La cabeza fosilizada en 3D de un antiguo pez sin mandíbula apunta a la evolución de los cráneos de vertebrados

(CNN) — Hace cientos de millones de años, los peces sin mandíbula nadaban por los mares de la Tierra, con el cerebro protegido por fuera por una piel acorazada y por dentro por placas de cartílago. Los científicos aún no saben cómo evolucionaron los cráneos de los vertebrados modernos a partir de estos antiguos antepasados de los peces, que fueron los primeros animales con columna vertebral. Ahora, un análisis reciente de un fósil espectacular está llenando algunos vacíos.

El espécimen, un cráneo articulado de 455 millones de años de antigüedad, pertenece al pez sin mandíbula Eriptychius americanus. Fue descubierto en la formación de arenisca Harding, en Colorado, y es la prueba fósil en 3D más antigua de la anatomía craneal de un vertebrado primitivo, según un estudio publicado este miércoles en la revista Nature.

Los vertebrados modernos descendientes de los peces sin mandíbulas forman dos grupos: los vertebrados con mandíbulas y los mixinos y lampreas sin mandíbulas. La disposición del cráneo del E. americanus no se parecía a nada visto en vertebrados vivos o en los parientes extintos del pez, con secciones de cartílago sin fusionar —algunas simétricas, otras no— en la parte frontal de la cabeza y rodeando la boca, los órganos olfativos y los ojos.

“No se encuentran estos extraños conjuntos de cartílagos emparejados y no emparejados en ninguna otra cosa”, afirma el Dr. Richard Dearden, autor principal del estudio e investigador postdoctoral en el Centro de Biodiversidad Naturalis de Leiden (Países Bajos). “Así que es muy emocionante”.

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El cartílago fosilizado de la cabeza fue recuperado en 1949 y descrito en 1967 por el paleontólogo Robert Denison, conservador de peces fósiles del Museo Field de Historia Natural de Chicago. Denison dividió la roca que contenía el material fósil en dos partes; en una disolvió la matriz rocosa con ácido y suspendió el fósil en epoxi, explicó Dearden.

El análisis de Denison reveló escamas acorazadas de forma única y estructuras parecidas a cartílagos. Pero en aquel momento era imposible profundizar más sin cortar el fósil y destruirlo, explicó Dearden.

“Los detalles que se pueden extraer de la superficie del fósil no son realmente suficientes para poder hacer algo con ellos”, explicó. Por este motivo, el espécimen estuvo científicamente relegado durante décadas, considerado potencialmente interesante “pero básicamente inutilizable”.

Utilizando tomografías computarizadas, Dearden y sus coautores pudieron identificar y visualizar el cartílago. El equipo reconstruyó un modelo digital del cráneo del pez en 3D, explicó Dearden a la CNN. (Realizó la investigación mientras estaba en la Universidad de Birmingham, en el Reino Unido).

“Sospecho que la razón por la que alguien ha tardado tanto en escanearlo es que muy pocas personas trabajan realmente con estos peces del Ordovícico, y este es el tipo de fósil en el que realmente se necesita ser un especialista para reconocer su potencial”, dijo en un correo electrónico.

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Se creó un modelo digital del fósil a partir de tomografías computarizadas. (Crédito: Richard Dearden)

Peces con armadura y sin mandíbula

Los peces sin mandíbula del periodo Ordovícico —hace entre 488,3 y 443,7 millones de años— se denominan ostracodermos, por su piel acorazada, y la mayoría de ellos se conocen a partir de fósiles que solo conservan su armadura externa, explicó Dearden.

“Todo lo que sabemos sobre el interior de su cabeza se basa básicamente en esa armadura”, explicó Dearden. “Vemos agujeros para los ojos en esta armadura exterior y suponemos que ahí es donde están los ojos en el cráneo. Pero en realidad no sabemos nada de lo que hay ahí dentro”.

Los autores del estudio identificaron 10 piezas de cartílago craneal en el espécimen: seis en el epoxi y cuatro en la matriz rocosa. El cartílago estaba rodeado de escamas y canales que podían albergar estructuras sensoriales o vasculares.

Aún quedan preguntas sobre la evolución del cráneo, como la finalidad de los canales que se ven en el fósil y por qué todo el cartílago parece estar concentrado en la parte delantera del cráneo del pez. Es posible, según Dearden, que hubiera más cartílago en la parte posterior de la cabeza que simplemente no se conservó en este espécimen.

Tampoco está claro cuándo aparecieron las mandíbulas en los peces.

No obstante, “este fósil llena un vacío en nuestro conocimiento de la evolución de la cabeza de los vertebrados”, afirmó la paleobióloga Lauren Sallan, profesora adjunta de la Unidad de Macroevolución de la Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (Japón).

“Esta laguna se debió en parte a que los antepasados ordovícicos de los peces con mandíbula eran relativamente escasos y estaban restringidos en su mayoría a aguas marinas muy poco profundas. Tras su muerte, los restos de estos primeros peces, incluido el Eriptychius, solían ser destruidos por las olas, y nosotros encontramos principalmente trozos”, explica Sallan, que investiga los orígenes de la biodiversidad marina y no participó en el estudio.

“Como resultado, tenemos material fósil limitado y casi ninguna cabeza completa”, dijo Sallan a CNN. “Disponer de material interno conservado de estos peces es un enorme descubrimiento y un gran paso adelante”.

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