Resumen:
Durante mucho tiempo, la comunidad paleontológica ha creído en general que los primeros tetrápodos separaban sus cabezas de los hombros y evolucionaron cuellos independientes para permitir que sus cabezas giraran más libremente, buscando así alimento y evitando depredadores de manera más efectiva en el agua o en la tierra. Sin embargo, un nuevo estudio cuestiona esta hipótesis que ha sido popular durante décadas: los primeros cuellos eran en realidad bastante rígidos, lo que dejaba a la cabeza un espacio de movimiento muy limitado.
En los peces, las correas están unidas directamente al cráneo, por lo que el pez sólo puede girar todo su cuerpo si quiere mirar hacia la izquierda o hacia la derecha. Hace unos 380 millones de años, a algunos animales que estaban en transición del agua a la tierra comenzaron a crecerles cuellos separados de sus cuerpos. Pero una nueva investigación muestra que este cambio estructural no les dio a sus cabezas mucha libertad de movimiento. El estudio combinó nueva evidencia fósil con modelos de pruebas mecánicas en peces vivos, demostrando que estos primeros cuellos permanecían rígidos. Este estudio internacional fue realizado por Tom Stewart, profesor asistente de biología en la Universidad Estatal de Pensilvania, y los resultados se publicaron en la revista Nature el 14 de octubre.
El período Devónico tuvo lugar hace unos 420 millones a 360 millones de años. Los fósiles de este período registran muchos animales que tienen características tanto acuáticas como relacionadas con la vida terrestre. Algunos de ellos tenían aletas gruesas que pueden haber sido lo suficientemente fuertes como para soportar el peso de su cuerpo, lo que les permitía sostenerse en aguas poco profundas o impulsarse a lo largo del fondo; Al mismo tiempo, también comenzaron a aparecer cuellos claramente diferenciados en estos peces de transición.
Stewart dijo que este es un período muy interesante en la historia de la Tierra, cuando se están formando los primeros bosques y la Tierra está atravesando una reorganización dramática. Comprender exactamente cuándo y cómo nuestro linaje hizo la transición del agua a la tierra y qué sistemas anatómicos cambiaron es una parte importante de esta historia. Curiosamente, muchos de los cambios que ocurrieron en los huesos hace unos 380 millones de años todavía se reflejan en nuestros propios cuerpos hoy en día.
Este tipo de pez de transición incluye a Tiktaalik, cuyos fósiles se encontraron en la isla Ellesmere en el Círculo Polar Ártico en Nunavut, Canadá. Stewart dijo que este lote de material es importante porque Tiktaalik es uno de los parientes más cercanos de los vertebrados con extremidades y nos ayuda a reconstruir muchos de los pasos intermedios en la transición a la vida en la tierra, como el paso de chupar agua a morder la tierra, y de nadar a caminar.
Para los antepasados de los tetrápodos (vertebrados con cuatro extremidades), poder mirar hacia abajo o hacia los lados puede haberles ayudado a encontrar alimento y evitar a los depredadores en aguas poco profundas o en tierra. Por lo tanto, los científicos razonaron que el movimiento independiente de la cabeza podría ser de mayor valor en un entorno así que en aguas profundas. Stewart dijo que Tiktaalik se describió por primera vez en 2006, y durante décadas se ha asumido razonablemente que esta separación de la cabeza y los hombros debe haber permitido que la cabeza se moviera más libremente. Por lo tanto, la hipótesis de que "la movilidad del cuello es la fuerza impulsora evolutiva de este cambio en la estructura corporal de los tetrápodos" ha sido dominante, al menos hasta ahora.
Para probar esta explicación, es necesario reconstruir una columna que sea diferente a la de la mayoría de los vertebrados actuales. Los primeros tetrápodos y sus parientes tenían un tejido en forma de varilla llamado notocorda que recorría toda la longitud de sus espinas; sus vértebras eran muy pequeñas, dispuestas alrededor de esta masa gigante de tejido blando, y su comportamiento mecánico era muy diferente al de las articulaciones entre las vértebras de los animales modernos. Stewart explica que las espinas de los peces que sufren estos cambios están hechas en su mayor parte de tejido blando, que no se conserva tan fácilmente en los fósiles como los huesos. En este caso, los animales modernos pueden usarse como referencia al pasado, del mismo modo que las aves actuales nos ayudan a comprender a los dinosaurios extintos.
Las espinas construidas alrededor de una notocorda son raras hoy en día, pero alguna vez fueron comunes a lo largo de la historia de la vida. El esturión, un pez emparentado lejanamente llamado a veces "fósil viviente" debido a sus características originales, todavía conserva esta espina, lo que la convierte en un tema útil para estudiar las propiedades mecánicas que faltan en el fósil. "Queremos entender cómo vivían estos primeros animales de cuatro patas y cómo eso se reflejaba en los cambios en sus cuerpos", dijo Stewart. Es muy difícil reconstruir dónde vive un animal, cómo se mueve y cuál es su comportamiento. Lo que hace que este estudio sea digno de mención es que combina datos fósiles con estudios de animales vivos para reconstruir lo que los cambios anatómicos que vemos significan para su comportamiento desde una perspectiva mecánica y funcional.
Los investigadores midieron la rigidez de la notocorda de los esturiones modernos y luego aplicaron estas propiedades materiales a modelos de cuello de los primeros tetrápodos y parientes transicionales como Tiktaalik para probar si separar los hombros del cráneo realmente permitiría que la cabeza se moviera libremente dada la estructura espinal existente. Dana Konessel, primera autora del artículo e investigadora postdoctoral en la Universidad de Uppsala en Suecia, dijo que realizó este estudio para descubrir cuánto impacto tuvo este cambio anatómico en estos animales. La estructura de la columna vertebral de los esturiones es similar a la de los primeros tetrápodos, pero no parece ser particularmente rígida, por lo que se sorprendió al descubrir que casi todos estos animales carecen de una movilidad significativa de la cabeza después del modelado.
Estas estimaciones sólo tienen en cuenta la propia columna vertebral. Los músculos, la piel y los huesos incrustados en la piel de muchos de estos animales pueden restringir aún más el movimiento, lo que significa que el rango de movimiento del cuello de un animal real puede ser menor de lo que sugiere el modelo. Estos animales no levantan la cabeza más que el nivel de los peces, y a veces menos, y el tipo de torsión de la cabeza que podemos hacer cuando sacudimos la cabeza no es posible en estos animales, dijo Konessel.
Dado que la cabeza ganó poco espacio para movimientos adicionales, los investigadores sugieren que la aparición de un cuello independiente es más probablemente el resultado de cambios anatómicos asociados con la locomoción con las extremidades anteriores, siendo una mayor flexibilidad más un beneficio posterior que una ventaja que inicialmente provocó la separación de la cabeza y los hombros. "Sabemos que los tetrápodos eventualmente adquirieron una mayor movilidad en el cuello, lo que claramente fue ventajoso en última instancia, pero los primeros tetrápodos no pudieron disfrutar de esta ventaja debido a limitaciones anatómicas", dijo Konessel.
El artículo se titula "Modelado de la movilidad del cuello en los primeros tetrápodos utilizando analogías existentes" y los autores incluyen a Dana E. Cornesel, Cassandra M. Donatelli, Han Linfang, Thomas A. Stewart, Andrew L. Traynor, Benjamin K. A. Otto, Marcos Martinez, Tetsuo Miyashita, Emily M. Standen y Hilary C. Martin. La investigación fue apoyada por un Premio de Investigación Estudiantil Steven Cohen de la Sociedad de Paleontología de Vertebrados y financiación del Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Naturales de Canadá.
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