¿Qué hace que un mamífero sea un mamífero?

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Edaphosaurus

Nuestra columna vertebral, dicen los científicos

Los mamíferos somos únicos en muchos sentidos. Somos de sangre caliente y ágiles en comparación con nuestros parientes reptilianos.

Pero un nuevo estudio, financiado por la National Science Foundation (NSF) y dirigido por los investigadores de la Universidad de Harvard, Stephanie Pierce y Katrina Jones, sugiere que somos únicos en una forma más: la composición de nuestra columna vertebral. Los investigadores describen sus hallazgos en un artículo publicado esta semana en la revista Science.

"La columna vertebral es básicamente como una serie de cuentas en una cuerda, con cada cuenta que representa un solo hueso, una vértebra", dijo Pierce, curadora de paleontología de vertebrados en Harvard. "En la mayoría de los animales de cuatro patas, como las lagartijas, todas las vértebras se ven y funcionan de la misma manera.

"Pero las principales vértebras de los mamíferos son diferentes. Las diferentes secciones o regiones de la columna vertebral, como el cuello, el tórax y la parte inferior de la espalda, adoptan formas muy diferentes. Funcionan por separado y pueden adaptarse a diferentes formas de vida, como correr, volar, nadar, cavar y escalar".

Si bien las principales vértebras de los mamíferos están especializadas, se cree que las regiones que las sustentan son antiguas, y se remontan a los primeros animales terrestres.

árbol filogenético de la columna vertebral

Los mamíferos aprovecharon al máximo el modelo anatómico existente, o eso creían los científicos. Sin embargo, el nuevo estudio está desafiando esta idea mirando el registro fósil.

"Hoy no hay animales vivos que registren la transición de un ancestro 'lagarto' a un mamífero", dijo Jones, autora principal del estudio. "Para hacer eso, tenemos que bucear en el registro fósil y observar a los extintos precursores de los mamíferos, los sinápsidos no mamíferos".

Estos antiguos ancestros tienen la clave para comprender el origen de las características específicas de los mamíferos, incluida la columna vertebral.

Pero estudiar fósiles no es fácil. "Los fósiles son escasos y encontrar animales extintos con más de 25 vértebras en su lugar es increíblemente raro", dijo Jones.

Para abordar este problema, los investigadores analizaron colecciones de museos de todo el mundo para estudiar los fósiles de animales mejor conservados que vivieron hace unos 320 millones de años.

Opossum actual

"Mirando hacia el antiguo pasado, un cambio temprano en las columnas espinales de los mamíferos fue un primer paso importante en su evolución", dijo Dena Smith, un director de programa en la División de Ciencias de la Tierra de la NSF, que financió la investigación. "Los cambios en la columna vertebral a lo largo del tiempo permitieron a los mamíferos desarrollarse en la miríada de especies que conocemos hoy en día".

Pierce y Jones, junto con el coautor Ken Angielczyk del Field Museum en Chicago, examinaron docenas de columnas vertebrales fósiles, así como más de 1.000 vértebras de animales vivos, incluidos ratones, cocodrilos, lagartos y anfibios.

Querían descubrir si las regiones vertebrales de los mamíferos eran tan antiguas como se pensaba, o si los mamíferos estaban haciendo algo único.

"Si las regiones vertebrales se hubieran mantenido sin cambios a lo largo de la evolución, según la hipótesis, esperaríamos ver las mismas regiones en los sinapsidos no mamíferos que vemos hoy en los mamíferos", dijo Pierce.

Pero ese no parece ser el caso. Cuando los investigadores compararon el posicionamiento y la forma de las vértebras, encontraron algo sorprendente. La columna vertebral había ganado nuevas regiones durante la evolución de los mamíferos.

"Los sinapsidos no mamíferos más antiguos tenían menos regiones que los mamíferos vivos", dijo Jones.

regiones primitivas del Edaphosaurus

Hace unos 250 millones de años, una nueva región evolucionó cerca de los hombros y las patas delanteras. También comenzaron a aparecer dramáticos cambios en las extremidades anteriores de animales conocidos como terápsidos no mamíferos.

Estos desarrollos simultáneos, creen los científicos, probablemente ocurrieron junto con cambios en la forma en que las criaturas caminaron y corrieron.

"Parece haber algún tipo de diafonía durante el desarrollo entre los tejidos que forman las vértebras y el omóplato", dijo Pierce. "Creemos que esta interacción resultó en la adición de una región cerca del hombro a medida que evolucionaron las extremidades anteriores de nuestros antepasados para adoptar nuevas formas y funciones".

Thrinaxodon

Thrinaxodon fósil

Más tarde, emergió una región cerca de la pelvis. "Es esta última región, la región lumbar sin costillas, la que parece ser capaz de adaptarse más a los diferentes entornos", dijo Pierce.

El paso final en la construcción de la columna vertebral de los mamíferos puede estar relacionado con los cambios en los genes Hox, importantes para las regiones de la columna al principio de su desarrollo.

"Hemos podido establecer conexiones entre los cambios en los esqueletos de animales extintos e ideas en la biología y la genética del desarrollo moderno", dijo Jones. "Este enfoque combinado nos ayuda a comprender qué hace que un mamífero sea un mamífero".

Artículo científico: Fossils reveal the complex evolutionary history of the mammalian regionalized spine

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