Un gran corazón y sentidos agudos, claves para la radiación explosiva de los primeros peces

Fuente U de Chicago

La reconstrucción digital de un pequeño pez de 400 millones de años muestra cómo la anatomía diseñada para evadir depredadores lo capacitó para convertirse en cazador una vez que evolucionaron las mandíbulas.

Un equipo internacional liderado por científicos del Museo Canadiense de la Naturaleza y la Universidad de Chicago reconstruyó el cerebro, el corazón y las aletas de un pez extinto llamado Norselaspis glacialis a partir de un diminuto fósil del tamaño de una uña y halló evidencia de un cambio hacia un estilo de vida de natación rápida y adaptado a los sentidos mucho antes de que se inventaran las mandíbulas y los dientes para capturar mejor el alimento.

“Estos son los primeros pasos de un episodio clave en nuestra profunda historia evolutiva”, afirmó Tetsuto Miyashita, investigador del museo y autor principal del nuevo estudio publicado esta semana en la revista Nature.

Los peces han existido durante 500 millones de años. Las primeras especies vivían cerca del lecho marino, pero cuando desarrollaron mandíbulas y dientes, todo cambió; hace 400 millones de años, los peces con mandíbulas dominaban la columna de agua. Finalmente, los animales con extremidades, incluidos los humanos, también se originaron a partir de esta radiación de vertebrados.

Sin embargo, durante mucho tiempo ha sido un misterio cómo ocurrió este evento crucial. La teoría estándar sostiene que las mandíbulas evolucionaron primero, y que otras partes del cuerpo experimentaron cambios para mantener un nuevo estilo de vida depredador. «Pero existe una gran brecha de datos detrás de esta transformación», afirmó Michael Coates, profesor y catedrático de Biología y Anatomía de Organismos en la Universidad de Chicago y autor principal del estudio. «Hemos estado careciendo de instantáneas del registro fósil que nos ayudarían a ordenar los eventos clave para reconstruir el patrón y la dirección del cambio».

El nuevo estudio revoluciona la idea de que las mandíbulas eran lo primero. «Encontramos características en un pez sin mandíbula, Norselaspis, que creíamos exclusivas de las formas con mandíbula», afirmó Miyashita, quien anteriormente fue investigador postdoctoral en el laboratorio de Coates en Chicago. «Este fósil del Período Devónico, hace más de 400 millones de años, demuestra que los sentidos agudos y un corazón potente evolucionaron mucho antes que las mandíbulas y los dientes».

Un atlas digital exquisito

El fósil de Norselaspis que estudió el equipo está tan exquisitamente conservado en un fragmento de roca que pudieron escanearlo y ver impresiones de su corazón, vasos sanguíneos, cerebro, nervios, oído interno e incluso los diminutos músculos que movían el globo ocular. El fósil estaba oculto en uno de los miles de bloques de arenisca recolectados durante una expedición paleontológica francesa a Spitsbergen, archipiélago ártico de Noruega, en 1969. Al examinar estas rocas 40 años después, los coautores del estudio, Philippe Janvier y Pierre Gueriau, abrieron uno, revelando un cráneo de Norselaspis perfectamente conservado de apenas 1,27 cm de largo. El equipo llevó el fósil a un acelerador de partículas en el Instituto Paul Scherrer de Suiza para escanearlo con rayos X de alta energía.

Un corazón grande y sentidos agudos, claves para la radiación explosiva de los primeros peces.

El resultado fue asombroso. Corte a corte, las imágenes de rayos X revelaron delicadas películas de hueso que envolvían los órganos del pez con asombroso detalle. Con una centésima de milímetro de ancho, estos huesos, finísimos como el tejido, capturan los fantasmas de los órganos que antes albergaba el esqueleto. De vuelta en Chicago, la especialista en imágenes digitales Kristen Tietjen (ahora en el Instituto de Biodiversidad de la Universidad de Kansas) trabajó con Miyashita y Coates para diseccionar y reconstruir digitalmente la anatomía del pez durante miles de horas de pantalla.

