¿Cuándo comenzaron los animales a hacer ruido?

El paleontólogo Michael B. Habib explica cómo los fósiles muestran cuándo y cómo aparecieron los principales tipos de estructuras de producción y detección de sonido en los animales.

Los conocimientos recientes sobre la evolución de la acústica de los animales han llevado a una nueva comprensión de cómo surgieron nuestros paisajes sonoros modernos.
Los conocimientos recientes sobre la evolución de la acústica de los animales han llevado a una nueva comprensión de cómo surgieron nuestros paisajes sonoros modernos.

Damos por sentado que prácticamente todos los hábitats de la Tierra están vivos con los sonidos de los animales, desde los inquietantes cantos de las ballenas en los océanos hasta la desenfrenada sinfonía de pájaros, ranas e insectos en los bosques y el alboroto de los humanos y nuestras creaciones tecnológicas en ciudades de todo el mundo. Sin embargo, durante la mayor parte de la historia de nuestro planeta, los únicos sonidos fueron los del viento, la lluvia y las olas.

En mi trabajo como paleontólogo, busco comprender la vida de los animales extintos: cómo se movían, qué comían, los sonidos que podrían haber hecho. También sirvo como consultor de animación y diseño de criaturas para exhibiciones, televisión, películas y juegos. Entre los temas más comunes que me han pedido que aborde para estos proyectos están los relacionados con los sonidos de los animales.

Los conocimientos recientes sobre la evolución de la acústica animal han llevado a una nueva comprensión de cómo surgieron nuestros paisajes sonoros modernos

Ya sea que alguien esté reconstruyendo pterosaurios desaparecidos hace mucho tiempo para un estudio académico o diseñando una criatura para una película de gran éxito, el sonido es fundamental para dar vida a mundos pasados ​​e imaginarios.

Los conocimientos recientes sobre la evolución de la acústica animal han llevado a una nueva comprensión de cómo surgieron nuestros paisajes sonoros modernos. Los fósiles revelan cuándo aparecieron los principales tipos de estructuras de producción y detección de sonidos en los precursores de las criaturas invertebradas y vertebradas de la actualidad. Y en algunos casos, el modelado inteligente ha permitido a los científicos recrear los mismos sonidos antiguos. Quedan muchos detalles por resolver, pero ahora podemos comenzar a reconstruir el amanecer del estruendo.

Fósil de dinosaurio (Tyrannosaurus Rex) encontrado por arqueólogos
Fósil de dinosaurio (Tyrannosaurus Rex) encontrado por arqueólogos.

Comportamientos básicos de producción de sonidos

El registro fósil indica que la vida en la Tierra comenzó hace 3.700 millones de años. Pero esos primeros organismos, incluidos los microbios y, mucho más tarde, los animales de cuerpo blando similares a las medusas de hoy, eran un grupo tranquilo. No fue hasta el estallido evolutivo que se produjo en el período Cámbrico, hace entre 541 millones y 485,4 millones de años, que los animales adquirieron algunos comportamientos básicos de producción de sonidos relacionados con la locomoción y la depredación.

El silencio bajo el agua, probablemente, solo estaba interrumpido por el deslizamiento de los pies de los artrópodos sobre la arena o el débil crujido de un cefalópodo al romper un caparazón

Sin embargo, incluso entonces, el silencio bajo el agua, donde vivían estas criaturas, probablemente solo estaba interrumpido por el deslizamiento de los pies de los artrópodos sobre la arena o el débil crujido de un cefalópodo al romper un caparazón. Mientras tanto, el reino terrestre permaneció esencialmente en silencio. Pasaron más de 200 millones de años antes de que el zumbido de los insectos comenzara a llenar el aire, dando lugar a un mundo acústico completamente nuevo.

El insecto putativo más antiguo conocido data de hace 408 millones de años y probablemente era mudo y sordo. Los científicos no saben exactamente cuándo los insectos comenzaron a emitir o escuchar sonidos por primera vez, pero el registro fósil proporciona una fecha mínima: un saltamontes de hace unos 250 millones de años tiene la anatomía productora de sonido característica de este grupo.

