Son cruciales para separar los primeros mandibulados de los quelicerados
Un diminuto fósil de una criatura marina que vivió hace más de 500 millones de años arroja nueva luz sobre la evolución de los artrópodos, el grupo de animales más rico en especies y más exitoso que ha habitado la Tierra,
Uno de los últimos enigmas restantes en torno a la evolución de los artrópodos ha sido la división del árbol de la vida, que separa los dos grupos más grandes de artrópodos: los mandibulados, el grupo que incluye insectos, crustáceos, milpiés y ciempiés; y los quelicerados, el grupo que incluye arañas, escorpiones y sus parientes.
Nuevos análisis de fósiles de una extinta criatura segmentada conocida como Jiangfengia multisegmentalis revelan que el espécimen es crucial para separar los primeros mandibulados de los quelicerados.
Dirigido por Nicholas Strausfeld en el Departamento de Neurociencia de la Universidad de Arizona, un equipo ha revelado minuciosos detalles del cerebro fosilizado de Jiangfengia que lo ubican directamente en la ascendencia de los mandibulados, no de los quelicerados, como se había asumido anteriormente.
La clasificación de Jiangfengia como un quelicerado ancestral se basó en sus dos apéndices prensiles que se extienden desde su cabeza. Esta característica lo situó en un conjunto de criaturas extintas conocidas como Megacheirans (del griego "manos grandes").
Dos de los especímenes de Megacheirans mejor conservados que vivieron hace unos 525 millones de años fueron Jianfengia, que también tenía ojos compuestos, y Alalcomenaeu, que tenía menos segmentos y dos pares de ojos de lente única. Ambos habían sido tradicionalmente agrupados como Megacheirans con la suposición de que sus apéndices cefálicos eran los precursores de lo que se convirtieron en los colmillos de las arañas y sus parientes.
Según el equipo de investigación, la historia es más matizada y compleja. Strausfeld, profesor regente de la Universidad de Arizona y miembro de la Royal Society, calificó su descubrimiento como un posible punto de inflexión.
"Estos Megacheirans no tenían anténulas, que son apéndices similares a antenas, comunes en crustáceos, insectos y ciempiés", dijo Strausfeld. "En cambio, vemos estos extraños y robustos apéndices cefálicos, especializados para alcanzar y sujetar objetos".
Los paleontólogos se refieren a estas estructuras distintivas de los fósiles de Megacheirans como "grandes apéndices". Sus extremos en forma de pinza sugieren su similitud con los apéndices de agarre del Limulus, comúnmente conocido como cangrejo de herradura, añadió Strausfeld. Por consiguiente, los Megacheirans se clasificaron como quelicerados, a los que también pertenecen el Limulus y los arácnidos.
Imagen derecha: Representación artística del cerebro reconstruido de Jianfengia, que muestra sus grandes apéndices en forma de garra, sus ojos compuestos y los tres ojos simples en la parte frontal de la cabeza. Crédito: Nick Strausfeld, Universidad de Arizona.
La investigación reveló que los cerebros fosilizados de Jianfengia y Alalcomenaeus no sólo eran morfológicamente distintos entre sí, sino que tipificaban a los ancestros de dos grupos principales de artrópodos, no sólo de uno.
La diminuta cabeza de Jianfengia, que mide sólo dos milímetros de diámetro, está definida por una corta cubierta similar a una concha de la que se extienden su par de "grandes apéndices".
Justo delante de estos se encuentran pares de pedúnculos oculares, uno a cada lado de la cabeza, coronados por un pequeño pero evidente ojo compuesto, similar al de los insectos y crustáceos. La parte frontal de la cabeza de Jianfengia también presentaba al menos tres "ojos" de un solo cristalino, similares a los ojos simples que se encuentran en muchos insectos y crustáceos.
Cuando el equipo de Strausfeld reconstruyó los restos fosilizados del sistema nervioso de Jianfengia en cuatro especímenes fósiles, encontró un cerebro cuya forma corresponde a la de un camarón o cangrejo de río moderno. Además, mostró elementos de los arreglos más simples que se observan en pequeños crustáceos de agua dulce, como los camarones de salmuera, también conocidos como "monos marinos", populares mascotas que han proporcionado a muchos niños su primera visión de un crustáceo vivo real.
En conjunto, estos hallazgos llevaron a los investigadores a concluir que Jianfengia había sido previamente clasificado erróneamente como un quelicerado temprano, mientras que ya se había demostrado que Alalcomenaeus tenía un cerebro similar al de Limulus.
