Cuando los tetrápodos vertebrados de cuatro extremidades comenzaron a moverse del agua a la tierra hace aproximadamente 390 millones de años, puso en marcha el surgimiento de lagartos, aves, mamíferos y todos los animales terrestres que existen en la actualidad, incluidos los humanos y algunos vertebrados acuáticos comocomo ballenas y delfines.
Los primeros tetrápodos se originaron a partir de sus ancestros peces en el período Devónico y son más del doble de antiguos que los fósiles de dinosaurios más antiguos. Se parecían a un cruce entre una salamandra gigante y un cocodrilo y medían entre 1 y 2 metros de largo, tenían branquias,patas palmeadas y aletas de la cola, y todavía estaban fuertemente atadas al agua. Sus brazos y piernas cortos tenían hasta ocho dedos en cada mano y pie y probablemente eran depredadores de emboscada, acechando en aguas poco profundas esperando que se acercara la presa.
Los científicos saben cómo las aletas de los peces se transformaron en extremidades de tetrápodos, pero sigue habiendo controversias sobre dónde y cómo los primeros tetrápodos usaron sus extremidades. Y, aunque se han propuesto muchas hipótesis, muy pocos estudios las han probado rigurosamente utilizando el registro fósil.
en un artículo publicado el 22 de enero en avances científicos un equipo internacional de investigadores examinó modelos digitales tridimensionales de los huesos, las articulaciones y los músculos de las aletas y las extremidades de dos tetrápodos tempranos extintos y un pez fósil estrechamente relacionado para revelar cómo la función de la extremidad anterior cambiaba a medida que las aletas evolucionaban en extremidades. La investigación dirigida por Julia Molnar, profesora asistente del Instituto de Tecnología de la Facultad de Medicina Osteopática de Nueva York y Stephanie Pierce, profesora adjunta de biología orgánica y evolutiva Thomas D. Cabot en la Universidad de Harvard, descubrió tres etapas funcionales distintas en la transición de las aletas aextremidades, y que estos primeros tetrápodos tenían un patrón muy distinto de apalancamiento muscular que no se parecía a una aleta de pez o extremidades de tetrápodos modernos.
Para reconstruir cómo funcionaban las extremidades de los primeros tetrápodos conocidos, Molnar, Pierce y los coautores John Hutchinson Royal Veterinary College, Rui Diogo Howard University y Jennifer Clack University of Cambridge primero necesitaban descubrir qué músculosestaban presentes en los animales fósiles. Una tarea desafiante ya que los músculos no se conservan en los fósiles y los músculos de las aletas de los peces modernos son completamente diferentes de los de las extremidades de los tetrápodos. El equipo pasó varios años tratando de responder a la pregunta de cómo exactamente¿Los simples músculos de una aleta se convierten en docenas de músculos que realizan todo tipo de funciones en una extremidad tetrápoda?
"Determinar qué músculos estaban presentes en un fósil de 360 millones de años tomó muchos años de trabajo solo para llegar al punto en que pudiéramos comenzar a construir modelos musculoesqueléticos muy complicados", dijo Pierce. "Necesitábamos saber cómomuchos músculos estaban presentes en los animales fósiles y donde se unían a los huesos para que pudiéramos probar cómo funcionaban ".
Construyeron modelos musculoesqueléticos tridimensionales de la aleta pectoral en Eusthenopteron un pez estrechamente relacionado con los tetrápodos que vivieron durante el período Devónico tardío hace unos 385 millones de años y las extremidades anteriores de dos tetrápodos tempranos, Acanthostega 365 millones de años viviendo hacia el final del período Devónico tardío y Pederpes 348-347 millones de años viviendo durante el período Carbonífero temprano. A modo de comparación, también construyeron modelos similares de las aletas pectorales de los peces vivos celacanto, pez pulmonado y extremidades anteriores de tetrápodos vivos salamandra, lagarto.
