El pico del Tucán

La característica fundamental que diferencia y facilita la identificación de la familia Ramphastidae es su gran pico, largo, ancho y delgado. Ya a los primeros colonizadores españoles, allá por el siglo XV, al verlos en los bosques tropicales de Centro y Sudamérica, les llamaron tanto la atención (tanto por lo desmesurado de su pico como por su colorido y sus peculiares movimientos), que los trajeron a las cortes europeas.

Este pico tan exagerado ha sido objeto de diferentes justificaciones a la hora de interpretar el porqué de tan notable tamaño de apéndice. Desde entonces hasta el momento actual, naturalistas, biólogos y especialistas en aves siguen haciéndose las mismas preguntas: ¿Para qué sirve un pico así? ¿Por qué la evolución natural seleccionaría un rasgo tan llamativo?

• El conde Buffon, gran naturalista francés del siglo XVIII, lo llegó a describir como “un apéndice monstruoso”.

• Darwin pensaba que es el resultado de un fenómeno de selección sexual, dado que él lo justificaba como un signo de atracción sexual.

• Otros naturalistas han barajado otras hipótesis:

- Una buena herramienta para coger, trocear y comer la fruta.

- Depredación de nidos, especializados en oquedades o agujeros.

- Signo disuasorio para posibles enemigos.

- Defensa territorial contra otros ejemplares, etc.

Ninguna de estas hipótesis parece definitiva a la hora de justificar su tamaño, aunque algunas de ellas le permiten determinadas ventajas.

• La teoría de Darwin: tanto el macho como la hembra tienen tamaños de pico similares y el mismo colorido, luego no se puede justificar como signo de atracción sexual del macho a la hembra.

• Una buena herramienta para coger, trocear y comer la fruta: ninguna otra especie de frugívoro tiene un pico tan grande y los componentes de la familia Ramphastidae no están especializados en un tipo de fruta que requiera esa longitud (tamaño) de pico.

• Depredación de nidos, especializados en oquedades o agujeros: no es su comida diaria ni habitual; sólo buscan proteínas en la época de cría, en la que cazan pequeños vertebrados, insectos y, ocasionalmente, huevos o pollitos, para sacar adelante a sus crías.

• Como signo disuasorio para posibles enemigos: puede ser a efectos visuales, pero no parece lógico ya que tienen muy poca fuerza en el pico. Cualquier Psitácido hace más daño con un picotazo.

• Defensa territorial contra otros ejemplares: si son de su misma especie, disponen de los mismos argumentos y si son de otras no es necesario un pico tan exagerado. En general, todas las aves son territoriales en la época de celo, defendiendo su nido y alrededores de forma muy enérgica, hasta con peligro de su vida.

Lo que está claro es que la selección natural les ha dotado de “semejante apéndice” y que lo usan con habilidad y destreza para cada una de sus necesidades cotidianas.

Todos los picos de todas las especies y subespecies de tucanes son grandes, con relación al tamaño del ave. Sus medidas oscilan desde unos 6 a 7 cm de los arasarís y tucanetes más pequeños, a los 22 o 23 cm de los tucanes más grandes, llegando a alcanzar más de 1/3 de su longitud total, incluida la cola, normalmente, adornado con llamativos y brillantes colores, desde el color negro brillante al multicolor.

Ambas mandíbulas, superior (mandíbula) e inferior (maxila), terminan en bordes aserrados, formando pequeños dientecillos, que facilitan tanto la sujeción de la presa como el corte y/o troceado de frutas o bayas. La lengua del toco es de queratina, larga, estrecha y singularmente deshilachada a cada lado. Tiene una especie de dientecillos o cuernecillos a cada lado de la lengua.

El Tucán Toco (Ramphastos toco), el mayor miembro de la familia Ramphastidae, posee el pico más grande, en relación al tamaño corporal, de todas las aves. Además de permitirles las labores normales de comida y aseo, usan el prominente pico para las peleas entre ellos, manejándolo, algunas especies, como auténticos espadachines. En periodo de celo, se ve a la pareja luchando con el pico, como en un verdadero combate de esgrima, sin hacerse daño, aunque en algunas ocasiones se pueden producir rasguños en su superficie. Esta conducta parece que forma parte de sus rituales de cortejo.

