¿Cómo navegan y se orientan los pájaros?

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El libro del vuelo de las aves se encuentra disponible impreso y en edición electrónica, para localizarlo haga click en el siguiente enlace: libros de Francisco Escartí

 

Los pájaros tienen la capacidad de dirigirse de forma muy precisa a un destino concreto. Han desarrollado un sistema de navegación eficiente, necesario para para realizar vuelos de largo recorrido. El ornitólogo danés, Finn Salomonsen, realizó experimentos con dos especies de golondrinas de mar: el charrán sombrío (sterna fuscata) y la tiñosa común o gaviotín de san Félix (anous stolidus). Tras separar de sus nidos, en las islas Tortugas del Golfo de México, a varios de estos individuos distancias de 832 a 1368 kilómetros, la mayor parte de ellos fueron capaces de regresar al punto de partida desde lugares ubicados en mar abierta. Pero quizá, el experimento de este tipo más sorprendente fue el de una pardela pinocheta (puffinus puffinus), que la trasladaron desde su nido —en la isla galesa de Skokholm— a Boston, Estados Unidos. Al cabo de 12 días, 12 horas y 31 minutos, y tras un vuelo ininterrumpido a través del Atlántico de 5000 kilómetros, regresó al lugar del que había partido. En los experimentos de desorientación, aunque a los pájaros se les anestesie durante el apartamiento o se les haga girar sobre sí mismos de forma continuada para marearlos, casi todos consiguen regresar al punto de partida.

La mayoría de los animales, en sus desplazamientos, suelen utilizar la visión y el oído para determinar el punto en que se encuentran y el camino que tienen que seguir para dirigirse al destino elegido. La vista les proporciona marcas y señales cuya posición relativa en la imagen debe guardar un orden que conoce para alcanzar su objetivo. A veces estas marcas son cadenas montañosas como los Apalaches, las Montañas Rocosas, la sierra Madre, los Andes, los Alpes, el Himalaya, o las montañas del Gran Valle del Rift. Estas grandes cordilleras señalan el camino a muchas aves durante sus largas migraciones, al igual que lo hacen los ríos y las líneas costeras. Conforme el animal se acerca a su destino, un lugar familiar cuyos alrededores ha memorizado con detalle, será capaz de reconocer una gran cantidad de marcas que le facilitarán la aproximación final al punto que desea alcanzar. En cuanto al oído, parece que todos los animales cuentan con un cierto sentido que les permite saber el rumbo que tendrían que tomar para regresar al punto del que han partido después de haber efectuado algunos cambios de dirección. Es como si poseyeran un pequeño sistema inercial que registra las aceleraciones que se producen cada vez que cambian el sentido de la marcha.

Sin embargo, ni el reconocimiento visual de marcas, ni la navegación inercial, ni el olfato, bastan para que los pájaros puedan llevar a cabo viajes de miles de kilómetros, con días claros y nublados, noches despejadas y brumosas, sobre la tierra o el mar, de noche y con vientos que pueden soplar en muchas direcciones. Se ha llegado a la conclusión de que además del reconocimiento de imágenes y un sistema de navegación inercial, las aves cuentan con brújulas magnéticas que les suministran información acerca del rumbo que siguen y el hemisferio en el que se encuentran, sus retinas captan luz polarizada con la que se orientan y ajustan sus brújulas internas, conocen las posiciones de las estrellas y saben determinar qué rumbo marca la huella del sol en el horizonte. Pueden hacer uso de todas estas habilidades o de algunas de ellas y establecer prioridades, en función de las circunstancias, para procesar los datos que les proporcionan.

