El color de las plumas es un costoso «diseño de sistema complejo»

 
13 marzo 2011 — Los brillantes y centellantes colores en las plumas del pecho del ave del paraíso han fascinado durante mucho tiempo a los ornitólogos. Alfred Russell Wallace fue quizá el primer inglés en ver esta magnífica ave en sus hábitats nativos de Malasia, y escribió: «la riqueza de su lustroso color naranja y la exquisita delicadeza de las plumas sueltas ondulantes eran insuperables».1

Aves del paraíso Parotia lawesii, por Richard Bowdler Sharpe. Las plumas del pecho del macho deben su intenso y cambiante color iridiscente al fenómeno de los cristales fotónicos, con un sofisticado diseño de redes multicapas que está comenzándose a comprender.

Ahora, con el uso de los microscopios electrónicos, los científicos están comenzando a comprender cómo las plumas pueden emitir unos colores tan intensos. Sabemos ahora que estos colores no son producidos por pigmentos, sino por patrones geométricos organizados, conocidos como cristales fotónicos, que dan el fenómeno del «color estructural» mediante refracción en lugar de color de pigmentación mediante reflexión. Según Pete Vukusic [Universidad de Exeter] en Current Biology,2 la estructura es más compleja de lo que se creía:
El comportamiento y la función de sistemas más simples como el de las multicapas biológicas están bien reconocidos, pero a pesar de reciente progreso en el uso y desarrollo de métodos de medición y modelado en esta área, hay muchos otros sistemas estructuralmente coloreados cuya acción y función detalladas son deficientemente comprendidos. Esto se debe mayormente debido a la complejidad morfológica de las estructuras fotónicas inherentes de sus sistemas, lo que hace difícil discernir su función y eficacia. Los efectos fotónicos que derivan de sistemas complejos se atribuyen generalmente a una dispersión coherente y su propósito se atribuye generalmente a una comunicación conespecífica o a camuflaje. Pero esto es bastante impreciso, e invariablemente pasa por alto unos rasgos estratégicos de diseño que tienen implicaciones clave en aspectos de la conducta de exhibición.
Vukusic, un experto en colores estructurales de los insectos, explicaba algo de las complejidades estructurales en los cristales fotónicos: (1) sistemas fotónicos múltiples interaccionando juntos; (2) pigmentos absorbentes que modulan los efectos ópticos; (3) variaciones de la periodicidad del índice de refracción, «una especie de ruido biológico, que suplementa o complementa el orden o cuasi orden estructural inherente de la muestra». Además, estas complejidades pueden quedar envueltas en recubrimientos geométricos mayores que modulan el efecto de campo lejano. «Conseguir una comprensión fundamental de cualesquiera mecanismos resultantes de manipulación de la luz», decía él, «no es una tarea fácil».
Un reciente estudio observa algo interesante en las plumas del ave del paraíso (Parotia lawesii): «Esta especie de ave es bien conocida por los colores iridiscentes saturados ultrabrillantes y rápidamente cambiantes de las plumas de su pecho que son protagonistas durante la exhibición en el cortejo nupcial», observaba Vukusic. Las plumas emplean cilindros de melanina y espacios de aire en la matriz de queratina de las barbillas, probablemente sintonizando el índice refractivo de los colores producidos por los patrones periódicos. Véase fotografía de esta ave más arriba, y el comunicado de prensa sobre este reciente estudio de la Universidad de Groninga.
Cosa todavía más fascinante es que las barbillas en sección transversal tienen una forma de bumerang. Este nuevo estudio descubrió el efecto: Stavenga et al «confirmaba que la geometría multicapa impuesta por la singular forma curvada de la sección transversal de las barbillas de esta especie la habilita para reflejar un intenso color saturado de manera concurrente en tres direcciones diferentes». Esta forma también causa «un cambio insólitamente repentino y espectacular en el color de la pluma con el cambio en el ángulo de observación», como cuando el macho se orienta delante de la hembra durante las exhibiciones del cortejo nupcial. Vukusic observaba, no obstante, que no se ha establecido su efecto en la conducta de la hembra. Sin embargo, «Este es un efecto óptico que observa un ser humano pero que hasta ahora ha estado sin cuantificar y su mecanismo poco comprendido». Stavenga et al decían con evidente regocijo:
Esto permite que cada barbilla funcione como tres espejos coloreados: un reflector amarillo-naranja en el plano de la pluma, y dos reflectores azulados posicionados simétricamente a ángulos respectivos de alrededor de 30°. El movimiento durante la exhibición del cortejo nupcial de los parotias consigue con ello unos cambios de color mucho mayores y repentinos que lo que es posible con plumajes iridiscentes ordinarios. Que sepamos, este es el primer ejemplo de reflectores múltiples de capa fina o multicapa incorporados en una sola estructura (de diseño de ingeniería o biológica). Ilustra de forma grata cómo una sutil modificación de la estructura básica de la pluma puede conseguir unos novedosos efectos visuales.
El poder del centelleo iridiscente no es algo que surja por un acaso. Implica control a nivel microscópico en tres dimensiones, y una cuarta dimensión temporal en la forma en que el macho manipula las plumas para un mejor efecto. «El control, no sólo de la reflexión del color sino de la distribución direccional de la reflectancia del color resultará ser probablemente una clave de la característica conductualmente vinculada de muchos animales y plantas con iridiscencia», decía Vukusic, observando que el color estructural controla el ángulo, la longitud de onda y la polarización de forma simultánea. La referencia a estructuras «de diseño de ingeniería o biológica(s)» que hacen Stavenga et al da a entender que los ingenieros podrían aprender algunos novedosos trucos visuales con el estudio del ave del paraíso.
¿Por qué iba un ave a invertir tanta energía en estos mecanismos microscópicos? «Los cambios rápidos e intensos en colores estructurales de animales, sea por medios dinámicos o de orientación», hacía notar Vukusic, «exigen estructuras o procesos costosos de crear». No presentaba ninguna especulación evolucionista sobre el origen de esta capacidad; más bien, hacía observar el diseño que contribuye a la adaptación: «Tales son los costes, e, invariablemente, tal es la eficiencia óptica y la optimización de los diseños de los sistemas, que debería estarse sirviendo de manera genuina una función biológica significativa». Y desde luego, así es: «El diseño de las barbillas de las plumas parece enormemente adaptado para el propósito de promover durante la exhibición cambios más intensos y rápidos en comparación con la mayoría de otros sistemas de plumas iridiscentes». Adicionales investigaciones «proporcionarán una mejor comprensión de la función biológica unas estrategias adaptadas de iridiscencia ofrecen a sus propietarios».

