Los diseños de conchas de antiguos amonites pueden haber ayudado al control de la flotabilidad

fósil de Menuites oralensis

Arriba: Fósil de Menuites oralensis del que se ha extraído la concha externa para revelar intrincados patrones de sutura. Crédito: David Peterman

Los amonites alcanzaron el pico de complejidad de las suturas de la concha justo antes de su extinción

Los ammonoideos (Ammonoidea), o más conocidos como amonites, antepasados de los actuales pulpos, calamares y sepias, se abrieron paso a través de los océanos durante unos 340 millones de años, mucho antes de la era de los dinosaurios.

Si observas las conchas fósiles de ammonoideos en el transcurso de esos 340 millones de años, notarás algo sorprendente: a medida que pasa el tiempo, las líneas onduladas dentro de la concha se vuelven cada vez más complejas, y eventualmente se vuelven fruncidas casi como los bordes de las hojas de col rizada.

Estas líneas fruncidas se llaman suturas y reflejan la complejidad de los bordes de los tabiques, o las paredes que separaban las cámaras en las conchas de los ammonoideos.

Los investigadores se centraron anteriormente en los roles de estas complejas estructuras para resistir la presión sobre el caparazón, pero los investigadores de la Universidad de Utah proporcionan evidencia para una hipótesis diferente. Encontraron que las suturas complejas retienen más líquido a través de la tensión superficial, posiblemente ayudando a los ammonoideos a afinar su flotabilidad.

Debido a la desafortunada falta de ammonoideos vivos, los investigadores tuvieron que recurrir a otro método para comprender la función de la estructura de la concha: modelos impresos en 3D.

"Estas hipótesis no podrían probarse sin poder crear modelos increíblemente precisos de estas intrincadas características", dice David Peterman, autor principal del estudio y académico postdoctoral en el Departamento de Geología y Geofísica de la Universidad de Utah. "Los modelos impresos en 3D permiten la fabricación de paredes de cámara increíblemente intrincadas que tienen detalles comparables a los de los animales vivos".

amonita fósil en 3D

Imagen: Amonita fósil junto con reconstrucciones informáticas impresas en 3D que muestran la morfología interna y externa. Crédito: David Peterman

Complejidad creciente

Aunque los ammonoideos se extinguieron hace mucho tiempo, podemos observar a su lejano pariente vivo, el nautilus de papel, para comprender cómo funcionan sus conchas.

Si observas una sección transversal de una concha de nautilus, verás que el caparazón está dividido en cámaras, cada una separada por paredes divisorias en forma de copa: tabiques. "Las primeras suturas eran esencialmente líneas rectas en antepasados ammonoideos como los nautiloides", dice Peterman. Y así como las suturas se volvieron más intrincadas y complejas a lo largo del tiempo evolutivo de los ammonoideos, los tabiques desarrollaron bordes más complejos y fractales. "Algunas especies", dice, "tenían suturas tan complejas que apenas había espacio libre donde los tabiques se unen con la concha".

Si como resultado de la evolución los ammonoideos desarrollaron suturas y tabiques complejos, deben conferir alguna ventaja de supervivencia, ¿verdad? La mayoría de las investigaciones sobre ammonoideos se han centrado en la hipótesis de que los tabiques complejos daban fuerza a la concha. "Las interpretaciones mecánicas funcionales generalmente se refieren a la resistencia al estrés", dice Peterman, "con paredes divisorias más complejas que actúan como contrafuertes".

tabiques en la concha del Nautilus

Imagen: La concha a medio cortar del moderno Nautilus (derecha). Concha de amonita medio cortada impresa en 3D (izquierda). Modelo de cámara del estudio actual, cortado para mostrar la geometría interna (arriba). Crédito: David Peterman

Pero varios estudios, dice, han desafiado esa hipótesis. Una hipótesis alternativa es que las intrincadas superficies de los tabiques podrían cambiar su tensión superficial, permitiendo que entrara más agua y mejorando el llenado de las cámaras de la concha con agua. Esto es importante porque ese es el mecanismo que probablemente usaron los ammonoideos para controlar su flotabilidad durante el crecimiento, en respuesta a los cambios de peso y quizás para el movimiento vertical.

Peterman, la profesora asistente Kathleen Ritterbush y sus colegas se propusieron probar esa hipótesis. Pero primero necesitarían algunos tabiques. Las cámaras de amonoides fosilizados suelen estar llenas de lodo litificado o minerales, dice Peterman, lo que requiere otro enfoque.

Impresión 3D del pasado

Utilizando modelos virtuales, los investigadores diseñaron a medida superficies de tabiques de ejemplo en varios tamaños y con diferentes niveles de complejidad. El modelado virtual, dice Peterman, también permitió la fabricación de superficies hipotéticas. "Por ejemplo", dice, "una de las suturas más complejas que existen, del caparazón de Menuites oralensis, se suavizó iterativamente para investigar las diferencias en la complejidad mientras se mantenía constante el volumen relativo de la cámara y la forma de la concha".

tabiques de la concha del Menuites oralensis

Imagen: Modelo virtual de un solo tabique de Menuites oralensis, utilizado en el estudio actual para crear los modelos impresos en 3D. Crédito: Universidad de Utah

El equipo agregó a los modelos una capa de celulosa oxidada microdispersa para ayudar a que el agua se adhiera a la superficie. Las conchas de nautilus tienen un recubrimiento similar. "Si bien los nautilides son parientes lejanos de los ammonoideos, de alguna manera sirven como nuestros mejores análogos para la función de las conchas de ammonoideos", dice Peterman.

El proceso experimental fue relativamente simple: pesar cada modelo en seco, sumergirlo en agua, rotarlo para drenar el agua retenida por la gravedad y luego pesarlo nuevamente para ver cuánta agua queda retenida por la tensión superficial.

Pero los resultados mostraron claramente que las estructuras más complejas contenían más agua. Y los pliegues más complejos fueron especialmente efectivos para retener agua en modelos más grandes. Los resultados sugieren, dice Peterman, que las superficies septales complejas pueden haber ayudado con un control de flotabilidad más preciso y activo. Ritterbush agrega que también pueden haber permitido un mejor equilibrio, un tamaño más grande y formas externas que favorecían la velocidad.

Los ammonoideos alcanzaron el pico de complejidad de las suturas justo antes de su extinción, junto con los dinosaurios, al final del Cretácico. Solo sobrevivieron los nautilides simplemente suturados, pero probablemente hubo otros factores en juego además de la complejidad de la sutura que permitieron su supervivencia.

Su estudio sienta las bases para que se explore más a fondo esta función fisiológica, junto con su relación con la ecología ammonoide. El desarrollo de avanzados flujos de trabajo informáticos y materiales inteligentes eventualmente permitirá que estas enigmáticas criaturas "resuciten" con modelos funcionales.

"Si bien no podremos revivir a estos animales como los dinosaurios en Jurassic Park", dice Peterman, "las simulaciones por computadora y los experimentos como estos son lo más cerca que estaremos de devolver la vida a estos cefalópodos de importancia ecológica".

Los resultados del estudio se publican en Scientific Reports: Buoyancy control in ammonoid cephalopods refined by complex internal shell architecture

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