Igual que el año anterior, el primer post de 2018 será para comentar un artículo que he publicado junto mis colaboradores hace muy poco en la revista Evolution, y que hemos titulado (en castellano) El análisis de redes anatómicas revela la pérdida de integración y el aumento de la parcelación durante la transición de aletas a patas.

Esta pieza recoge nuestra investigación sobre los cambios anatómicos que ocurrieron en las aletas de los peces de aletas lobuladas para dar lugar a las patas de los primeros vertebrados terrestres (tetrápodos = cuatro patas). Los primeros tetrápodos evolucionaron a partir de un grupo de peces de aletas lobuladas hace alrededor de 370 millones de años. Una aleta lobulada es muy diferente de una pata. La evolución de las patas a partir de aletas lobuladas necesitó pues de una gran cambio tanto del esqueleto como de los músculos en los primeros tetrápodos.

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Músculos en aletas lobuladas (arriba) y patas (abajo) en animales actuales. Figura Original.

Al mismo tiempo también evolucionó la similitud entre las patas de delante y las de detrás. Los humanos somos un caso aparte, resultado de una evolución mucho posterior. Como en otras muchas especies modernas nuestras “patas delanteras” (brazos) son diferentes de nuestras “patas traseras” (piernas). Los humanos no somos ni de lejos el caso más extremo que podemos observar, solo hace falta fijarse en las ranas, los murciélagos o los pájaros. Sin embargo, en muchos otros tetrápodos, en particular aquellos que caminan a cuatro patas, las patas delanteras son bastante similares a las patas traseras.

Figure 1
No existe consenso aún sobre cómo ha sido la evolución de la similitud entre las extremidades delanteras y traseras. Esta figura, extraída del trabajo original, muestra algunas de las hipótesis al respecto (b), así como otros eventos que ocurrieron durante la evolución de aletas a patas (a).

En nuestro trabajo hemos comparado la anatomía de las aletas de peces lobulados que aún existen en la actualidad, los celacantos y los peces pulmonados, con las patas de anfibios y reptiles con características más primitivas (o plesiomórficas = más parecidas a las que presentarían especies ancestrales). El objetivo fue intentar quantificar los cambios de la anatomía de las extremidades que tuvieron lugar durante esta transición.

Para esta comparación hemos utilizado el análisis de redes anatómicas, del cual ya hemos hablado en el pasado. Para ello, hemos construido los modelos de redes donde los nodos representan huesos y músculos, y las conexiones representan sus uniones físicas. Luego analizamos estos modelos para calcular cómo de integrada o modular es la anatomía general de cada extremidad.

Figure 2 modified
Arriba, red de los huesos de la pata según articulan unos con otros. Abajo, red de los músculos según se originan e insertan en los mismos huesos.

Nos encontramos con que existe de hecho una evolución hacia extremidades menos integradas y más modulares. Es decir, las patas son más modulares que las aletas, con lo cual tienen más grupos de huesos y músculos que pueden evolucionar y/o funcionar de forma más o menos independiente de otros grupos. Pensamos que esto se debe a la evolución de la diversificación muscular que observamos en vertebrados terrestres en comparación con los pocos y bastante similares músculos de las aletas. Otra cosa que hemos podido saber es que tanto las aletas lobuladas como las patas tienen una gran similitud anatómica entre extremidades delanteras y traseras, lo cual contrasta con lo que observamos en peces con aletas radiales (el típico pez de la pescadería, como la dorada).

Figure 4
Ejemplo de los resultados de las redes esqueléticas donde comparamos la parcelación (o el grado de modularidad) de las aletas delanteras (eje-x) y traseras (eje-y), y su similitud (diagonal = 100%). El punto azul oscuro representa un pez de aletas radiales, los puntos azul claro representan peces de aletas lobuladas, y los puntos verdes son tetrápodos.

Ejemplo de los resultados de las redes esqueléticas donde comparamos la parcelación (o el grado de modularidad) de las aletas delanteras (eje-x) y traseras (eje-y), y su similitud (diagonal = 100%). El punto azul oscuro representa un pez de aletas radiales, los puntos azul claro representan peces de aletas lobuladas, y los puntos verdes son tetrápodos.

En el futuro intentaremos ampliar este trabajo mediante el estudio de animales extintos, cuyos fósiles podemos encontrar y visitar en varios museos del mundo, y que ofrecen una formidable ventana al pasado. Pero para poder hacer esto, primero deberemos reconstruir cómo eran sus músculos, ya que estos no han quedado fosilizados. Para ello debemos observar tanto las marcas que dejaron en los huesos, así como los músculos presentes en las especies vivas más cercanas.

Espero poder hablaros de todo ello pronto.

Artículo original: Esteve‐Altava, B., Molnar, J.L., Johnston, P., Hutchinson, J.R. and Diogo, R., 2018. Anatomical network analysis of the musculoskeletal system reveals integration loss and parcellation boost during the fins‐to‐limbs transition. Evolution. https://doi.org/10.1111/evo.13430