"Nuestros resultados demuestran que un examen minucioso de los restos neuronales fosilizados puede proporcionar datos contundentes que indican relaciones evolutivas imposibles de obtener únicamente a partir de las características del exoesqueleto", afirmó Strausfeld. "Es necesario saber qué buscar en el cerebro fósil, ya que nos revela mucho sobre la identidad de un fósil".
Imagen: Primer plano de un fósil de Jianfengia que muestra sus dos grandes apéndices. Crédito: Xianguang Hou, Laboratorio Clave de Paleobiología de Yunnan, Universidad de Yunnan, Kunming, República Popular China
Frank Hirth, coautor y profesor de la Universidad King's College de Londres, destacó un aspecto crucial de estos fósiles: "La organización de sus cerebros fosilizados coincide perfectamente con la de los actuales artrópodos, lo que sugiere que sus antiguos componentes genéticos y de desarrollo son extraordinariamente robustos, pero diversos, lo que podría explicar por qué los artrópodos son los habitantes más exitosos de este planeta".
El coautor Xianguang Hou, profesor del Laboratorio Clave de Paleobiología de Yunnan de la Universidad de Yunnan en Kunming, China, descubrió el primer fósil de Jianfengia en 1984.
La zona cercana a Kunming, en la provincia china de Yunnan, fue antaño un mar poco profundo, uno de los yacimientos fósiles más famosos que documentan la vida en el período Cámbrico, que duró entre 540 y 480 millones de años. Su riqueza de antiguas formas de vida rara vez muestra evidencia de tejidos blandos, especialmente restos neuronales. Desde entonces, se han encontrado alrededor de una docena de especímenes adicionales.
Strausfeld señaló que las huellas neuronales de un fósil pueden ser muy sutiles, pero pueden amplificarse mejorando el contraste y el ancho de los depósitos más oscuros que resaltan sobre la roca granular gris en la que estaba incrustado el fósil.
"Lo que vimos fue inesperado: el cerebro luce realmente moderno, comparable al de un crustáceo vivo", dijo. "En un espécimen, incluso pudimos observar el interior de los ojos compuestos y algunas de sus facetas para ver las células cónicas fosilizadas que sostenían los fotorreceptores".
Imagen: Dos artrópodos de "gran apéndice" y sus cerebros reconstruidos: Alalcomenaeus (izquierda) se encuentra en la raíz de Chelicerata, que incluye escorpiones, arañas y sus parientes. Jianfengia (derecha) se muestra basal a Mandibulata, el grupo que incluye crustáceos, insectos, ciempiés y milpiés, según el nuevo estudio. Los hallazgos desafían la clasificación tradicional de ambos como emparentados, basada en sus grandes apéndices en forma de pinza que se extienden desde sus cabezas. Crédito: Nick Strausfeld, Universidad de Arizona.
Para confirmar aún más la posición evolutiva de Jianfengia, el coautor David Andrew del Lycoming College en Williamsport, Pensilvania, utilizó métodos estadísticos para construir los llamados árboles filogenéticos (esencialmente árboles genealógicos) basados en rasgos neuronales, para determinar dónde en el árbol de la vida debería ubicarse Jianfengia.
"Muchas repeticiones de estas comparaciones revelaron que, en el árbol de la vida de los artrópodos, Jianfengia se encontraba en o cerca de la raíz de todos los mandibulados, mientras que su supuesto primo, Alalcomenaeus, tiene el mismo estatus, pero dentro de la rama quelicerada del árbol de la vida", dijo Andrew.
El equipo concluyó que los "grandes apéndices" pertenecientes a Jianfengia luego se modificaron como anténulas que tipifican a los actuales mandibulados, mientras que los "grandes apéndices" de Alalcomenaeus luego se modificaron como los colmillos en forma de pinza típicos de los actuales quelicerados.
"En los quelicerados, estos 'grandes apéndices' se encogieron, convirtiéndose finalmente en los colmillos de araña", explicó Strausfeld. "En los mandibulados, la evolución los modificó en anténulas segmentadas".
Según Strausfeld, los actuales ostrácodos, pequeños crustáceos marinos con anténulas rematadas con clavijeros, respaldan esta teoría. "Parece que los grandes apéndices que observamos en nuestros fósiles de hace más de 500 millones de años no se perdieron por completo".
El estudio se ha publicado en Nature Communications: Brain anatomy of the Cambrian fossil Jianfengia multisegmentalis informs euarthropod phylogeny