Los experimentos de David Dickman y Le-Qing Wu del Baylor College de Houston, Tejas, con palomas bravías (2012), han demostrado que cuando estos pájaros se someten a cambios del campo magnético, generados artificialmente, hay un área de su cerebro que se muestra muy activa. Los resultados de su experimento constatan la existencia de un procesador de señales magnéticas en el cerebro de las palomas bravías. Además, las señales alcanzan su máxima amplitud cuando el campo magnético tiene la misma orientación que el terrestre. Pero, ¿dónde están los sensores que transmiten la información del campo magnético al cerebro? Quizá no estén en el mismo sitio en todas las aves, y se ha sugerido que podrían encontrarse en el pico, el oído o en la retina. Durante algún tiempo se pensó que las palomas tenían en el pico células muy ricas en hierro, con propiedades magnéticas; sin embargo los estudios más recientes apuntan a que las células magnéticas podrían residir en la retina. En la de algunos pájaros existe una proteína fotosensible denominada criptocromo. La proteína posee pares de electrones entrelazados, uno gira (espín) en un sentido y el otro en el contrario. Cuando la criptocromo recibe un haz de fotones (partículas luminosas) de luz verde o azul, uno de los electrones acoplados puede absorber la energía del fotón y abandonar la molécula. Quedan así radicales libres con espines opuestos, que son sensibles a los campos magnéticos. En función de su orientación, el campo magnético terrestre puede acelerar el proceso por el que los radicales vuelven a unirse con lo que se libera energía que el nervio óptico transporta al cerebro. El pájaro “vería” una especie de sombra o mancha superpuesta al paisaje, que le indicaría su rumbo de vuelo. Es posible que existan otros sensores, distintos a la criptocromo, que confieren a las aves un sexto sentido: el magnético; y podrían ser células que contengan magnetita ubicadas en el pico o el oído.

Además de la brújula magnética, los pájaros también se orientan con las estrellas. El etólogo Stephen Emlen realizó una serie de experimentos con azulejos índigo (paserina cyanea) que demostraron que dichos pájaros utilizaban las estrellas para orientarse al iniciar los vuelos migratorios. Los pájaros crecieron en una jaula con forma de tronco cónico invertido. En el círculo superior se proyectaba la imagen de las estrellas del hemisferio norte, girando alrededor de la Polar durante la noche. Cuando llegaba el momento de la migración se mostraban muy activos y trataban de salir en una dirección determinada que se podía ver por el lugar de la jaula que las aves marcaban en sus intentos fallidos por iniciar el vuelo. Emlen demostró que, para elegir el rumbo, tomaban como referencia la estrella Polar que, desde jóvenes aprendían a reconocer por permanecer quieta en el firmamento, en tanto que las otras giraban en torno a ella. Si hacía que las estrellas del planetario orbitaran alrededor de Betelgeuse, en vez de la Polar, los pájaros adultos tomaban a esta como referencia para determinar el rumbo del inicio de sus migraciones. Ni siquiera necesitaban verla, ya que les bastaba con observar la posición relativa de las otras estrellas y constelaciones. En cualquier caso, la habilidad para orientarse mediante las estrellas se adquiere a través del aprendizaje. Hay pájaros que migran por la noche y sabemos que se orientan principalmente gracias a las estrellas, como los azulejos índigo que estudió Emlen, los charlatanes (dolichonyx orxzivorus; Beason 1987), las currucas mosquitereas (sylvia borin; Weindler et al. 1997) y los gorriones sabaneros (passerculus sandwichensis; Able y Able 1996).

