Se prueba por primera vez el modo de alimentación de uno de los vertebrados más antiguos

Heterostracano pteraspididae
Impresión artística de pteraspididae, familia extinta de vertebrados heterostracanos. Crédito: Nobu Tamura

Los heterostracanos eran vertebrados sin mandíbula, pero no se alimentaban por filtración

Científicos de la Universidad de Bristol han examinado y descartado un método de alimentación de los extintos heterostracanos sin mandíbulas, uno de los vertebrados más antiguos, utilizando novedosas técnicas.

Los hallazgos revelan que los dentículos orientados hacia adelante, pequeñas estructuras parecidas a dientes, en las placas orales de los heterostracanos no son una adaptación a la alimentación por filtración.

Una teoría importante para la profunda historia evolutiva de los humanos es que los primeros ancestros vertebrados evolucionaron a partir de filtradores sin espinas, siguiendo una tendencia impulsada hacia la adquisición activa y depredadora de alimentos.

"El origen de los vertebrados, nuestro propio linaje evolutivo, se considera ampliamente como uno de los acontecimientos más importantes de la historia evolutiva. La evolución temprana de los vertebrados es un tema muy debatido entre biólogos y paleontólogos y todavía quedan muchas preguntas sin resolver", dice la autora principal Madleen Grohganz del Grupo de Investigación en Paleobiología de Bristol.

"Los extintos heterostracanos sin mandíbula, también llamados heterostráceos (Heterostraci, "escamas diversas"), entre los vertebrados más antiguos, son clave para este escenario evolutivo. Pero nadie ha podido determinar su modo de alimentación, ya sean filtradores o depredadores. Utilizando modernos métodos paleobiológicos computacionales, nuestro estudio se encuentra entre los primeros en probar activamente las hipótesis del modo de alimentación de estos primeros vertebrados sin mandíbula".

Vídeo: Rotación de la placa oral de heterostracano. Crédito: Madleen Grohganz

Los heterostracanos poseían un aparato de alimentación de placas orales en forma de varilla con hileras de dentículos orientados hacia adelante hacia afuera de la boca. La orientación hacia delante se interpretaba hasta ahora como una adaptación a la alimentación por filtración.

Para probar esta hipótesis, el equipo utilizó dinámica de fluidos computacional (CFD), una técnica de ingeniería que simula los flujos de fluidos y su interacción con los sólidos. Simularon el flujo de agua alrededor de modelos 2D que constan de filas de dentículos orientados hacia adelante y hacia atrás para poder evaluar si cualquiera de estas orientaciones crea patrones de recirculación hidrodinámicamente vinculados a la alimentación por filtración.

Todos los modelos probados, independientemente de la orientación de los dentículos, mostraron patrones de flujo, velocidad y vorticidad similares. Los patrones de recirculación, la velocidad más alta y la vorticidad se desarrollaron directamente encima de los dentículos y en los espacios entre los dentículos.

Basándose en estos análisis, el equipo rechaza la hipótesis de que la orientación de los dentículos sea una adaptación específica a la alimentación por filtración. Los dentículos solo se encuentran en los lados laterales de la punta de las placas bucales y, en cambio, pueden haber servido para evitar que material, partículas de comida de gran tamaño, partículas de sedimento o parásitos se alojasen entre las placas.

Placa oral de heterostracano

Imagen: Placa oral de heterostracano. Crédito: Madleen Grohganz

Madleen dijo: "Nuestro estudio es uno de los primeros que prueba activamente las hipótesis del modo de alimentación de los primeros vertebrados sin mandíbula en lugar de hacer inferencias poco limitadas".

"Este es un paso importante hacia una mejor comprensión del modo de alimentación de los primeros vertebrados sin mandíbula, probar escenarios evolutivos y, en última instancia, arrojar más luz sobre la evolución temprana de los vertebrados".

La naturaleza exacta de la alimentación de los heterostracanos sigue siendo una cuestión abierta. Aún deben probarse otras hipótesis de alimentación, que proponen una función mecánica relacionada con la actividad de morder o masticar comida.

Madleen añadió: "Para ello necesitamos una mejor comprensión de la geometría 3D original de todo el aparato de la placa oral, que podemos obtener estudiando muestras articuladas en lugar de placas orales aisladas".

"Podemos utilizar estas reconstrucciones de aparatos orales para limitar el posible movimiento de las placas orales y utilizar los modelos en adicionales pruebas funcionales computacionales. Esto nos permitirá obtener un conocimiento detallado del modo de alimentación de los heterostracanos, lo cual es crucial para dilucidar la evolución temprana de los vertebrados".

"Las hipótesis anteriores sobre el modo de alimentación de los primeros vertebrados sin mandíbulas se han basado principalmente en inferencias mal restringidas. Pero utilizando métodos paleobiológicos computacionales, pudimos probar y rechazar una de estas hipótesis sobre el modo de alimentación".

Los hallazgos se han publicados en el Journal of Vertebrate Paleontology: Testing hypotheses of pteraspid heterostracan feeding using computational fluid dynamics

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