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| La escena aérea muestra a dos tetrápodos primitivos del Devónico tardío -Ichthyostega y Acanthostega- saliendo del agua para desplazarse por tierra. Las huellas de los animales muestran una sensación de movimiento. Crédito: Davide Bonadonna |
Uno de los mayores interrogantes de la evolución es cuándo y cómo evolucionaron los principales grupos de animales. La aparición de los tetrápodos (todos los vertebrados con extremidades) a partir de sus parientes peces marca uno de los acontecimientos evolutivos más importantes de la historia de la vida. Esta transición de "pez a tetrápodo" tuvo lugar en algún momento entre el Devónico Medio y el Tardío (hace unos 400-360 millones de años) y representa el inicio de un importante cambio ambiental, cuando los vertebrados pisaron tierra firme por primera vez. Sin embargo, algunas de las cuestiones más fundamentales sobre la dinámica de esta transición llevan décadas sin resolverse.
En un estudio publicado el 23 de agosto en Nature Ecology and Evolution, investigadores de Harvard establecen la fecha de origen de los primeros tetrápodos y descubren que adquirieron varios de los principales rasgos adaptativos nuevos que permitieron la vida de los vertebrados en tierra a un ritmo evolutivo acelerado.
El estudio dirigido por el Dr. Tiago R. Simões, investigador postdoctoral, y la autora principal, la profesora Stephanie E. Pierce, ambos del Departamento de Biología Organísmica y Evolutiva de la Universidad de Harvard, aplicaron métodos estadísticos recientemente desarrollados (análisis evolutivo bayesiano) para estimar con precisión el tiempo y las tasas de evolución anatómica durante el surgimiento de los tetrápodos. El método bayesiano se adaptó a partir de métodos desarrollados originalmente en epidemiología para estudiar cómo evolucionan virus como el COVID-19 y sólo recientemente se convirtió en una herramienta en paleontología para el estudio de la evolución de las especies.
El estudio también innova al combinar los datos de las huellas fósiles y los fósiles corporales para precisar la época de origen de los tetrápodos. "Normalmente los datos de las huellas aparecen después de los fósiles corporales de sus creadores. En este caso, tenemos huellas de tetrápodos mucho más antiguas que los primeros fósiles corporales por varios millones de años, lo que es extremadamente inusual. Combinando tanto las huellas como los fósiles corporales, pudimos buscar una edad más precisa para el surgimiento de los tetrápodos", dijo Pierce.
"Pudimos proporcionar una edad muy precisa para el origen de los tetrápodos en aproximadamente 390 millones de años, 15 millones de años más que el fósil de cuerpo de tetrápodos más antiguo", dijo Simões.
Los investigadores también descubrieron que la mayoría de los parientes cercanos de los tetrápodos tenían tasas de evolución anatómica excepcionalmente lentas, lo que sugiere que los parientes de los peces de los tetrápodos estaban bastante bien adaptados a su estilo de vida acuático.
"Por otro lado, descubrimos que los linajes evolutivos que condujeron a los primeros tetrápodos se apartaron de ese patrón estable, adquiriendo varios de los principales rasgos adaptativos nuevos a ritmos increíblemente rápidos que se mantuvieron durante aproximadamente 30 millones de años", dijo Simões.
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| Los colores de las siluetas de los animales representan las tasas de evolución anatómica de las distintas regiones del cuerpo, mientras que los colores del fondo indican los grupos que experimentan una evolución estabilizadora o direccional hacia nuevos planes corporales. Crédito: Tiago R. Simões y Stephanie E. Pierce |
Simões y Pierce también ampliaron los enfoques moleculares para estudiar la rapidez con la que evolucionaron diferentes partes del plan corporal de los primeros tetrápodos -como el cráneo, las mandíbulas y las extremidades- y la fuerza de la selección natural que actuaba en cada una de ellas. Descubrieron que todas las partes del esqueleto de los tetrápodos estaban sometidas a una fuerte selección direccional para evolucionar nuevos rasgos adaptativos, pero que el cráneo y las mandíbulas evolucionaban más rápidamente que el resto del cuerpo, incluidas las extremidades.
"Esto sugiere que los cambios en el cráneo tuvieron un papel más importante en las etapas iniciales de la transición de pez a tetrápodo que los cambios en el resto del esqueleto. La evolución de las extremidades hacia la vida en tierra fue importante, pero sobre todo en una etapa posterior de la evolución de los tetrápodos, cuando se volvieron más terrestres", dijo Pierce.
"Vemos varias innovaciones anatómicas en su cráneo relacionadas con la alimentación y la obtención de alimentos, lo que permitió una transición de un modo de captura de presas basado en la succión, como el de los peces, a la mordida, como la de los tetrápodos, y un aumento del tamaño y la ubicación de las órbitas", dijo Simões. "Estos cambios prepararon a los tetrápodos para buscar comida en tierra y para explorar nuevos recursos alimenticios que no estaban disponibles para sus parientes peces".
Los investigadores también descubrieron que las rápidas tasas de evolución anatómica en el linaje de los tetrápodos no estaban asociadas a rápidas tasas de diversificación de especies. De hecho, había muy pocas especies, tan pocas que tenían una probabilidad muy baja de conservarse en el registro fósil.
Este hallazgo ayuda a responder a un debate actual en la evolución sobre si los nuevos grandes grupos de animales se originaron bajo tasas rápidas de cambio anatómico y diversificación de especies (la hipótesis clásica). O bien, si primero se produjeron altas tasas de evolución anatómica y sólo varios millones de años más tarde aumentaron las tasas de diversificación de las especies (una nueva hipótesis).
"Lo que hemos descubierto en los últimos dos años es que hay muchos cambios anatómicos durante la construcción de nuevos planes corporales de animales en períodos cortos de tiempo geológico, generando altas tasas de evolución anatómica, como estamos viendo con los primeros tetrápodos. Pero en términos de número de especies, permanecieron limitados y en números realmente bajos durante mucho tiempo, y sólo después de decenas de millones de años se diversifican realmente y se convierten en un número mayor de especies. Definitivamente hay un desacoplamiento", dijo Simões.
Pierce coincidió: "Se necesita tiempo para afianzarse en un nuevo nicho para poder aprovecharlo al máximo".
"Nuestro estudio comienza en el principio de esta historia evolutiva. Hay muchos, muchos más capítulos por venir", dijo Pierce. "Queremos profundizar en lo que ocurrió después del origen de los tetrápodos, cuando empezaron a colonizar la tierra y a diversificarse en nuevos nichos. ¿Cómo influye eso en sus ritmos de evolución anatómica en comparación con la diversificación de las especies en el planeta? Esto es sólo el principio. Es el capítulo introductorio del libro".
Fuentes, créditos y referencias:
Sustained high rates of morphological evolution during the rise of tetrapods, Nature Ecology and Evolution (2021). DOI: 10.1038/s41559-021-01532-x , www.nature.com/articles/s41559-021-01532-x