 

Los primeros fósiles conocidos de parientes de cigarras también datan de esta época. Estos insectos pueden generar sonidos excepcionalmente fuertes, al doblar y desabrochar rápidamente estructuras parecidas a tambores en sus cuerpos llamadas timbales. Las estructuras de producción de sonido están tan bien conservadas en algunos fósiles de insectos que los investigadores pueden reconstruir las canciones que las criaturas cantaban en vida.

Esquema de los sonidos de los insectos.
Esquema de los sonidos de los insectos. Foto: Scientific American.

Para estos primeros insectos zumbadores, las ventajas de producir y escuchar sonidos habrían sido numerosas. Podrían comunicarse a distancia, escuchar a los depredadores acercarse y, tal vez, incluso atraer a la presa, imitando los sonidos de la pareja potencial de un animal objetivo. El sonido ofreció un nuevo medio para atraer parejas y, al hacerlo, dio lugar a un nuevo tipo de batalla biológica: la evolución del más ruidoso.

La amplia gama de habilidades vocales de los vertebrados

Los vertebrados probablemente comenzaron a experimentar con el sonido de forma limitada al mismo tiempo que los insectos comenzaron a zumbar y piar. Los anfibios, reptiles y mamíferos de hoy en día poseen una laringe, o laringe, cerca de la parte superior de sus vías respiratorias. Este hecho sugiere que la heredaron de su último ancestro común, lo que significaría que la laringe es casi tan antigua como los propios vertebrados terrestres, remontándose a unos 300 millones de años.

A partir de hace aproximadamente 230 millones de años, durante la era Mesozoica, los animales vertebrados desarrollaron una amplia gama de habilidades vocales

Sin embargo, probablemente tomó millones de años para que las vocalizaciones verdaderamente especializadas o poderosas evolucionaran en estos animales. Se sabe poco sobre estas primeras etapas de la vocalización de los vertebrados, sobre todo porque la laringe está formada por cartílago, que generalmente no se conserva bien.

Lo que sí sabemos es que a partir de hace aproximadamente 230 millones de años, durante la era Mesozoica, los animales vertebrados desarrollaron una amplia gama de habilidades vocales. Fue entonces cuando el mundo se volvió verdaderamente ruidoso.

Por ejemplo, las ranas, con su rico repertorio de llamadas y cantos, aparecieron por primera vez en el Mesozoico. Los mamíferos también debutaron en esta época, y sus chirridos, gruñidos y silbidos característicos probablemente evolucionaron desde el principio. Aunque no tenemos mucha evidencia directa del aparato de producción de sonido en los primeros mamíferos, tenemos un emocionante registro fósil de sus oídos.

Curiosidades de las ranas. Estos anfibios cuentan con un buen número de especies distintas. Foto: IStock.
Las ranas, con su rico repertorio de llamadas y cantos, aparecieron por primera vez en el Mesozoico. Foto: IStock.

El oído de los mamíferos es único, con tres pequeños huesos en el oído medio, dos de los cuales se derivan de los huesos que forman la mandíbula en la mayoría de los demás vertebrados. Estos oídos especiales son bastante buenos para escuchar sonidos de alta frecuencia, lo que podría haber ayudado a los mamíferos a encontrar presas de insectos zumbantes.

Los dinosaurios, los animales con mayor talento acústico

Entre los animales con más talento acústico en el Mesozoico estaban los dinosaurios. En 1981, David Weishampel llevó a cabo una de las primeras reconstrucciones de la vocalización de un animal fósil, trabajando con el dinosaurio herbívoro de pico de pato Parasaurolophus.

Esta criatura tenía una cresta gigante en la cabeza que se conectaba a sus vías respiratorias. Weishampel demostró que era una excelente cámara de resonancia. Teniendo en cuenta su tamaño y forma, pudo estimar el repertorio sonoro de Parasaurolophus y reproducirlo con un modelo que construyó.

