Evolución de una siniestra sonrisa

pez espinoso acantodio

Pez espinoso de 400 millones de años invalida la teoría del tiburón sobre el origen de los dientes

Los dientes juegan un papel central en la ecología de la mayoría de los vertebrados: para atrapar presas, procesar alimentos e incluso atraer a una pareja. No es de extrañar que los científicos lleven mucho tiempo interesados en cómo evolucionaron los dientes por primera vez.

Durante muchos años se ha considerado a los dientes de tiburón, con su sistema de cinta transportadora de reemplazo de dientes, como modelos ancestrales para los dientes.

Pero los recientes avances en el campo de investigación revelaron que un grupo de peces espinosos denominados acantodios (también conocidos como tiburones espinosos) fueron los primeros antepasados de los tiburones modernos. Un grupo de científicos decidió profundizar y hacer un estudio detallado de los dientes de los acantodios.

Lo que encontraron desafió la idoneidad de los tiburones modernos como modelos para los primeros dientes.

Estudiaron las mandíbulas de acantodios de la región ártica de Canadá. Los fósiles se conservaban en piedra caliza que disolvieron en ácido, dejando unas mandíbulas tan bien conservadas que casi podrían confundirse con huesos recién preparados, a pesar de tener más de 400 millones de años.

Estos preciosos fósiles fueron transportados a un sincrotrón, un tipo de acelerador de partículas, en el Instituto Paul Scherrer en Suiza.

sincrotrón en el Instituto Paul Scherrer en Suiza

Rayos X

En un sincrotrón, los electrones se disparan alrededor de un anillo, produciendo un haz de rayos X de alta energía. El haz de rayos X se puede utilizar para escanear fósiles. El resultado es similar a una tomografía computarizada de un hospital, que superpone múltiples rayos X para crear imágenes tridimensionales, pero con una resolución mucho mayor: las exploraciones de estos fósiles tenían una resolución de 0,74 micrómetros (0,00074 mm).

Fue tal la calidad de la preservación de los fósiles y las exploraciones, que los científicos pudieron reconstruir un detallado historial de crecimiento tridimensional para estas mandíbulas y dientes, utilizando un software especializado.

Descubrieron que estos acantodios tenían dos formas de dientes muy distintas. Primero, había dientes adheridos a la mandíbula en una secuencia de filas. En segundo lugar, en la parte frontal de la mandíbula, había una espira de dientes, una disposición semicircular de dientes que giraban a medida que se agregaban nuevos dientes.

dientes de tiburón

Estos resultados despertaron de inmediato el interés de los investigadores, en parte porque estos conjuntos de dientes eran muy diferentes de los de los tiburones modernos, pero también porque parecían muy extrañamente familiares. En 2012, utilizando exploraciones de sincrotrón, se describieron filas de dientes similares en otro grupo extinto de peces, los placodermos. Por otro lado, los verticilos de los dientes parecían casi idénticos a las estructuras que se encuentran en los peces óseos más antiguos, el grupo que en última instancia es ancestral de los humanos.

Esto les llevó a preguntarse: ¿poseían los acantodios, con su combinación de espirales de dientes e hileras de dientes, la forma ancestral de los dientes?

modelos de dientes de acantodios

Imagen: Modelos digitales de filas de dientes de acantodios (izquierda) y verticilo de dientes (derecha) | Martin Rücklin, Naturalis Biodiversity Cente

Árbol evolutivo

Querían probar esta hipótesis correctamente, y para eso necesitábamos construir un árbol evolutivo de los vertebrados a partir del momento en que aparecieron los dientes por primera vez en el registro fósil. Usando este árbol, luego realizaron miles de simulaciones de la historia evolutiva de los dientes, produciendo estimaciones probabilísticas de los tipos de dientes ancestrales.

Los resultados de estas simulaciones cambiaron completamente las expectativas de los científicos. En lugar de mostrar la forma ancestral de los dientes, los acantodios analizados habían desarrollado sus filas de dientes y sus verticilos de forma completamente independiente de los otros grupos.

Lo que habían encontrado fue, de hecho, un notable caso de evolución paralela. Estimaron que la forma ancestral de los dientes eran grupos de pequeños y no especializados dientes sin patrón. Desde este punto de partida, los dientes complejos habían evolucionado muchas veces, con diferentes grupos de vertebrados descubriendo independientemente las mismas soluciones.

Todo esto también significa que los dientes de los tiburones modernos no nos dicen esencialmente nada sobre el origen de los dientes. El sistema de cinta transportadora de reemplazo de dientes en tiburones evolucionó como solo uno de los muchos experimentos naturales durante la historia evolutiva temprana de los dientes, uno que ha sobrevivido hasta el día de hoy. Desafortunadamente, esto también significa que los dientes de los tiburones vivos no son el mejor modelo en la búsqueda de soluciones terapéuticas para los problemas dentales humanos.

Estos resultados nos dicen algo muy interesante sobre la naturaleza de la evolución de los dientes. Los dientes forman unidades independientes o "módulos" que les dan flexibilidad durante el desarrollo. Esto permite que los dientes se adapten para formar una asombrosa variedad de formas diversas, lo que ayuda a explicar los patrones evolutivos que se han observado.

Los investigadores descubrieron que, una vez que evolucionaron los dientes simples, hubo una explosión inmediata de adaptación. Podría decirse que esta explosión adaptativa nunca terminó realmente. Una y otra vez durante la evolución, vemos dientes inusuales y altamente especializados. Los incisivos de los roedores, los picos de los peces loro y muchos otros ejemplos pueden considerarse como ejemplos más recientes de una serie de "experimentos naturales" que comenzaron hace más de 400 millones de años.

La investigación fue publicada en Nature Ecology & Evolution: Acanthodian dental development and the origin of gnathostome dentitions

Este artículo se re-publica desde The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lee el artículo original en inglés: Evolution of a smile: 400 million year old spiny fish overturns shark theory of tooth origins

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