Las mandíbulas evolucionaron a partir de los arcos branquiales de los peces
Investigadores dirigidos por la Universidad de Bristol muestran que las primeras mandíbulas en el registro fósil se vieron atrapadas en una disyuntiva entre maximizar su fuerza y su velocidad.
Casi todos los vertebrados son vertebrados con mandíbula, incluidos los humanos, que evolucionaron por primera vez hace más de 400 millones de años y se distinguen por sus mandíbulas con dientes. Los humanos deben su éxito evolutivo a la evolución de las mandíbulas, que permitieron a los animales procesar una variedad más amplia de alimentos.
Las mandíbulas evolucionaron a partir de los arcos branquiales, una serie de estructuras en los peces que sostienen sus branquias. Un nuevo estudio explora cómo se convirtió una estructura de respiración en una estructura de mordida.
Para ello, los investigadores de la Facultad de Ciencias de la Tierra de Bristol recopilaron datos sobre las formas de las mandíbulas fósiles durante su evolución temprana y modelos matemáticos para caracterizarlas. Estos modelos permitieron al equipo extrapolar una amplia gama de formas de mandíbulas teóricas que podrían haber sido exploradas por las primeras mandíbulas en evolución.
Estas mandíbulas teóricas se probaron en cuanto a su fuerza, la probabilidad de que se rompieran durante un mordisco y su velocidad, la eficiencia con la que podían abrirse y cerrarse. Estas dos funciones están compensadas, lo que significa que aumentar la fuerza generalmente significa disminuir la velocidad o viceversa.
La comparación de las formas de mandíbula reales y teóricas reveló que la evolución de la mandíbula se ha limitado a formas que tienen la mayor velocidad y fuerza posibles. Específicamente, las mandíbulas más tempranas en el conjunto de datos eran extremadamente óptimas y algunos grupos se alejaron de este óptimo con el tiempo. Estos resultados sugieren que la evolución de la mordida fue muy rápida.
William Deakin, estudiante de doctorado de la Universidad de Bristol y autor principal, dijo: "Las mandíbulas son una característica extremadamente importante para los gnatóstomos, o bocas mandibulares". No solo están muy extendidas, sino que casi todas las criaturas que las tienen las usan de la misma manera: para agarrar comida y procesarla. Eso es más de lo que se puede decir de un brazo, un pie o una cola, que se pueden usar para todo tipo de cosas.
"Esto hace que las mandíbulas sean extremadamente útiles para cualquiera que estudie la evolución de la función. Mandíbulas muy diferentes de animales muy diferentes pueden analizarse de manera similar. Aquí hemos demostrado que los estudios sobre una gran variedad de mandíbulas, utilizando morfología teórica y paisajes adaptativos para capturar su variedad en función, pueden ayudar a arrojar algo de luz sobre cuestiones evolutivas".
Philip Donoghue, profesor de paleobiología en Bristol y coautor del estudio, dijo: "Los primeros vertebrados con mandíbula tienen mandíbulas de todas las formas y tamaños, que durante mucho tiempo se pensó que reflejaban la adaptación a diferentes funciones. Nuestro estudio muestra que la mayor parte de esta variación fue igualmente óptima para la fuerza y la velocidad, lo que los convirtió en temibles depredadores".
Emily Rayfield, también profesora de paleobiología en Bristol y coautora del estudio, agregó: "El nuevo software que desarrolló Will para analizar la evolución de los vertebrados con mandíbula es único. Nos permite mapear el espacio de diseño de innovaciones anatómicas clave, como los maxilares, y determinar sus propiedades funcionales. Planeamos usarlo para descubrir muchos más secretos de la historia evolutiva".
El estudio fue publicado en la revista Science Advances: Increasing morphological disparity and decreasing optimality for jaw speed and strength during the radiation of jawed vertebrates
Imagen de cabecera: Dunkleosteus - uno de los animales involucrados en el estudio. Nobu Tamura