Los cráneos de muchos de ellos contenían cámaras complejas. El flujo de aire a través de estos espacios podría haber permitido a los animales producir una amplia gama de sonidos

Las herramientas digitales cada vez más sofisticadas han hecho posible hacer este tipo de análisis en profundidad en muchos más especímenes.

Desde 2008, Lawrence Witmer, de la Universidad de Ohio, y su equipo han estado utilizando tomografías computarizadas, junto con modelos de mecánica de fluidos, para evaluar la producción de sonido en varias especies de dinosaurios. Han descubierto que los cráneos de muchos de ellos contenían cámaras complejas. El flujo de aire a través de estos espacios habría sido correspondientemente enrevesado y ayudó a regular la temperatura corporal, pero también podría haber permitido a los animales producir una amplia gama de sonidos, incluidos graznidos, bramidos y trompetas.

Gracias al Museo Americano de Historia Natural, repasamos los nombres de los dinosaurios más famosos.
La reconstrucción de los ruidos dproducidos por los dinosaurios hn servido para muchas películas.

La reconstrucción de las vocalizaciones de los dinosaurios ha sido durante mucho tiempo un pilar de la industria cinematográfica. Los rugidos en películas, como Jurassic Park, se encuentran entre las representaciones más famosas de sonidos de animales extintos.

Los sonidos de los dinosaurios depredadores como el Tyrannosaurus rex podrían haber sido más parecidos a los de las aves que a los de los mamíferos

Pero Julia Clarke, de la Universidad de Texas, en Austin, y sus colegas descubrieron que los sonidos de los dinosaurios depredadores como el Tyrannosaurus rex podrían haber sido más parecidos a los de las aves que a los de los mamíferos.

Al informar sobre el trabajo de Clarke, algunos periodistas escribieron que los temibles tiranosaurios podrían haber "tocado la bocina" en lugar de "rugido". Pero, antes de que empieces a imaginarte al Tyrannosaurus rex como un ganso gigante, vale la pena señalar que los investigadores querían decir "bocinar" desde el punto de vista de la biomecánica, un sonido producido principalmente a través de la nariz en lugar de la boca, comenzando con la vibración de estructuras profundas en el pecho.

Escalado al tamaño de un tiranosaurio, ese bocinazo se convierte en una mega trompeta de guerra de barítono bajo. La bestia podría haber resonado con toda la fuerza de toda la sección de metales de la Filarmónica de Los Ángeles, antes de entrar en batalla armada con mandíbulas trituradoras de seis pies de largo.

Se cree que los brachiosaurios a penas tenían voz.
Se cree que los brachiosaurios casi no tenían voz.

Sin embargo, algunos dinosaurios probablemente eran un poco menos vocales de lo que a menudo se retrata. En el Parque Jurásico original, los braquiosaurios de cuello largo tocaban la trompeta como elefantes. En realidad, probablemente estaban casi sin voz. A lo sumo podrían haber sido capaces de silbar. En todos los tetrápodos, el grupo que incluye a los primeros vertebrados terrestres y sus descendientes, las vocalizaciones primarias en la laringe están controladas predominantemente por el nervio laríngeo recurrente. Este nervio siempre tiene la misma configuración extraña: baja por todo el cuello, rodea grandes vasos sanguíneos en la parte superior y media del tórax y luego vuelve a subir por el cuello hasta la laringe. Como resultado, las señales de voz tienen que viajar aproximadamente el doble de la longitud del cuello.

La próxima vez que veas Jurassic Park, imagina hadrosaurios graznando, tiranosaurios trompeteando y braquiosaurios silbando

Para los animales de cuello corto, incluidos los humanos, el retraso resultante en la velocidad de la señal es trivial. Pero para un dinosaurio gigante de cuello largo, este retraso sería comparativamente enorme, tanto que, de hecho, no habría forma de controlar adecuadamente el rápido movimiento de las cuerdas vocales durante vocalizaciones complejas como graznidos o trompetas.