Las aves también utilizan la posición del sol para orientarse. En 1950, Kramer demostró por primera vez que algunos pájaros, como los estorninos europeos, utilizan la luz que proyecta el sol en el horizonte para determinar la dirección del vuelo. En su experimento utilizó espejos para alterar la posición de la marca solar y comprobó que los estorninos cambiaban el rumbo. Si adelantaba o retrasaba el sol artificial en 6 horas, con respecto al real, los estorninos cometían un error de 90 grados en el rumbo, lo que demostraba que se orientaban tomando la posición del sol como referencia. Para orientarse con el sol, el pájaro necesita un reloj interno porque en función de la hora, el sol indica una dirección distinta. A las doce del mediodía marca el sur, al amanecer, se acerca al este y durante la puesta al oeste. Para hacer un uso práctico de la posición del sol sobre el horizonte y deducir en un momento determinado la dirección que marca, es necesario saber qué hora es. Con estos dos datos, un pájaro puede orientarse. Todos los animales poseen un reloj interno que, con un periodo de aproximadamente 24 horas, marca el ciclo circadiano. En ausencia de estímulos externos, el ciclo circadiano, funciona en modo de libre curso, y es la genética de cada especie la que determina su periodicidad. Sin embargo, el ciclo se ajusta a las variaciones de luminosidad y calor, del entorno. Este ajuste implica que el ciclo adapta su periodo y fase al día solar. Cuando se producen cambios abruptos entre la fase del ciclo circadiano y la del entorno (desplazamientos que implican un cambio horario significativo o inducidos para la realización de experimentos), el ciclo circadiano se adapta a la nueva fase del entorno, aunque tarda un cierto tiempo en hacerlo porque no es capaz de adelantar o atrasar más de 60 a 90 minutos diarios.

La luz polarizada desempeña algún papel en los mecanismos de orientación que emplean las aves. La luz que llega a la atmósfera terrestre, desde el sol, es una radiación electromagnética en la que el campo eléctrico oscila de igual manera en cualquier plano que pase por la línea que marca la dirección que sigue. Cuando penetra en la atmósfera, las moléculas de vapor de agua que encuentra a su paso dispersan la luz. El campo eléctrico de los rayos luminosos que siguen la dirección que llevaba antes, después de interceptar la molécula, también vibra en todas las direcciones. Sin embargo, el campo eléctrico de los rayos de luz dispersados en otras direcciones ya no vibran en todas las direcciones. Para los que parten con un ángulo de noventa grados, solamente vibran en un plano. Este fenómenos se conoce como polarización de la luz y luz polarizada es aquella en la que el campo eléctrico no vibra en todos los planos. En los equinoccios, al amanecer o al atardecer, la luz pasa sobre un observador situado en la superficie de la Tierra en dirección este-oeste y en la opuesta; el plano perpendicular a esta dirección es el que contiene un porcentaje mayor de luz polarizada y por lo tanto la luz que proceda de puntos sobre la bóveda celeste hasta el horizonte situados en el plano norte sur será la que contenga un porcentaje mayor de polarización. Por el contrario, con el sol en su cénit al mediodía, la luz más polarizada es la que recibe el observador procedente del horizonte. A lo largo del día, la cantidad de luz polarizada que recibimos de la bóveda celeste sigue un patrón que cambia en función de la posición del sol.

Muchos animales poseen un sistema de visión capaz de detectar la luz polarizada, mediante los dobles conos de la retina, y algunos investigadores han demostrado que hay pájaros que la emplean para ajustar sus brújulas. No está claro que las aves hagan uso de la luz polarizada para orientarse durante el día, cuando está nublado y les resulta difícil determinar la posición del sol. Lo que sí se ha demostrado es que en determinados momentos de la jornada algunos pájaros recurren a la luz polarizada para corregir su rumbo. Los gorriones sabaneros (passerculus sandwichensis; Muheim et al. 2006), los zorzalitos de Swainson (catharus ustulatus; Cochran et al. 2004) y los gorriones gorgiblancos (zonotrichia albicollis; Muheim et al. 2009) utilizan la luz polarizada durante el amanecer y la puesta del sol para corregir sus brújulas magnéticas. En primavera y otoño, que es cuando suelen migrar las aves, al amanecer y al atardecer el sol se halla muy próximo al este y al oeste, respectivamente, por lo que la mayor cantidad de luz polarizada se recibe en el plano norte-sur, que contiene los rumbos que suelen seguir las aves migratorias.

