La cintura escapular es un ejemplo clásico de una "novedad" evolutiva
Un nuevo análisis de los huesos y músculos de un antiguo pez proporciona nuevas pistas sobre cómo evolucionó el hombro en los animales, incluidos nosotros.
La cintura escapular (la configuración de huesos y músculos que en los humanos sostienen el movimiento de los brazos) es un ejemplo clásico de una "novedad" evolutiva. Aquí es donde aparece una nueva característica anatómica sin precursores evidentes; donde no hay pruebas irrefutables de qué característica conducía claramente a otra.
La nueva investigación, que reúne una variedad de técnicas de investigación evolutiva que incluyen fósiles, biología del desarrollo y anatomía comparada, sugiere una nueva forma de observar cómo evolucionaron las principales características anatómicas, como los hombros.
Los resultados del estudio, dirigido por el Dr. Martin Brazeau del Imperial College e investigadores del Museo de Historia Natural de Londres se publicaron en Nature.
Una teoría sobre el origen del hombro es que fue parte de cómo se formaron las aletas en pares a cada lado del cuerpo del pez, cuya evolución permitió a los peces un mayor control de la natación y, finalmente, estimuló el movimiento del agua a la tierra. La hipótesis del "arco branquial" sugiere que estas aletas evolucionaron a partir de los "bucles" óseos que sostienen las branquias, que también formaron el hombro. Sin embargo, ha sido difícil reunir evidencia para esta hipótesis, ya que las características rara vez se conservan en los fósiles.
Una teoría diferente sobre cómo se formaron las aletas, la hipótesis del "pliegue de las aletas", sugiere que los precursores de las aletas emparejadas evolucionaron a partir de una línea de músculos en los flancos del pez. Esta teoría ha obtenido mucha evidencia que la respalda en los 150 años transcurridos desde que se propusieron ambas, pero no puede explicar cómo evolucionó la cintura escapular asociada.
Ahora, al volver a analizar un antiguo cráneo de pez fósil poco después de que surgiera la cintura escapular, junto con otras líneas de evidencia, el equipo sugiere que la verdad puede residir en una versión modificada de la hipótesis del arco branquial que la concilia con la hipótesis del pliegue de las aletas.
El fósil que examinó el equipo es un placodermo, de la especie Kolymaspis sibirica llamado Brindabellaspis, que vivió hace unos 407 millones de años y fue uno de los primeros peces con mandíbulas. El fósil tiene una caja cerebral bien conservada: las partes internas duras del cráneo que registran huellas y otras características del cerebro.
Imagen: Brindabellaspsis, un pez placodermo extinto que se muestra en la reconstrucción de un artista, tenía un cartílago de soporte primitivo, parecido a un hombro, para sus aletas delanteras emparejadas
El Dr. Brazeau se dio cuenta de que a pesar de la mala o nula preservación de los arcos branquiales en tales fósiles, la evidencia de ellos podría preservarse bien en la caja del cerebro: la "caja" cartilaginosa u ósea que rodea el cerebro y sostiene las estructuras sensoriales como los ojos y los oídos. El caso del cerebro mostraba una curiosa articulación cabeza-hombro resaltada por la configuración de músculos y vasos sanguíneos.
Al comparar esta característica en el fósil de pez con mandíbulas con las características de la caja del cerebro de sus precursores, los peces sin mandíbulas, él y el equipo descubrieron nuevas formas de compararlos. Descubrieron que la inusual articulación cabeza-hombro tiene similitudes con los arcos branquiales de peces anteriores, lo que sugiere que fueron estos los que se retuvieron e incorporaron a la formación del hombro en una etapa temprana.
Mientras que la mayoría de los peces sin mandíbulas tienen entre 5 y 20 arcos branquiales, los peces con mandíbulas casi nunca tienen más de cinco. Combinando esto con la nueva evidencia de casos cerebrales, el equipo sugiere que el sexto arco branquial se incorporó al hombro, convirtiéndose en un límite crucial que separaba la cabeza del cuerpo. Curiosamente, el suministro de sangre a las aletas de los peces sin mandíbulas emerge entre el sexto y el séptimo arco branquial.
"Los arcos branquiales parecen haber estado involucrados en la separación temprana de la cabeza y el cuerpo a través del hombro. Pero ya no tenemos arcos branquiales; aunque el hombro fue modelado sobre ellos, no es necesario que sigan existiendo hoy en día", dijo el Dr. Brazeau, del Departamento de Ciencias de la Vida del Imperial.
Imagen: Una tomografía computarizada de un fósil de pez en el estudio. Crédito: M. Brazeau y M. Castiello
"Esto es consistente con algunos estudios anteriores que demostraron que los músculos pueden permanecer muy estables, mientras que los huesos específicos que los sostienen gradualmente se reemplazan entre sí. Es posible que los arcos branquiales hayan hecho su parte y hayan sido reemplazados a medida que el hombro adquirió una nueva configuración, incluido el soporte de cosas como nuestros cuellos".
Este hallazgo también significa que no tiene por qué ser una opción en términos de cómo evolucionaron las aletas emparejadas. El Dr. Brazeau añadió: "Nuestro estudio muestra cómo ambas teorías tienen mérito sin aceptar una u otra en su totalidad. En cambio, podemos racionalizar las áreas que se superponen".
La Dra. Zerina Johnson, investigadora del Museo de Historia Natural, añade: "El equipo se centrará a continuación en especímenes de la colección de peces fósiles del Museo de Historia Natural. Esto incluirá peces sin mandíbulas que tienen aletas pero carecen de una distintiva cintura escapular".
"Actualmente estamos procesando muchos gigabytes de datos y no veo la hora de ver qué aportarán a la historia estos importantes ejemplares de la colección".
Artículo científico: Fossil evidence for a pharyngeal origin of the vertebrate pectoral girdle