La próxima vez que veas Jurassic Park, imagina hadrosaurios graznando, tiranosaurios trompeteando y braquiosaurios silbando.

Las aves, las vocalizaciones más sofisticadas del reino animal

Con toda probabilidad, muchos dinosaurios eran vocalistas impresionantes. Pero, un grupo en particular desarrolló algunas de las vocalizaciones más sofisticadas de cualquier animal. Todavía viven entre nosotros miembros de este grupo: los pájaros. Las aves más antiguas conocidas se identificaron a partir de depósitos fósiles que tienen unos 150 millones de años, aunque sus habilidades vocales únicas pueden haber evolucionado un poco más tarde.

Las aves tienen una estructura vocal especial llamada siringe. Su laringe se reduce y la siringe proporciona casi todo su control vocal. Mientras que la laringe reside en la parte superior de la vía aérea principal, la siringe se encuentra en la parte inferior, donde la tráquea (también conocida como la tráquea) se ramifica hacia los pulmones. Esta disposición anatómica ofrece varias ventajas.

Una de las más fundamentales, descrita en 2019 por Tobias Riede de la Universidad Midwestern y sus colegas, es que mejora en gran medida la eficiencia resonante. En otras palabras, produce más sonido por el mismo gasto energético. Otra ventaja es que la siringe puede usar las corrientes de aire de los pulmones derecho e izquierdo de manera diferente.

Las aves tienen una estructura vocal especial llamada siringe.
Las aves tienen una estructura vocal especial llamada siringe.

Los pájaros cantores son particularmente expertos en esto; los sonidos de cada lado se pueden producir de forma simultánea o independiente. En algunos casos, los dos lados están especializados para diferentes rangos de frecuencia, lo que permite que el pájaro cante dúos internos. El hermoso canto del zorzal ermitaño moderno resulta de esta capacidad.

Los otros vertebrados voladores del Mesozoico, los pterosaurios, no tenían siringe. Por tanto, al contrario de lo que Hollywood podría hacernos creer, no sonaban como pájaros

Los científicos aún no tienen una comprensión firme de los orígenes de la siringe. La más antigua descubierta hasta la fecha proviene de un espécimen del ave extinta Vegavis, descrita en 2016 por Clarke y sus colegas. Vegavis vivió durante la última parte del período Cretácico, hace entre 66 y 69 millones de años. Pero su siringe ya estaba bastante especializada, con su espacio de resonancia ampliado y la asimetría asociada con la producción de sonido de dos lados. Una versión más primitiva del órgano podría haberse originado antes.

Curiosamente, los otros vertebrados voladores del Mesozoico, los pterosaurios, no tenían siringe. Por tanto, al contrario de lo que Hollywood podría hacernos creer, no sonaban como pájaros. Probablemente sonaban más como otros reptiles. Podrían haber gruñido, siseado, chasqueado o incluso picado, abriendo y cerrando sus picos para hacer un ruido metálico.

La aparición de la ecolocalización

Con la llegada de la era Cenozoica, hace 66 millones de años, surgió una nueva forma de experimentar el mundo acústicamente: la ecolocalización. Los murciélagos y las ballenas aparecieron a principios del Cenozoico, y ambos grupos desarrollaron esta capacidad de ver con el sonido. Sin embargo, la ecolocalización requiere un poco de anatomía sofisticada.

Para usar la ecolocalización, un animal tiene que producir un haz de sonido, apuntarlo en la dirección deseada, escuchar los ecos y luego procesar esos ecos 

Para usar la ecolocalización, un animal tiene que producir un haz de sonido, apuntarlo en la dirección deseada, escuchar los ecos y luego procesar esos ecos para determinar la distancia, la velocidad y la forma general de cualquier objeto del que reboten los sonidos. Es un gran truco para navegar y cazar en cielos oscuros o aguas turbias.

