Investigadores han examinado modelos digitales 3D de huesos, articulaciones y músculos de aletas y extremidades de dos tetrápodos tempranos extintos y un pez fósil estrechamente relacionado.
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| Recreación de los primeros Pederpes tetrápodos que muestran los huesos de las extremidades anteriores debajo de la piel. - JULIA MOLNAR |
Cuando los tetrápodos (vertebrados de cuatro extremidades)
comenzaron a moverse del agua a la tierra hace aproximadamente 390 millones de
años, puso en marcha el surgimiento de lagartos, aves, mamíferos y todos los
animales terrestres que existen en la actualidad, incluidos los humanos y
algunos vertebrados acuáticos como las ballenas y delfines.
Los primeros tetrápodos se originaron en sus ancestros peces
en el período Devónico y son más del doble de antiguos que los fósiles de
dinosaurios más antiguos. Se parecían a un cruce entre una salamandra gigante y
un cocodrilo y medían entre 1 y 2 metros de largo, tenían branquias, patas
palmeadas y aletas de la cola, y todavía estaban fuertemente atadas al agua.
Sus patas cortas tenían hasta ocho dedos en cada mano y pie y probablemente
eran depredadores de emboscada, acechando en aguas poco profundas esperando que
la presa se acercara.
Los científicos saben cómo las aletas de los peces se
transformaron en extremidades de tetrápodos, pero sigue habiendo controversias
sobre dónde y cómo los primeros tetrápodos usaron sus extremidades. Y, aunque
se han propuesto muchas hipótesis, muy pocos estudios las han probado
rigurosamente utilizando el registro fósil.
La investigación, dirigida por Julia Molnar, profesora
asistente en el Instituto de Tecnología de la Facultad de Medicina Osteopática
de Nueva York, y Stephanie Pierce, profesora asociada de Biología Organísmica y
Evolutiva en la Universidad de Harvard, descubrió tres etapas funcionales distintas
en la transición de las aletas a las extremidades, y que estos primeros
tetrápodos tenían un patrón muy distinto de apalancamiento muscular que no se
parecía a una aleta de pez o extremidades de tetrápodos modernos.
Para reconstruir cómo funcionaban las extremidades de los
primeros tetrápodos conocidos, Molnar, Pierce y los coautores John Hutchinson,
del Royal Veterinary College; Rui Diogo, de la Universidad de Howard, y
Jennifer Clack, de la Universidad de Cambridge, primero necesitaron averiguar
qué músculos estaban presentes en los animales fósiles.
Una tarea compleja ya que los músculos no se conservan en
los fósiles y los músculos de las aletas de los peces modernos son
completamente diferentes a los de las extremidades de los tetrápodos. El equipo
pasó varios años tratando de responder la pregunta de cómo exactamente los
pocos músculos simples de una aleta se convirtieron en docenas de músculos que
realizan todo tipo de funciones en una extremidad tetrápoda.
"Determinar qué músculos estaban presentes en un fósil
de 360 millones de años tomó muchos años de trabajo solo para llegar al punto
en que pudiéramos comenzar a construir modelos musculoesqueléticos muy
complicados --recuerda Pierce--. Necesitábamos saber cuántos músculos estaban
presentes en los animales fósiles y dónde se unían a los huesos para poder
probar cómo funcionaban".
Construyeron modelos musculoesqueléticos tridimensionales de
la aleta pectoral del Eusthenopteron (un pez estrechamente relacionado con los
tetrápodos que vivieron durante el período Devónico tardío hace unos 385
millones de años) y las extremidades anteriores de dos tetrápodos tempranos, el
Acanthostega (365 millones de años viviendo hacia el final del período Devónico
tardío) y el Pederpes (348-347 millones de años que vivieron durante el período
Carbonífero temprano).
A modo de comparación, también construyeron modelos
similares de las aletas pectorales de peces vivos (celacanto y pez pulmonado) y
extremidades anteriores de tetrápodos vivos (salamandra y lagarto).
Para determinar cómo funcionaban las aletas y las
extremidades, los investigadores utilizaron un software computacional
desarrollado originalmente para estudiar la locomoción humana. Esta técnica se
había utilizado recientemente para estudiar la locomoción en los antepasados de
los humanos y también en dinosaurios como el T. rex, pero nunca en algo tan
antiguo como un tetrápodo primitivo.
Al manipular los modelos en el software, el equipo pudo
medir dos rasgos funcionales: el rango máximo de movimiento de la articulación
y la capacidad de los músculos para mover la aleta o las articulaciones de las
extremidades. Las dos mediciones revelarían compensaciones en el sistema
locomotor y permitirían a los investigadores probar hipótesis de función en
animales extintos.
El equipo encontró que las extremidades anteriores de todos
los tetrápodos terrestres pasaron por tres etapas funcionales distintas: una
etapa de "pez bentónico" que se parecía al pez pulmonado moderno, una
etapa de "tetrápodo temprano" diferente a cualquier animal extinto, y
una etapa de "tetrápodo de corona" con características de lagartos y
salamandras.
"La aleta del Eusthenopteron tenía un patrón que
recordaba al pez pulmonado, que es uno de los parientes vivos más cercanos de
los tetrápodos --apunta Pierce--. Pero los primeros miembros de los tetrápodos
mostraron más similitudes entre sí que los peces o los tetrápodos
modernos".
"Eso fue quizás lo más sorprendente --admite Molnar--.
Pensé que el Pederpes, y posiblemente el Acanthostega, encajarían bastante bien
dentro del rango de los tetrápodos modernos. Pero formaron su propio grupo
distintivo que no parecía una extremidad de tetrápodo moderno o una aleta de
pez. No estaban justo en el medio pero tenían su propia colección de
características que probablemente reflejaban su entorno y comportamientos
únicos".
Los resultados mostraron que las primeras extremidades de
los tetrápodos estaban más adaptadas para la propulsión que para soportar peso.
En el agua, los animales usan sus extremidades como propulsión para moverse
hacia adelante o hacia atrás, permitiendo que el agua soporte su peso corporal.
Sin embargo, moverse en tierra requiere que el animal actúe contra la gravedad
y empuje hacia abajo con sus extremidades para sostener su masa corporal.
Esto no significa que los primeros tetrápodos fueran
incapaces de moverse por tierra, sino que no se movieron como un tetrápodo vivo
de hoy en día. Su medio de locomoción probablemente era exclusivo de estos
animales que todavía estaban muy atados al agua, pero que también se
aventuraban a la tierra, donde había muchas oportunidades para los animales
vertebrados pero poca competencia o miedo de los depredadores.
"Estos resultados son emocionantes, ya que respaldan de
forma independiente un estudio que publiqué el año pasado utilizando fósiles y
métodos completamente diferentes --destaca Pierce--. Ese estudio, que se centró
en el hueso de la parte superior del brazo, indicó que los primeros tetrápodos
tenían cierta capacidad de movimiento terrestre, pero que es posible que no
hayan sido muy buenos en eso".
Los investigadores están más cerca de reconstruir la evolución de la locomoción terrestre, pero se necesita más trabajo. Planean modelar a continuación la extremidad trasera para investigar cómo trabajaron juntas las cuatro extremidades. Se ha sugerido que los primeros tetrápodos utilizaban sus extremidades anteriores para la propulsión, pero los tetrápodos modernos obtienen la mayor parte de su poder de propulsión de la extremidad trasera.
1 comentario:
Muy buena información
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