La brújula magnética, las estrellas o la luz polarizada permiten que el pájaro siga un rumbo determinado, pero esos mecanismos no le garantizan que vaya a llegar a ninguna parte. Para navegar a un destino específico es necesario conocer el rumbo a seguir en todo momento, porque el rumbo inicial, debido al viento o a cualquier error en la orientación de partida y de navegación, deja de ser válido al poco tiempo de comenzar el viaje. Además, para dirigirse a un lugar determinado, desde otro en el que el pájaro no ha estado nunca, es necesario disponer de algún sistema que permita identificar un punto sobre la superficie terrestre sin ninguna ambigüedad. Nosotros utilizamos la latitud y la longitud que son arcos de circunferencia medidos desde el ecuador (latitud) y desde un meridiano de referencia (longitud). Al parecer los pájaros emplean un método bastante diferente. Casi todos los científicos que han estudiado los asuntos relacionados con la capacidad para orientarse de los pájaros coinciden en que estos animales poseen mecanismos muy sofisticados para percibir el campo magnético terrestre. De dicho campo detectan la intensidad, la inclinación (componente horizontal y vertical) y la declinación.

La intensidad del campo magnético terrestre, o fuerza, se mide en nanoteslas (nT) y varía sobre la superficie de la Tierra con valores comprendidos en la franja de 25 000 y 65 000 nT. Hay cartas que representan líneas que unen puntos de igual valor para alguna de las variables del campo magnético sobre la superficie de la Tierra. Las cartas de isodinámicas presentan líneas en las que la intensidad de campo es la misma; las hay para la intensidad total, vertical y horizontal. Las cartas de isoclinas muestran líneas en las que la inclinación magnética es constante. La inclinación es el ángulo, con respecto al plano horizontal, del vector que representa el campo magnético. Es hacia abajo en el hemisferio norte y hacia arriba en el sur y varía de (-90º) a (+90º) cuando nos movemos del polo norte al polo sur, siendo de 0º en el Ecuador. Las cartas de isógonas marcan las líneas en las que la declinación magnética es constante. La declinación es el ángulo que forma la dirección del campo magnético terrestre con el norte geográfico (positiva hacia el este, negativa en sentido contrario). Si observamos este tipo de cartas magnéticas de la Tierra podemos constatar que, en muchas partes del mundo dos de estas cartas muestran líneas que se cortan formando una especie de malla. Dicha malla define puntos sobre la Tierra caracterizados por dos valores del campo magnético únicos, al menos para cada hemisferio.

Si el ave posee la información de dichos valores, para dirigirse a ese lugar tiene que orientar su rumbo de modo que al desplazarse ambos aumenten o disminuyan según la magnitud que tengan en el destino; para lo que el pájaro necesita detectar el gradiente (la variación), de las variables del campo magnético. Cordula V. Mora y Verner P. Bingman, de la universidad estatal de Bowling Green, Ohio, han realizado experimentos con palomas (columba livia) que demuestran su capacidad para detectar las variaciones de la intensidad del campo magnético (2013). Las palomas de sus ensayos fueron capaces de aprender a moverse en el área experimental siguiendo la dirección en la que el campo magnético —creado artificialmente— aumentaba, o disminuía, para alcanzar el comedero en donde se hallaba el premio. A unas aves se las entrenó para buscaran el comedero en la dirección en la que el campo magnético aumentaba y a otras en la dirección en que disminuía. En ambos casos las palomas supieron encontrar el premio. Este experimento demuestra que la hipótesis de que las aves utilizan variables relacionadas con la intensidad del campo magnético terrestre para definir un mapa que les permita orientarse y navegar tiene un fundamento sólido, aunque aún se desconozca cómo funciona con detalle.

Los sistemas de orientación y navegación que utilizan las aves son muy complejos y el nivel de información que se tiene de los mismos es bastante limitado. Todo parece indicar que han desarrollado un sexto sentido, el magnético, cuya percepción podría estar relacionada con la vista o con el oído, incluso con ambos, y que desempeña un importante papel en la construcción de mapas que les permiten dirigirse a lugares conocidos desde sitios alejados en los que no han estado nunca. Pero este sentido no es la única herramienta que disponen para orientarse ya que los pájaros hacen uso de varios mecanismos para navegar, en función de la meteorología, sus hábitos de desplazamiento, nocturnos o diurnos, y preferencias de cada especie.

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