Los murciélagos vampiros comunes (Desmodus rotundus) forman lazos sociales en el dormidero. Foto. ScienceNews.
Murciélagos vampiros comunes (Desmodus rotundus). Estos animales usan la ecolocalización. Foto. ScienceNews.

Al igual que con la luz, el tamaño del objeto más pequeño que se puede ver con ecolocalización es igual a la mitad de la longitud de onda del haz emitido. Sin embargo, las ondas de sonido son mucho más largas que las de luz, por lo que para obtener una imagen decente del entorno o para ver insectos diminutos, el emisor debe producir sonidos de muy alta frecuencia, que tienen longitudes de onda más cortas que los de baja frecuencia.

En los murciélagos, estas llamadas, que son producidas por la laringe y la lengua, suelen ser demasiado altas para que las escuchemos

En los murciélagos, estas llamadas, que son producidas por la laringe y la lengua, suelen ser demasiado altas para que las escuchemos. La audición humana alcanza un máximo de unos 20.000 hercios, mientras que las llamadas de los murciélagos oscilan entre unos 10.000 y la asombrosa cifra de 200.000 hercios. Solo escuchamos las llamadas de frecuencia más baja de los murciélagos; suenan como chirridos agudos para nosotros, pero para ellos son el equivalente a voces de barítono bajo.

Sabemos, aproximadamente, cuándo los murciélagos comenzaron a ecolocalizar, debido a las características de la anatomía del oído en los fósiles. Para escuchar los ecos de las llamadas ultrasónicas, éstos necesitan oídos internos comparativamente gigantes.

La estructura primaria de la audición en el cráneo se llama cóclea y ésta cabría en la cara de una moneda de diez centavos con espacio de sobra. Si su cóclea tuviera el mismo tamaño relativo que la de un murciélago, cada una tendría aproximadamente el tamaño de una pelota de golf. El Icaronycteris de 50 millones de años del oeste de Wyoming es uno de los primeros murciélagos conocidos, y ya tenía características craneales asociadas con la ecolocación ultrasónica en murciélagos vivos.

La evolución de la ecolocalización en estos animales marcó una gran revolución ecológica: los vertebrados ahora podían cazar insectos al vuelo en la oscuridad total. Después de 275 millones de años, los insectos voladores no tenían dónde esconderse. Los murciélagos florecieron como resultado de esta innovación. Hoy constituyen aproximadamente el 25 por ciento de las especies de mamíferos, y aunque algunos dependen únicamente de la visión para cazar, la mayoría de ellos se ecolocalizan.

Los murciélagos florecieron como resultado de esta innovación. Hoy constituyen aproximadamente el 25 por ciento de las especies de mamíferos.
Los murciélagos florecieron como resultado de esta innovación. Hoy constituyen aproximadamente el 25 por ciento de las especies de mamíferos.

Además de los trabajos de ecolocalización en entornos aéreos, los hábitats acuáticos son, en cierto modo, aún más susceptibles al uso del sonido reflejado para determinar dónde se encuentran los objetos en el espacio.

El agua transporta la energía del sonido con mucha menos pérdida de señal por unidad de distancia, lo que proporciona a los ecolocalizadores acuáticos un mayor alcance que sus contrapartes aéreas. Los sonidos de alta frecuencia siempre tienen un alcance reducido en comparación con los de baja frecuencia en el mismo entorno, pero en el agua, algunos delfines pueden distinguir objetos con ecolocalización a una distancia de hasta 650 pies.

Los delfines marinos, como el familiar delfín nariz de botella, pueden usar la ecolocalización para obtener un “primer vistazo” a larga distancia en aguas oscuras o turbias

Los murciélagos aéreos, por el contrario, no pueden localizar objetos grandes a más de 160 a 300 pies de distancia; el rango es mucho más corto para las presas de insectos diminutos.

