A pesar de no tener pulmones, estos peces también pueden respirar aire
Los bosques de manglares de Okinawa albergan muchas especies animales, desde cangrejos hasta martines pescadores; albergan un diverso ecosistema repleto de vida. Entre los residentes más extravagantes que viven allí se encuentra "Minami-Tobihaze", el saltarín del fango barrado.
"Son peces, pero pueden caminar y vivir parcialmente en la tierra", dice la Dra. Fabienne Ziadi-Künzli de la Unidad de Física No Lineal y de No Equilibrio del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST), primera autora de un estudio sobre la anatomía de los saltarines del fango.
El saltarín del fango barrado, científicamente llamado Periophthalmus argentilineatus, tiene más de una rareza. Sus ojos se encuentran más arriba que a los lados de la cabeza y, a pesar de no tener pulmones, estos peces pueden respirar aire.
"Los saltarines del fango absorben oxígeno a través de la piel, que siempre deben mantener húmeda, o a través de la boca", afirma la Dra. Ziadi-Künzli. A veces, incluso tragan una gran bocanada de aire y la mantienen allí para llevarla a sus huevos. "Cavan madrigueras en el barro y expulsan el aire del interior para que sus huevos reciban suficiente oxígeno", explica la Dra. Ziadi-Künzli.
Imagen: Los saltarines del fango barrados crían a sus crías en madrigueras que suelen tener dos entradas y un túnel en forma de Y para conectarlas bajo tierra. El dueño de esta madriguera se asoma por la entrada de la derecha. Crédito: Dr. Ken Maeda/OIST
Sin embargo, probablemente su adaptación más asombrosa a la vida terrestre sea la capacidad de caminar. "Nuestros antepasados desarrollaron extremidades y dedos antes de abandonar el agua, pero no vemos esto en estos peces. Los saltarines del fango son anfibios y todavía tienen aletas que les sirven tanto para nadar como para caminar", dice la Dra. Ziadi-Künzli. Para desplazarse por tierra, los saltarines utilizan principalmente las aletas adheridas a los costados de su cuerpo, que se denominan aletas pectorales.
"Los saltarines del fango tienen una forma única de moverse, que no se ha observado en ninguna otra especie de pez anfibio vivo. Se llama hacer muletas", dice la Dra. Ziadi-Künzli. En lugar de mover sus aletas pectorales alternativamente, como los humanos usan las piernas al caminar, los saltarines del fango mueven sus aletas pectorales hacia adelante simultáneamente, como haríamos con muletas para quitar el peso de una pierna lesionada".
Vídeo: Observa a un saltarín del fango caminando por la costa de manglares de Okinawa. Crédito: Dr. Ken Maeda/OIST
Una instantánea de la evolución en curso
"Es emocionante pensar en estos peces y en cómo caminan. Después de que el Prof. Mahesh Bandi y sus colegas terminaran un estudio sobre cómo la forma específica del pie humano le da la estabilidad necesaria para caminar, empezamos a preguntarnos qué adaptaciones morfológicas al movimiento en tierra podríamos observar al estudiar las aletas del saltarín del fango anfibio", dice la Dra. Ziadi-Künzli. Impulsada por su interés científico como bióloga de peces, profundizó en la literatura sobre el tema.
Sorprendentemente, el último estudio anatómico en profundidad sobre las aletas del saltarín del fango se realizó en la década de 1960 y era escasa la información sobre las adaptaciones de los músculos y otros tejidos blandos del saltarín del fango a la vida en tierra. Con su experiencia en estudios anatómicos y acceso a la tomografía microcomputarizada (μCT) dentro de las instalaciones centrales del OIST, ella y sus colegas decidieron investigar las adaptaciones de los saltarines del fango a la vida fuera del agua.
"El µCT tiene una fuente de rayos X y un detector microscópico que capta la señal. Como estábamos interesados en los tejidos blandos, utilizamos yodo para darles un mejor contraste en las imágenes", explica la Dra. Ziadi-Künzli.
Con este método, el equipo tomó imágenes de varios peces, comenzando con el saltarín y sus parientes evolutivos cercanos. A modo de comparación, los investigadores también escanearon otros peces, por ejemplo el pez cebra, que tienen un parentesco lejano con el saltarín.
