Los rayos dérmicos se perdieron por completo en las primeras criaturas con extremidades
Una investigación sobre peces fosilizados del período devónico tardío, hace aproximadamente 375 millones de años, detalla la evolución de las aletas a medida que comenzaron a pasar a extremidades aptas para caminar en tierra.
El nuevo estudio realizado por paleontólogos de la Universidad de Chicago, publicado esta semana en Proceedings of the National Academy of Sciences, utiliza tomografía computarizada para examinar la forma y estructura de los rayos de las aletas mientras aún están encerradas en la roca circundante.
Las herramientas de imagen permitieron por primera vez a los investigadores construir modelos digitales en 3-D de toda la aleta del fisópodo Tiktaalik roseae y sus parientes en el registro fósil. Luego usaron estos modelos para inferir cómo funcionaban y cambiaban las aletas a medida que evolucionaban en extremidades.
Gran parte de la investigación sobre las aletas durante esta etapa de transición clave se centra en los grandes y distintos huesos y en los cartílagos que corresponden a los de la parte superior del brazo, el antebrazo, la muñeca y los dedos. Conocido como el "endoesqueleto", los investigadores rastrearon cómo cambiaron estos huesos para convertirse en brazos, patas y dedos reconocibles en tetrápodos o criaturas de cuatro patas.
Los delicados rayos y espinas de las aletas de un pez forman un no menos importante segundo esqueleto "dérmico", que también experimentó cambios evolutivos en este período. Estas piezas a menudo se pasan por alto porque pueden desmoronarse cuando los animales son fosilizados o porque los preparadores fósiles las quitan intencionalmente para revelar los huesos más grandes del endoesqueleto. Los rayos dérmicos forman la mayor parte del área superficial de muchas aletas de peces, pero se perdieron por completo en las primeras criaturas con extremidades.
"Estamos tratando de comprender las tendencias generales y la evolución del esqueleto dérmico antes de que ocurran todos esos otros cambios y evolucionen las extremidades", dijo Thomas Stewart, Ph.D., un investigador postdoctoral que dirigió el nuevo estudio. "Si quieres entender cómo evolucionaron los animales para usar sus aletas en esta parte de la historia, este es un importante conjunto de datos".
Viendo antiguas aletas en 3-D
Stewart y sus colegas trabajaron con tres peces devónicos tardíos con características primitivas de los tetrápodos: Sauripterus taylori, Eusthenopteron foordi y Tiktaalik roseae, que fue descubierto en 2006 por un equipo dirigido por el paleontólogo de UChicago, Neil Shubin, Ph.D., autor principal del nuevo estudio.
Se creía que Sauripterus y Eusthenopteron eran completamente acuáticos y usaban sus aletas pectorales para nadar, aunque pudieron haberse apoyado en el fondo de lagos y arroyos. Tiktaalik pudo haber soportado la mayor parte de su peso con sus aletas y quizás incluso las utilizó para aventurarse fuera del agua para cortos viajes a través de aguas poco profundas y marismas.
"Al ver toda la aleta de Tiktaalik, obtenemos una imagen más clara de cómo se sostuvo y se movió. La aleta tenía una especie de palma que podía estar al ras contra los fondos fangosos de ríos y arroyos", dijo Shubin.
Stewart y Shubin trabajaron con el estudiante universitario Ihna Yoo y Justin Lemberg, Ph.D., otro investigador en el laboratorio de Shubin, para escanear especímenes de estos fósiles mientras aún estaban encerrados en la roca. Con el uso de software de imágenes, reconstruyeron modelos tridimensionales que les permitieron mover, rotar y visualizar el esqueleto dérmico como si se hubiera extraído completamente del material circundante.
Los modelos mostraron que se simplificaron los rayos de las aletas de estos animales y que el tamaño total de la red de aletas era más pequeño que el de sus predecesores más pesqueros. Sorprendentemente, también vieron que la parte superior e inferior de las aletas se estaban volviendo asimétricas. Los rayos de las aletas en realidad están formados por pares de huesos.
En Eusthenopteron, por ejemplo, el rayo de aleta dorsal o superior era ligeramente más grande y más largo que el ventral o inferior. Los rayos dorsales de Tiktaalik eran varias veces más grandes que sus rayos ventrales, lo que sugiere que tenía músculos que se extendían en la parte inferior de sus aletas, como la base carnosa de la palma, para ayudar a soportar su peso.
"Esto proporciona más información que nos permite comprender cómo un animal como Tiktaalik estaba usando sus aletas en esta transición", dijo Stewart. "Los animales pasaron de nadar libremente y usar sus aletas para controlar el flujo de agua a su alrededor, para adaptarse a empujar contra la superficie en el fondo del agua".
Stewart y sus colegas también compararon los esqueletos dérmicos de peces vivos como el esturión y el pez pulmonado para comprender los patrones que estaban viendo en los fósiles. Vieron algunas de las mismas diferencias asimétricas entre la parte superior e inferior de las aletas, lo que sugiere que esos cambios jugaron un papel más importante en la evolución de los peces.
"Eso nos da más confianza y otro conjunto de datos para decir que estos patrones son reales, generalizados e importantes para los peces, no solo en el registro fósil en lo que se refiere a la transición de aleta a extremidad, sino a la función de las aletas en general".
Artículo científico: Fin ray patterns at the fin-to-limb transition