Buscando alguna explicación que justifique de forma irrevocable su tamaño, se han realizado varios estudios, uno de ellos se ocupó de cómo estaba construida la estructura del Pico del Tucán. Para realizar este estudio, se utilizaron varios picos de tucanes y se analizaron su densidad, rigidez, dureza y la respuesta a la compresión y estiramiento. También se examinaron los interiores de los picos con la ayuda del escáner y del microscopio electrónico, para comprobar su estructura.

Se comprobó que, a pesar de su longitud y aparente robustez, es muy ligero debido a su estructura. Su interior está formado por partes huecas y otras esponjosas formadas por multitud de celdillas unidas por membranas y ligamentos fibrosos hechos de proteínas ricas en calcio (fibras óseas), que las dotan de mayor rigidez, mientras que las membranas tienen una composición similar a la de la superficie exterior, formando una masa esponjosa (masa alveolar). Todo ello está recubierto por placas de queratina, el mismo material que constituyen las uñas y el cabello, unidas formando la superficie del pico. Pero esta capa exterior no es una estructura sólida realmente, sino que está formada por muchas capas de diminutas placas hexagonales superpuestas, perfectamente unidas/pegadas, con un espesor de entre 0,5 y 0,75 mm.

La composición esponjosa interior, tapada por la capa de queratina exterior, forma una estructura tipo sándwich, que es muy ligera y resistente.

Estructura esponjosa interior.

“El pico del tucán mide alrededor de 1/3 de la longitud del ave y sólo pesa, aproximadamente, 1/20 del peso total del Tucán“.

La gran sorpresa fue descubrir que la estructura de sándwich del pico del Tucán, además de hacerle muy ligero y fuerte, también lo hace muy resistente a los impactos. Efectivamente, se comporta como un sistema de absorción de impactos de alta energía.

Tanto es así, que a los investigadores que realizaron este estudio les hizo recomendar a los técnicos de la industria aeronáutica y automovilística su consideración ya que en este primer análisis detallado se muestra que:

“El pico del tucán disfruta de una estructura que le hace que esté optimizado para un grado increíble de alta resistencia y con muy poco peso”

Todo el pico está perfectamente irrigado por una red sanguínea compuesta por multitud de vasos capilares superficiales, justo en la ramfoteca, sin ningún aislamiento térmico. Igualmente, tiene múltiples terminaciones nerviosas, que le hacen ser extremadamente sensitivo.

Como en el resto de animales homeotermos, los tucanes han de igualar sus pérdidas de calor con sus ganancias para mantener la temperatura corporal constante. La ganancia de calor es la que resulta de su actividad metabólica; por lo tanto, cuando esta actividad es alta, se produce más calor y, por consiguiente, tienen que incrementar la disipación de este calor en la misma proporción, para poder seguir manteniendo constante su temperatura corporal. La pérdida de calor puede producirse de formas diversas, pero siempre depende de la temperatura ambiental y del cambio de la masa de aire alrededor del ave: no es lo mismo el tucán quieto que volando. Cuando la temperatura ambiente es alta, resulta más difícil disipar el calor, porque el gradiente entre el exterior y el interior del organismo del ave es menor y, puesto que las aves no sudan, tienen que o aumentar la superficie de irradiación o buscar temperaturas ambientales inferiores.

Los últimos estudios realizados sobre la función del pico del Tucán han desvelado que también sirve para regular su temperatura corporal:

“Es un termorregulador comparable a las orejas del elefante”.