«Con este exquisito atlas digital, ahora conocemos el Norselaspis con mayor detalle anatómico que muchos peces vivos», dijo Miyashita. Por ejemplo, el pez tenía siete músculos diminutos para mover los globos oculares, mientras que los humanos tenemos seis. Tenía oídos internos descomunales, un corazón enorme y vasos sanguíneos dispuestos como circunvalaciones para transportar más sangre. Miyashita lo compara con la fruta. “Si el Norselaspis estuviera a nuestra escala, sus oídos internos serían del tamaño de un aguacate y su corazón, del tamaño de un melón cantalupo”, dijo.

Los peces usan sus oídos internos de forma muy similar a como los usamos nosotros: para percibir la vibración, la orientación y la aceleración. El corazón espacioso y el mayor flujo sanguíneo le proporcionan mayor potencia. “Incluso se podría decir que el Norselaspis tenía el corazón de un tiburón bajo la piel de una lamprea”, dijo Miyashita.

El pez también lucía un par de aletas inclinadas, similares a paletas, detrás de las branquias, que, según explicó Coates, habrían sido útiles para realizar paradas repentinas, ráfagas y giros. Estas innovaciones anatómicas convirtieron al Norselaspis en una especie de deportivo entre los peces sin mandíbula, generalmente lentos, de su época.

Anatomía llena de acción

Esta anatomía «llena de acción» probablemente evolucionó para evadir depredadores en lugar de perseguir presas. Pero lo que desencadena respuestas de escape rápidas en los peces sin mandíbula, a su vez, les daría a los peces con mandíbula la ventaja de hacer lo contrario, detectar y capturar alimento eficientemente. «Cuando las mandíbulas evolucionaron en este contexto, se produjo una combinación crucial de sistemas sensoriales, de natación y de alimentación, que finalmente condujo a la extraordinaria variedad y abundancia de peces del Devónico», dijo Coates.

Sin embargo, las primeras mandíbulas probablemente estaban mejor adaptadas para succionar alimento junto con agua y barro que para morder a las presas que pasaban. “No fue tan sencillo como pasar directamente de un depredador de fondo a un depredador superior”, dijo Miyashita.

El nuevo estudio también cuestiona la idea de que los hombros y los brazos de los tetrápodos modernos evolucionaron a partir de estructuras branquiales modificadas. El equipo rastreó el nervio que va al hombro en Norselaspis y observó que estaba separado de los nervios que van a las branquias, una clara evidencia de que uno no provenía del otro. En cambio, el equipo argumenta que el hombro evolucionó como una estructura completamente nueva con un nuevo dominio, el cuello, que separa la cabeza del torso.

“Muchos de estos cambios evolutivos se relacionan con la unión de la cabeza al tronco”, afirmó Miyashita. En los peces primitivos sin mandíbula, la cabeza se extiende desde el torso, mientras que los vertebrados con mandíbula poseen cuello y garganta que separan ambas regiones. El Norselaspis se encuentra en el medio; su cabeza está directamente unida al hombro sin cuello, casi como si nuestros brazos sobresalieran de las mejillas. Sin embargo, los órganos en esta interfaz, como el oído interno, los hombros y el corazón, se han mejorado o reorganizado para lograr una mayor capacidad de desenvolverse en su entorno.

Los paleontólogos aún investigan qué desencadenó esta transformación. Algunos, como Christian Klug, de la Universidad de Zúrich (Suiza), quien no participó en el estudio, creen que el linaje del Norselaspis surgió en la época de la llamada Revolución del Necton, cuando los organismos marinos comenzaban a ascender en la columna de agua. En aquel entonces, la clave era volverse más rápidos, más inteligentes y más maniobrables.

“En un evento histórico, solemos enfatizar uno o dos momentos simbólicos hasta el punto de convertirlos en cliché. En este sentido, la evolución de las mandíbulas es como un disparo en Sarajevo que dio inicio a la Primera Guerra Mundial en 1914”, dijo Miyashita. “Pero es fundamental comprender el contexto. Con Norselaspis, podemos realmente encontrarlo en su esencia”.