1. Michael Flannery, Alfred Russell Wallace: A Rediscovered Life (Discovery Institute Press, 2011), pp. 34, 51.
2. Pete Vukusic, «Structural Colour: Elusive Iridescence Strategies Brought to Light», Current Biology, Volumen 21, Número 5, R187-R189, 8 de marzo de 2011, 10.1016/j.cub.2011.01.049.
3. Stavenga, D. G., Leertouwer, H. L., Marshall, N. J., y Osorio, D., «Dramatic colour changes in a bird of paradise caused by uniquely structured breast feather barbules», Proceedings of the Royal Society of London B (2010), epub ahead of print. From reference provided by Vukusic; véase resumen en Pub Med.
Este fascinante artículo es un buen ejemplo de que se puede escribir sobre ciencia sin ofrecer el pellizco de incienso a Darwin. Vukusic no menciona la evolución ni una vez. Quizá se olvidó, pero, ¿quién necesita un cuento evolucionista como añadidura a las realidades que se observan? Esta es una buena investigación científica repleta de datos. Los investigadores se dieron cuenta de una característica que era a la vez fascinante y hermosa, y se plantearon preguntas acerca de cómo funciona. Usaron unos avanzados microscopios para investigar la estructura. Determinaron qué patrones geométricos producen estos efectos ópticos. Observaron que este rasgo es costoso, pero que está bien adaptado a las conductas de cortejo sexual de las aves, observando que «el diseño de las barbillas de las plumas resulta bien adaptado para el propósito de la exhibición sexual», por no decir nada de la fascinación que ejerce en los observadores humanos.
La ausencia de lenguaje darwinista queda más resaltado por el uso de lenguaje orientado al diseño que aparece en el artículo. Aunque él mismo es evolucionista (ver citas en el artículo de New York Times), en este artículo Vukusic se refiere sólo al diseño, a la adaptación y al propósito en las plumas. Todos podemos aceptar esto. Y esto ilustra cómo los conceptos de diseño inteligente en un artículo no exigen ninguna referencia religiosa. El lector puede llegar a estas conclusiones por sí mismo. «Sencillamente los hechos, señora», es todo lo necesario en un artículo científico para ver a dónde llevan los datos, sin llevar al lector de la mano. Aplaudimos al doctor Vukusic por no poner en marcha la cortina de humo darwinista. De nada sirve un lenguaje carente de contenido acerca de cómo las mariposas y las aves llegaron a estos diseños superiores mediante «evolución convergente» o cómo la selección natural pagó el alto coste de unos cristales fotónicos sólo para transmitir genes de aves. En especial, debemos ver que para conseguir respuestas correctas debemos plantear las preguntas correctas.
«Y en efecto, pregunta ahora a las bestias, y ellas te enseñarán; a las aves de los cielos, y ellas te lo mostrarán; o habla a la tierra, y ella te enseñará; los peces del mar te lo declararán también. ¿Qué cosa de todas éstas no entiende que la mano de Jehová la hizo? En su mano está el alma de todo viviente, y el hálito de todo el género humano» (Job 12:7-10).

Fuente: Creation·Evolution HeadlinesFeather Color Is a Costly “Complex System Design”  13/03/2011
Redacción: David Coppedge © 2011 Creation Safaris – www.creationsafaris.com

Traducción y adaptación: Santiago Escuain — © SEDIN 2011 – www.sedin.org


Publicado por Santiago Escuain para SEDIN – NOTAS y RESEÑAS el 3/18/2011 05:30:00 PM

Published in: on +00002011-03-18T06:40:35+00:0031000000bFri, 18 Mar 2011 06:40:35 +0000UTC 23, 2008 at 11:59 am03  Dejar un comentario  

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