Microscópicas columnas están apiladas en sándwich
Los investigadores han arrojado nueva luz sobre la evolución de los pilares columnares biomineralizados en las conchas de pequeños mariscos marinos llamados braquiópodos linguliformes o de concha fosfática.
Los editores describen la investigación como una importante contribución a nuestra comprensión del papel y la evolución de las conchas columnares en los braquiópodos, basada en evidencia sólida.
El Cámbrico, un período geológico de hace unos 500 millones de años, produjo el estallido de evolución de la vida más intenso en la historia de la Tierra. Durante este tiempo, algunas especies marinas desarrollaron arquitecturas de conchas biomineralizadas. En la biomineralización, la mineralización controlada biológicamente produce esqueletos compuestos orgánicos-inorgánicos (en este caso, conchas) que habrían desempeñado un papel vital en la supervivencia y la aptitud de estas primeras especies.
Una de esas especies son los braquiópodos, que tienen conchas duras en sus superficies superior e inferior (válvulas ventrales y dorsales). Esto les da la apariencia de una almeja, aunque no están relacionados. Los braquiópodos surgieron y se extendieron rápidamente durante el período Cámbrico. Una subespecie, conocida como braquiópodos linguliformes, es de particular interés debido a sus livianas conchas con una combinación única de fuerza y dureza.
"Se cree que estas cualidades se deben a la disposición del fosfato de calcio con una matriz orgánica en sándwiches apilados de unidades columnares, algo exclusivo de los primeros braquiópodos linguliformes", explica el autor principal, Zhiliang Zhang, Profesor del Laboratorio Estatal Clave de Paleobiología y Estratigrafía, Instituto de Geología y Paleontología de Nanjing, Academia China de Ciencias, Nanjing, China y Universidad Macquarie, Sydney, Australia.
"Aunque se han realizado extensos estudios sobre conchas vivas y fósiles, la mayoría de ellos se han centrado en animales con conchas carbonatadas. Por lo tanto, se comprende menos cómo los braquiópodos linguliformes evolucionaron estas conchas columnares".
Para conocer mejor la evolución y diversidad de las columnas biomineralizadas, Z.L. Zhang y sus colegas examinaron fósiles de algunas de las primeras familias de braquiópodos linguliformes: Eoobolidae, Lingulellotretidae y Acrotretidae. Las muestras fósiles fueron tomadas de la Formación Shuijingtuo de la Serie 2 del Cámbrico en el sur de Shaanxi y el oeste de Hubei en el sur de China, una región que se considera ampliamente como uno de los centros para el origen y la dispersión temprana de los braquiópodos linguliformes.
Generalmente se considera que los Eoobolidae son los braquiópodos linguliformes más antiguos conocidos, por lo que el equipo comenzó examinando sus conchas en detalle. Descubrieron que las columnas microscópicas estaban apiladas una encima de otra para formar la capa secundaria de la concha, en un "modelo de sándwich apilado". Esta arquitectura tipo sándwich aumenta la dureza, la flexibilidad y la capacidad de la concha para resistir grietas al llenar el espacio entre las columnas con material orgánico, parecido a las columnas y al hormigón armado que se utilizan a menudo en la construcción de edificios.
Los autores dicen que esta eficiente y económica estructura de concha puede ser responsable de la dispersión generalizada de braquiópodos linguliformes durante la explosión del Cámbrico.
Imagen: Proceso de biomineralización de una capa columnar típica mediante el sistema de cinta transportadora de braquiópodos con concha fosfática. Abreviatura: D=Diámetro; H=altura; T=Espesor. (modificado de (Williams y Holmer, 1992; Z. L. Zhang et al., 2016))
Se descubrió que las columnas de los primeros Eoobolidae eran relativamente pequeñas y la capa secundaria de sus conchas estaba poco desarrollada y comprendía sólo dos o tres unidades tipo sándwich. Esto da como resultado un espesor de concha de aproximadamente 30 micrómetros. En Eoobolidae posteriores, el número de unidades sándwich aumentó hasta 10, lo que dio como resultado un espesor de concha de alrededor de 50 micrómetros, pero el tamaño de las columnas en sí siguió siendo el mismo.
En comparación con Eoobolidae, Lingulellotretidae tenía una estructura de concha más desarrollada. Las columnas eran más grandes y el equipo observó hasta 20 unidades sándwich. Esto dio como resultado un espesor de concha de aproximadamente 70 micrómetros. Esta concha más gruesa permitió a Lingulellotretidae crecer hasta el doble del tamaño corporal de Eoobolidae.
Los Acrotretidae parecían tener la estructura de concha más compleja de todos los linguliformes del Cámbrico estudiados. Se demostró que el tamaño de la columna, en términos de altura y diámetro, era aproximadamente 10 veces mayor que el de Eoobolidae y Lingulellotretidae. También tenían alrededor de 30 unidades tipo sándwich, lo que daba como resultado una concha mucho más gruesa, de más de 300 micrómetros.
Tanto en Eoobolidae como en Lingulellotretidae, el equipo notó que las columnas apiladas estaban más desarrolladas alrededor de su capa ventral inferior. Este desarrollo eleva una región del cuerpo llamada pseudointerárea por encima del piso de la concha, lo que permite un mayor espacio para el sistema digestivo y al mismo tiempo le ofrece cierta protección en Lingulellotretidae.
En Acrotretidae, este desarrollo fue aún más pronunciado, lo que puede haber aumentado la altura y la fuerza de la capa ventral. El nuevo diseño corporal, diminuto y planocónico, de Acrotretida se estableció durante el proceso de crecimiento de la concha.
Hay algunas notables limitaciones a estos hallazgos. Por ejemplo, el registro inicial de las estructuras de las conchas en los braquiópodos linguliformes está actualmente incompleto, según la revisión pública de eLife. Además, el origen de la biomineralización del fosfato en los braquiópodos sigue siendo un misterio mayor en la evolución animal.
Los autores dicen que, por lo tanto, se necesita más investigación sobre la ultraestructura de la concha de los fósiles de braquiópodos con concha fosfatada mejor conservados, así como sobre los braquiópodos de ascendencia más antigua (grupos de tallos) para comprender mejor el origen, la evolución y la función de la biomineralización en estos animales.
"La continuidad de la estructura columnar de la capa que hemos visto pinta una imagen de una probable transformación evolutiva continua entre Eoobolida, Lingulellotretidae y Acrotretidae", concluye el coautor Zhifei Zhang, profesor de la Universidad del Noroeste, Xi'an, China.
"La concha columnar con un modelo sándwich apilado probablemente haya jugado un importante papel en la evolución de los braquiópodos linguliformes. Puede explicar el florecimiento de las acrotretidas con concha fosfática en la segunda mitad del Cámbrico, y el florecimiento continuo de este grupo de braquiópodos hasta el Gran Evento de Biodiversificación".
La investigación fue publicada ayer como una preimpresión revisada por eLife: Diversity and evolutionary growth of biomineralized columns in early Cambrian phosphatic-shelled brachiopods