El pico del tucán combina todas las características importantes de un radiador térmico pasivo: es amplio, no aislado y bien vascularizado

Para realizar este estudio, los científicos escogieron el tucán de mayor tamaño y de pico más grade (Ramphastos Toco). Utilizaron seis individuos, cuatro adultos y dos jóvenes, los monitorizaron con cámaras infrarrojas, (termografía infrarroja), durante varios días, de manera individualizada, a diferentes horas y en diferentes situaciones (reposo, durmiendo, volando, etc.) y también los expusieron a diferentes temperaturas entre 10° y 35°C, que es el margen de oscilación medio de las temperaturas ambientales del hábitat donde viven.

Analizando los resultados de las termografías infrarroja obtenidas durante el tiempo de estudio, los investigadores comprobaron que la temperatura superficial del pico del tucán experimenta notables variaciones en respuesta a los cambios de la temperatura del medio externo o de su cuerpo. De hecho, la temperatura de la superficie del pico se eleva de forma considerable cuando la del medio externo sobrepasa los 21ºC. Esto quiere decir que mientras la temperatura exterior se mantiene en valores no demasiado altos, los tucanes disipan el calor a través de la superficie corporal, principalmente, pero si se eleva la temperatura ambiental, al limitarse la disipación por la superficie corporal (esta muy bien aislado por sus plumas y como sabemos las aves no sudan), el pico pasa a ser un órgano de vital importancia para la disipación de este exceso de calor. Por otra parte, además de la temperatura ambiental, el nivel de actividad de los tucanes es también un condicionante importante puesto que el exceso de calor generado hay que evacuarlo a través de la superficie del pico.

¿Cómo puede regular el tucán la cantidad de calor que disipa a través de la superficie del pico?

La respuesta a esa cuestión es que tienen la capacidad de regular la distribución de calor mediante la modificación del flujo sanguíneo que circula por la gran superficie vascularizada de su pico, utilizándolo como un radiador térmico transitorio. Efectivamente, el pico es un apéndice muy irrigado por capilares sanguíneos y los cambios de temperatura de su superficie dependen, precisamente, del grado de apertura de estos capilares. El tucán ejerce, de modo inconsciente, un estricto control sobre esa circulación; que la temperatura exterior es elevada o su actividad le genera mucho calor (volando), aumenta la circulación por su pico, irradiando calor al exterior; por el contrario, que la temperatura exterior es baja o su actividad es mínima (durmiendo) disminuye la circulación. Veamos una muestra. Por debajo de una temperatura ambiental de 25°C, la única zona del pico que pierde calor es la más próxima al cráneo; pero por encima de esos 25°, el calor se disipa a través de toda la superficie, porque todos los capilares están abiertos y permiten un alto flujo de sangre a través de ellos.

Los resultados de este estudio indican que:

• El Pico del tucán es, con relación a su tamaño, una de las mayores ventanas térmicas en el reino animal, rivalizando con las orejas de elefante en cuanto a su capacidad para irradiar el calor sobrante del cuerpo.

• Ocupa aproximadamente entre el 30% y el 50% de la superficie total del cuerpo del tucán y la disipación de calor sobrante a través de él, en situación normal, oscila entre el 30% y el 60% de la pérdida de calor total, tanto en adultos como en los jóvenes. Sin embargo, los adultos pueden ajustar la pérdida de calor a través del pico entre un 5 % y, por poco tiempo, hasta el 100 % de la pérdida total de calor del cuerpo. Volando es todavía mas eficaz, puesto que tiene que eliminar el incremento de calor que el ave produce durante el vuelo, que puede ser hasta diez o doce veces superior al que se produce en reposo.

• Por el contrario, los tucanes jóvenes no pudieron ajustar/regular la circulación a través del pico de forma importante, incluso a muy bajas temperaturas ambiente (< 15°C), esta falta de respuesta (posibilidad de reducir el flujo de sangre a través del pico) hace que tenga unas pérdidas de calor importantes a bajas temperaturas, que es cuando debería de ocurrir lo contrario; durante este periodo de estudio, los pollos no están arropados/empollados por los padres durante el día, y se les notaba escalofríos a temperaturas de hasta 26°C o 27°C. Por lo tanto, incluso a estas temperaturas (climas subtropicales) los tucanes jóvenes tienen los mismos problemas de termorregulación.