Una vez completadas las imágenes iniciales, la parte más difícil del estudio estaba a punto de comenzar: el análisis de los miles de imágenes separadas producidas por el µCT. "Tuvimos que clasificar manualmente todas esas imágenes para identificar cada tejido. Básicamente, trabajamos en el análisis desde 2019", señala la Dra. Ziadi-Künzli.
El tedioso trabajo del investigador finalmente demostró que valió la pena cuando las primeras imágenes en 3D de los saltarines del barro revelaron varias adaptaciones únicas a la vida fuera del agua. "Descubrimos que sus músculos en las aletas pectorales son más grandes, al igual que la cintura escapular a la que se unen", dice la Dra. Ziadi-Künzli.
Imagen: Después de escanear los diferentes peces, el Dr. Ziadi-Künzli trabajó en imágenes como ésta para identificar los diferentes órganos y tejidos, incluidos músculos, huesos, cartílagos y tendones, dentro de los cuerpos de los animales. Crédito: Dra. Fabienne Ziadi-Künzli/OIST, Image taken with Thermo Fisher Scientific‘s AMIRA Software
Los investigadores se sorprendieron aún más cuando descubrieron que en las aletas pectorales del saltarín, las que utilizan para caminar, algunos tendones que conectan los huesos fueron reemplazados por tejido fascial.
"Creemos que se trata de una adaptación que ayuda a los saltarines del fango a impulsarse hacia adelante mientras caminan porque el tejido fascial les da más estabilidad y podría ayudar a crear la fuerza necesaria para mover su masa en tierra", explicó la Dra. Ziadi-Künzli.
La mayor intensidad de la gravedad en tierra parece haber provocado otra adaptación en el cuerpo del saltarín del fango. "Existe una conexión entre el hombro y la aleta pélvica a través de una especie de articulación que no vemos en ningún otro pez que hayamos escaneado", afirma la Dra. Ziadi-Künzli. Estos cambios indican cuán severa podría ser la presión evolutiva cuando los organismos pasan del agua a la tierra.
Imagen: Una imagen en 3D que muestra algunos de los hallazgos detallados de las estructuras anatómicas superpuestas al cuerpo de un saltarín del fango. Crédito: Pavel Puchenkov, Fabienne Ziadi-Künzli/OIST, creado con Blender (comunidad en línea), http://www.blender.org.
Y los huesos tampoco quedaron indemnes en el saltarín del fango, cuyas aletas necesitan soportar mucho más peso al caminar que al nadar. "Por lo general, los radios de las aletas pectorales tienen forma de media luna si se mira una sección transversal, pero, en el saltarín, eran redondos cerca de la base del radio de la aleta y luego cambiaron a forma de media luna hacia la punta del radio de la aleta".
"Creemos que esto podría dar a la aleta una mayor estabilidad mecánica", afirma el Dr. Ziadi-Künzli. Otros investigadores han descrito formas similares de huesos de radios de aletas, algunos fósiles de peces extintos que fueron antepasados de los animales terrestres.
Todos estos descubrimientos dejaron al equipo con ganas de profundizar aún más en la comprensión de la evolución del saltarín del fango. "Cuando los saltarines del fango están en su estado larvario, no se ven diferentes de muchas otras larvas de peces gobios, pero durante la metamorfosis, cambian rápidamente su cuerpo y la anatomía de sus aletas. Queremos observar este desarrollo de larvas a adultos para comprender mejor esta transición", afirma la Dra. Ziadi-Künzli.
Para estas futuras tareas, la Dra. Ziadi-Künzli y el coautor Dr. Ken Maeda, científico de la Unidad Marina Eco-Evo-Devo, establecieron una colaboración entre laboratorios para estudiar la metamorfosis del saltarín del fango de larva a pez adulto.
"El uso de estas herramientas de disección virtual nos brinda una perspectiva completamente nueva sobre la anatomía de los animales, lo cual es un trabajo importante. Al fin y al cabo, ¿Cómo entenderemos un organismo y sus adaptaciones evolutivas si no sabemos cómo están construidos?", afirma la Dra. Ziadi-Künzli.
El estudio se ha publicado en el Journal of Anatomy: Anatomical insights into fish terrestrial locomotion: A study of barred mudskipper (Periophthalmus argentilineatus) fins based on μCT 3D reconstructions
