Un nuevo estudio muestra que los osos, que parecen mamíferos típicos, han realizado dos "operaciones irregulares" en el desarrollo de los molares a lo largo de su larga historia evolutiva, rompiendo lo que se considera un modelo universal de crecimiento dental para los mamíferos. Estas antiguas modificaciones todavía se conservan claramente en las estructuras orales de los osos actuales.

El estudio fue realizado por científicos de la Colección Estatal de Ciencias Naturales de Baviera (SNSB). Analizaron sistemáticamente fósiles de mandíbulas y molares de oso que abarcan al menos 13 millones de años y los compararon con especies vivas. Descubrieron que los osos antiguos no sólo desarrollaron nuevas formas de molares, sino que también reprogramaron las reglas del "modelo de cascada inhibidora" (ICM) en la producción de molares de mamíferos a nivel de señal molecular. Esta "modificación del programa" también se llevó a cabo durante dos grandes trastornos climáticos y medioambientales.

En los mamíferos convencionales, el desarrollo de los molares sigue un programa altamente estable: el primer molar libera una señal química cuando se forma, inhibiendo parcialmente el crecimiento del siguiente molar y formando un gradiente de volumen ordenado de adelante hacia atrás a lo largo de la mandíbula inferior. Por lo tanto, basándose únicamente en la combinación de tamaños de los molares, se puede determinar aproximadamente si uno es carnívoro, herbívoro u omnívoro. Sin embargo, las investigaciones han descubierto que los úrsidos son inherentemente "difíciles de clasificar": sus segundos molares (m2) son extremadamente grandes y nunca coinciden con este modelo clásico. Esta extraña característica apareció al principio de su evolución.

La primera "reescritura" clave ocurrió hace unos 3,6 millones de años. El protagonista fue Ursus minimus, que vivió a finales del Plioceno y es considerado el ancestro común de la mayoría de los osos actuales. Las investigaciones muestran que, en comparación con su predecesor, Ursus boeckhi, los molares medios de los osos durante este período aumentaron significativamente, lo que coincidió con la transición de Europa de bosques subtropicales cálidos y húmedos a un ambiente más fresco y seco dominado por bosques y pastizales emergentes: el número de pequeños vertebrados y trepadores de árboles originalmente abundantes disminuyó, y aunque los grandes herbívoros aumentaron, fue difícil cazarlos. Los alimentos vegetales, las raíces subterráneas, las semillas, las nueces y diversos invertebrados se volvieron más fáciles de obtener, lo que obligó a estos pequeños osos a pasar de los carnívoros a los típicos omnívoros.

Para adaptarse a este cambio en la estructura de la dieta, los osos entre U. boeckhi y U. minimus han experimentado ajustes esenciales en las señales de desarrollo de los molares: la señal inhibidora liberada por el primer molar (m1) se debilita, dando al segundo molar la oportunidad de "romper la especificación" y volverse extremadamente grande. El equipo de investigación llama a esta nueva configuración una "cascada de inhibición parcial", es decir, la secuencia completa sigue generalmente la dirección del gradiente de los molares de los mamíferos, pero la secuencia completa es "elevada" por el m2 ampliado en su conjunto, obteniendo así una capacidad de trituración más fuerte sin volcar completamente el modelo original. U. minimus se convierte así en el primer representante de un oso en la historia de la evolución de los mamíferos en registrar claramente la "modificación del programa de los molares".

La segunda "excepción" ocurrió durante el período de transición del Pleistoceno temprano-medio hace aproximadamente 1,25 millones a 700.000 años, cuando los pastizales europeos continuaron expandiéndose y el clima continuó enfriándose, coincidiendo estrechamente con la aparición del ancestro del oso de las cavernas, Ursus deningeri. Durante este período, los osos se inclinaron aún más hacia la herbivoría. Las investigaciones muestran que el programa de desarrollo molar se ajustó nuevamente: esta vez la señal inhibidora del segundo molar (m2) se debilitó, por lo que el tercer molar (m3) se agrandó, aumentando la superficie de masticación del segmento posterior y fortaleciendo significativamente la "capacidad de trituración" de los alimentos vegetales. En los primeros fósiles de osos de las cavernas, como U. deningeri, la relación de volumen de m3 a m2 superó significativamente las expectativas del modelo clásico.

Anneke van Heteren, directora de la Colección SNSB Mammalia, señaló que estos dos ajustes indican que durante la evolución de los osos, la proporción de señales inhibidoras y activadoras que controlan el crecimiento de cada molar ha cambiado significativamente, y estos cambios están altamente relacionados con el cambio en la dieta de carnívoros a omnívoros e incluso altamente herbívoros. En otras palabras, cuando los osos se enfrentan a un clima y un entorno ecológico que cambian rápidamente, no sólo responden ajustando la forma de sus coronas o sus métodos de mordida, sino que directamente "tocan el código fuente" y cambian el equilibrio de las señales químicas cuando se producen los dientes.

Lo que es aún más intrigante es que estos antiguos “parches de programa” todavía tienen un profundo impacto en los osos vivos de hoy. Los osos pardos (Ursus arctos) y los osos negros americanos (Ursus americanus) aún conservan grandes segundos molares que hacen eco de su fase omnívora en el Plioceno, heredando claramente esa infracción de las reglas. Incluso el oso polar (Ursus maritimus), que es casi exclusivamente carnívoro, todavía utiliza este antiguo plan para la configuración de los molares de su boca, pero ya no necesita depender de estos dientes para triturar las plantas de manera eficiente.

Otra rama "inconformista" es el panda gigante (Ailuropoda melanoleuca). Las investigaciones señalan que los pandas gigantes todavía pueden ver la sombra de los avances en las reglas antiguas en sus patrones básicos, pero su camino de evolución posterior es más radical: en lugar de depender de molares agrandados, es mejor construir una "máquina masticadora de alta resistencia" específicamente para una dieta de bambú rica en fibra, fortaleciendo la estructura de la mandíbula, engrosando los dientes de las mejillas y permitiendo que algunos premolares realicen tareas pesadas de molienda.

Sin embargo, el oso de anteojos (Tremarctos ornatus) en América del Sur se ha convertido temporalmente en un "misterio sin resolver" en el marco de esta investigación. Esta especie también muestra un patrón típico de segundos molares gigantes, pero debido a que las muestras fósiles de sus osos de hocico corto estrechamente relacionados no se incluyeron en este análisis, los científicos aún no han podido determinar cuándo y mediante qué ajuste de señal este sistema se embarcó en una trayectoria de evolución dental única. El equipo de investigación pidió más investigaciones sobre fósiles en el grupo Arctotheriini para ayudar a determinar si los osos de anteojos también experimentaron un proceso de reprogramación similar en "cascada inhibidora".

Los autores enfatizan que el modelo de cascada inhibidora es extremadamente sólido en una amplia gama de taxones de mamíferos, por lo que el registro de dos desviaciones claras de esta regla en los osos es particularmente sorprendente. No sólo se adaptaron a los cambios en la dieta cambiando la morfología de sus dientes, sino que también "evitó" las estrictas restricciones internas a nivel de biología del desarrollo y "reescribió" directamente el programa de crecimiento de sus molares. Este audaz intento evolutivo todavía está grabado en su dentición.

La investigación pertinente se publicó en la revista "Boreas" y fue dirigida por la Colección Estatal de Ciencias Naturales de Baviera. Muestra además que los dientes, la "caja negra de la naturaleza", son mucho más "elocuentes" de lo que parecen en términos de reconstruir la historia de los cambios ambientales y la evolución de las especies.