Hoy os quiero hablar de un trabajo liderado por el Dr. Humberto Ferrón publicado recientemente en la revista Proceedings of the Royal Society B titulado Evaluación funcional de la homoplasia morfológica en los primeros gnatostomados.

Los gnatostomados (o gnatóstomos) son un grupo de vertebrados al cual pertenecemos tanto los peces actuales como también todos los vertebrados terrestres, y que se caracteriza por la presencia de mandíbulas. Su nombre significa, precisamente, boca con mandíbula. Pero antes de que aparecieran los primeros peces gnatostomados, hace más de 500 millones de años, otros grupos de peces sin mandíbulas (los agnatos) poblaban los mares de la tierra. Entre ellos encontramos a los Osteostraci y Galeaspida, muy cercanos evolutivamente a los primeros gnatostomados, que vivieron hace más de 400 millones de años.

El rasgo más característico de estos peces es la presencia de un caparazón o ‘casco’ rígido que cubría, a modo de armadura, su cabeza y la parte más anterior del cuerpo. Algo común en muchos grupos de peces de estas épocas. “La función de este casco ha sido muy discutida y diferentes investigadores han propuesto que podría tratarse de una estructura de protección ante depredadores, de un reservorio de calcio o que podría estar implicada en aspectos hidrodinámicos, proporcionando maniobrabilidad durante el nado dado que estos grupos carecían de aletas pares móviles”, nos explica el Dr. Ferrón.

Dibujos de distintos géneros de peces agnatos (wikipedia).

El estudio liderado por Ferrón ha explorado la diversidad de las formas y funciones de estos cascos para poder entender mejor el ambiente en el que evolucionaron estos peces, así como los primeros gnatostomados (nuestros ancestros). Para ello, han utilizado algunas de las herramientas más punteras en el campo de la paleobiología y la morfología funcional. Una de ellas es la Dinámica de Fluidos Computacional, una técnica desarrollada por ingenieros para estudiar la hidrodinámica de los objetos, por ejemplo, aviones. Aplicada aquí con el objetivo de entender la interacción entre la forma de estos peces y cómo nadaban en su ambiente natural. Para validar estos resultados, los investigadores han realizado tanto experimentos hidrodinámicos en túneles de agua reales, utilizando para ello modelos 3D de estos peces extintos, así como simulaciones con distintos parámetros hidrodinámicos según el tipo de nado y ambiente.

Lo que los investigadores encontraron es que estos cascos podrían permitir a estos peces “controlar el flujo de agua a su alrededor pasivamente, de manera que la forma del casco [está] optimizada para proporcionar sustentación en el agua y se comportarían hidrodinámicamente de forma muy similar a los aviones de combate actuales”. Además, el estudio de estos peces reveló un alto grado de homoplasia o convergencia morfológica. Es decir, una evolución hacia una misma forma adquirida de forma independiente por dos o más grupos de organismos. Estas similitudes de forma y función podrían indicar también la evolución de estilos de vida equivalentes. Los ayazgos de estos investigadores tienen pués implicaciones para el estudio de la evolución de los gnatostomados, ya que algunos rasgos que se utilizan para determinar las relaciones de parentesco entre estos grupos de peces podrían estar afectados por estas convergencias. Dificultando así el establecimiento de su relación evolutiva real. Como nos recuerda el Dr. Ferrón, “el conocimiento en este sentido es crucial para entender aspectos clave de nuestro propio linaje evolutivo, tales como el escenario en el que se dio la evolución de las aletas pares y extremidades (brazos y piernas) o la evolución de las mandíbulas”, ausentes en los primeros vertebrados.

En la actualidad, el Dr. Ferrón y sus colaboradores ya trabajan en extender lo aprendido en este estudio a otros grupos de vertebrados primitivos extintos. Aplicando también la Dinámica de Fluidos Computacional, su objetivo es averiguar si los primeros vertebrados evolucionaron progresivamente hacia formas de vida más activas.

Imagen de cabecera: Cephalaspis (osteostraceo) por Hugo Salais de Metazoa Studio. Compartida por el Dr. Ferrón.

Artículo original: Ferrón Humberto G., Martínez-Pérez Carlos, Rahman Imran A., Selles de Lucas Víctor, Botella Héctor and Donoghue Philip C. J. 2021Functional assessment of morphological homoplasy in stem-gnathostomesProc. R. Soc. B.28820202719.