía ayuda a predecir la tasa promedio de evolución morfológica. Las comunidades de aves en latitudes más extremas, donde las temperaturas estacionales varían más drásticamente, tienden a incluir especies que evolucionan más rápido que aquellas que viven más cerca del ecuador.

Debido a que patrones similares aparecieron tanto a lo largo de millones de años como en regiones geográficas modernas, los hallazgos sugieren que la variabilidad ambiental puede desempeñar un papel importante en impulsar cambios en la forma del cuerpo.

Weeks concluyó: "Parece que hay una conexión entre los gradientes latitudinales y las tasas de evolución morfológica que ha sido subestimada. Espero que nuestros hallazgos inspiren una nueva integración de las tasas de cambio morfológico en otras grandes áreas de interés, como los bien conocidos gradientes latitudinales en biodiversidad".

Las colecciones de museos adquieren nuevo valor a través de la IA

El trabajo también resalta la importancia científica de las colecciones de museos. Según Weeks, la inteligencia artificial está haciendo posible extraer información de especímenes preservados a una escala que habría sido difícil de imaginar en el pasado.

"Es especialmente evidente cuán importante es invertir en museos cuando se piensa en la escala de un análisis como este; está tan lejos del alcance de lo que se puede hacer utilizando especímenes aportados por un coleccionista individual", dijo. "También es divertido imaginar lo que pensarían los primeros coleccionistas sobre cómo estamos utilizando los especímenes que recolectaron; imagino que les volaría la mente saber que una computadora ha analizado una fotografía de estos especímenes. Es solo otro ejemplo de cuán imposible es prever el valor futuro completo de un espécimen".

Lecciones para el cambio climático moderno

Los investigadores afirmaron que los hallazgos también podrían ayudar a los científicos a reflexionar sobre cómo las especies podrían responder a los rápidos cambios climáticos que están ocurriendo en todo el mundo. Berv comentó: "En este momento, estamos en un momento de la historia humana donde hay un dramático cambio climático global, y no sabemos qué sucederá en un período de 10 años, y mucho menos en un período de 10 millones de años". Añadió que para comprender el impacto a largo plazo de la actividad humana en la Tierra, es fundamental estudiar la relación entre los eventos en la historia de la Tierra y las transiciones evolutivas.

La investigación también recibió apoyo del Michigan Institute for Data & AI in Society, el Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada y la National Science Foundation.

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