Para determinar cómo funcionaban las aletas y las extremidades, los investigadores utilizaron un software computacional desarrollado originalmente para estudiar la locomoción humana. Esta técnica se había utilizado recientemente para estudiar la locomoción en los antepasados de los humanos y también en los dinosaurios T. Rex , pero nunca en algo tan antiguo como uno de los primeros tetrápodos.
Al manipular los modelos en el software, el equipo pudo medir dos rasgos funcionales: el rango máximo de movimiento de la articulación y la capacidad de los músculos para mover la aleta o las articulaciones de las extremidades. Las dos medidas revelarían compensaciones en el sistema locomotory permitir que los investigadores prueben hipótesis de función en animales extintos.
El equipo encontró que las extremidades anteriores de todos los tetrápodos terrestres pasaron por tres etapas funcionales distintas: una etapa de "pez bentónico" que se parecía al pez pulmonado moderno, una etapa de "tetrápodo temprano" diferente a cualquier animal extinto, y una etapa de "tetrápodo de corona" con características detanto lagartijas como salamandras.
"La aleta de Eusthenopteron tenía un patrón que recordaba al pez pulmonado, que es uno de los parientes vivos más cercanos de los tetrápodos ", dijo Pierce." Pero las primeras extremidades de los tetrápodos mostraron más similitudes entre sí que los peces o los tetrápodos modernos ".
"Eso fue quizás lo más sorprendente", dijo Molnar. "Pensé. Pederpes y posiblemente Acanthostega , caería bastante bien dentro del rango de los tetrápodos modernos. Pero formaron su propio grupo distintivo que no se parecía a una extremidad de tetrápodo moderno o una aleta de pez. No estaban justo en el medio, sino que tenían su propia colección decaracterísticas que probablemente reflejan su entorno y comportamientos únicos ".
Los resultados mostraron que las primeras extremidades de los tetrápodos estaban más adaptadas a la propulsión que a la carga de peso. En el agua, los animales usan sus extremidades como propulsión para moverse hacia adelante o hacia atrás, lo que permite que el agua soporte su peso corporal. Sin embargo, al moverse en tierra,requiere que el animal actúe contra la gravedad y empuje hacia abajo con sus extremidades para sostener su masa corporal.
Esto no significa que los primeros tetrápodos fueran incapaces de moverse por tierra, sino que no se movían como un tetrápodo vivo de hoy en día. Su medio de locomoción era probablemente exclusivo de estos animales que todavía estaban muy ligados alagua, pero también se aventuraban en tierra, donde había muchas oportunidades para los animales vertebrados, pero poca competencia o miedo de los depredadores.
"Estos resultados son emocionantes, ya que respaldan de forma independiente un estudio que publiqué el año pasado usando fósiles y métodos completamente diferentes", dijo Pierce. "Ese estudio, que se centró en el hueso de la parte superior del brazo, indicó que los primeros tetrápodos tenían cierta capacidad de movimiento terrestrepero que puede que no hayan sido muy buenos en eso ".
Los investigadores están más cerca de reconstruir la evolución de la locomoción terrestre, pero se necesita más trabajo. Planean modelar a continuación la extremidad trasera para investigar cómo las cuatro extremidades trabajaban juntas. Se ha sugerido que los primeros tetrápodos usaban sus extremidades anteriores para la propulsión, pero los tetrápodos modernos obtienen la mayor parte de su poder de propulsión de la extremidad trasera.
"Planeamos buscar cualquier evidencia de un cambio de la locomoción impulsada por las extremidades anteriores hacia la locomoción impulsada por las extremidades traseras, como los tetrápodos modernos", dijo Molnar. Mirar las extremidades anteriores y posteriores juntas podría revelar más sobre la transición del agua a la tierra ycómo los tetrápodos eventualmente llegaron a dominar el reino terrestre.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Harvard, Departamento de Biología Organísmica y Evolutiva . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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