El por qué, no está claro. Los investigadores de este estudio expusieron dos hipótesis:

- Que la vascularización del pico de los pollos sea mucho más densa y éstos son menos capaces para controlarla. Efectivamente, a esta edad, el pico es inferior a la mitad del tamaño de adulto y está en periodo de rápido crecimiento, por lo que necesita una gran aportación de nutrientes a través de una buena circulación sanguínea. Esta exigencia de flujo arterial alto y constante está en conflicto con la vasoconstricción necesaria para la conservación del calor.

- Que el control total sobre el flujo de sus picos se desarrolle más tarde. Es posible que la complejidad de la vascularización y de los mecanismos de control necesarios para ajustar el flujo de sangre que irriga el pico puede que no estén completamente desarrollados hasta la edad adulta.

• En los adultos, los cambios temporales en las temperaturas de la superficie del pico son rápidos y reversibles, ocurriendo en pocos minutos. Estos cambios fueron más evidentes cuando se observaron las aves mientras dormían. Cuando los pájaros se posicionan para dormir, se produce una vasodilatación en el pico transitoria, debido a que las aves reducen su temperatura corporal durante el sueño, lo cual es lógico puesto que su actividad metabólica baja al mínimo y su necesidad de pérdida de calor se soluciona con la pérdida conseguida por la transpiración corporal.

Alcanzada su temperatura corporal, se inicia una vasoconstricción progresiva hasta llegar al sueño en su posición “peculiar”, en la que podemos observar que la reducción del flujo sanguíneo en el pico es casi total. En este proceso, que dura dos o tres minutos, se reduce la temperatura hasta 10°C.

Nota:

Esta posición “peculiar” para dormir consiste en posicionar el pico en la espalda, arropado/tapado por las plumas de las alas y dorso, elevando la cola hacia delante encima del pico, aislándole todavía más de posibles pérdidas de calor. El hecho de estar el pico apoyado en su cuerpo hace que consiga una pequeña cantidad de calor por contacto, que le puede proteger en caso de posibles bajas temperaturas ambientales. Esta característica es única de la familia Ramphastidae (ninguna otra especie tiene la posibilidad de mover la cola de forma tan pronunciada) y es debida a una compleja modificación de su columna vertebral, fundamentalmente de sus nueve últimas vértebras, de las cuales las tres últimas están fusionadas y unidas a las otras por medio de una rótula, que les permite efectuar giros rápidos y muy pronunciados de su cola.

• Además, se observó que mientras duermen, muestran cambios transitorios en la temperatura de la superficie del pico sin evidencia de que se hayan despertado. Esto es indicativo de que las transiciones del sueño están asociados a cambios en el estado de su termorregulación.

• Aun con la importancia vital que tiene su función termorreguladora, los investigadores sostienen que debe diferenciarse entre las presiones selectivas que han determinado las características morfológicas del pico de la familia Ramphastidae de las funciones que, de hecho, cumple en la actualidad. Y resaltan que su trabajo se ha limitado a valorar su función termorreguladora.

De lo expuesto a lo largo del artículo podemos decir que, en el momento actual, se conoce bien la estructura, morfología, funciones y los usos del pico del tucán, pero todavía no está claro, para algunos investigadores, las causas selectivas que en su evolución han llegado a dotarle de un tamaño tan grande.

“Aunque algunos opinan que una buena justificación sería su función termorreguladora”.

Referencias

Avian Medicine Ramphastidae family.

Handbook of birds of the world

Encyclopedia of Aviculture.

Toucans, Barberts and Honeyguides.

Articulo Structure and mechanical behavior of a toucan beak por Dr. Meyers (científico de materiales y profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial de la Escuela Jacobs de Ingeniería de UCSD) y su equipo, publicado el mes de Abril del 2005

Articulo Heat Exchange from the Toucan Bill Reveals a Controllable Vascular Thermal Radiator”realizadospor los Dres. Glenn J. Tattersall, Denis V. Andrade, and Augusto S. Abe, publicados en el año 2009, m