Los delfines marinos, como el familiar delfín nariz de botella, pueden usar la ecolocalización para obtener un “primer vistazo” a larga distancia en aguas oscuras o turbias. Los de río, como los que viven en el Amazonas, hacen un uso aún mayor de la ecolocalización. El entorno de estos cetáceos es excepcionalmente turbio. Los delfines tienen ojos más pequeños y, por lo tanto, una agudeza visual reducida en comparación con otros cetáceos, y parecen depender en gran medida de la ecolocalización para navegar y encontrar comida.

Los mamíferos marinos también tienen otros registros de sonido. Los campeones del alcance sónico masivo son las ballenas barbadas gigantes. Con laringes de hasta dos pies de largo y llamadas tan bajas que un humano no puede oírlas, algunas de estas ballenas cantan canciones que pueden transmitirse durante cientos, posiblemente miles, de millas. Entre los murciélagos y las ballenas, el mundo es aún más ruidoso de lo que los humanos podemos darnos cuenta.

La vocalización y el lenguaje humano

Unos 230 millones de años después de que los sonidos de los primeros mamíferos comenzaran a impregnar el mundo, la vocalización asumió un nuevo papel con la evolución del lenguaje humano.

Los prerrequisitos anatómicos para éste, incluyendo una laringe que pueda ajustarse rápidamente y una integración sofisticada de ésta y la lengua, parecen remontarse al menos al origen de nuestro género, Homo. Esto significa que los ancestros humanos pueden haber tenido alguna forma de habla desde hace 2,8 millones de años. Sin embargo, exactamente cuándo y en qué se originó por primera vez el lenguaje de la especie Homo sigue siendo un tema de debate.

Cuándo y en qué se originó por primera vez el lenguaje de la especie Homo sigue siendo un tema de debate.
Cuándo y en qué se originó por primera vez el lenguaje de la especie Homo sigue siendo un tema de debate.

El lenguaje surgió no sólo de la anatomía que posibilita el habla, sino también de la capacidad de pensamiento simbólico. La mayoría de los modelos sugieren que Homo erectus, que debutó hace alrededor de 1,8 millones de años, fue el primer antepasado humano en usar símbolos. Pero el lenguaje humano completamente formado, con sus complejas reglas de gramática y sintaxis, podría ser exclusivo de nuestra propia especie, lo que significaría que se originó en los últimos cientos de miles de años.

No es solo la posesión del lenguaje lo que es tan poderoso: los humanos son únicos en sus habilidades para enseñar, aprender y registrarlo. Aunque los investigadores han enseñado con éxito a otros primates a usar el lenguaje de señas, ninguno de estos simios educados ha enseñado éste a otros de su especie, incluso cuando se les ha dado la oportunidad.

El lenguaje humano es uno de los rasgos biológicos más impactantes que jamás haya evolucionado. En él se ha basado la formación de nuestros grupos sociales, sociedades y civilizaciones

En un caso, un chimpancé en las instalaciones de primates de la Universidad de Duke al que se le había enseñado el lenguaje de señas se reunió con sus iguales. Trató de usar su nuevo conjunto de habilidades para comunicarse con sus compañeros chimpancés. Tras una semana de intentos, sus cuidadores lo encontraron en un rincón del potrero, donde se había aislado. Cuando le preguntaron en lenguaje de señas por qué no estaba con los otros, respondió: “Porque son insectos”.

El lenguaje humano es uno de los rasgos biológicos más impactantes que jamás haya evolucionado. En él se ha basado la formación de nuestros grupos sociales, sociedades y civilizaciones. Al coordinar nuestros esfuerzos a través del lenguaje, hemos inventado todo, desde la agricultura hasta los transbordadores espaciales, tecnologías que en sí mismas contribuyen a los paisajes sonoros contemporáneos. Puede que el nuestro no sea el sonido animal más antiguo, ni el más fuerte, ni el más dulce, pero es, en cierto sentido, el que más cambió el mundo.

Funete: Scientific American.

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