Antiguos peces acorazados evolucionaron de dos maneras para triturar a sus presas, según los fósiles

Los primeros vertebrados con mandíbulas y dientes

Hace más de 400 millones de años, los placodermos —peces acorazados cuyos cuerpos estaban envueltos en placas óseas— se convirtieron en los primeros vertebrados de la Tierra en desarrollar mandíbulas y dientes. Ese hito evolutivo precede a los dinosaurios en cientos de millones de años y sentó las bases para casi todos los animales que muerden, mastican y tragan que vinieron después, incluidos los humanos.

Un nuevo estudio de la Universidad Flinders ha reconstruido ahora cómo un grupo de estos antiguos depredadores utilizaba realmente sus bocas. Trabajando con fósiles de un antiguo arrecife que alguna vez cubrió lo que hoy es el norte de Australia Occidental, los investigadores descubrieron que los placodermos que vivieron hace aproximadamente 385 millones de años habían adoptado no una, sino dos soluciones separadas para lidiar con presas que se defendían.

Dos estrategias para penetrar armaduras

El hallazgo central es una división en el equipamiento alimentario entre especies de diferentes tamaños. Los placodermos más pequeños examinados en el estudio dependían de amplias placas trituradoras planas que podían pulverizar presas enteras de un solo mordisco. Las especies más grandes tomaron un camino completamente distinto, evolucionando dientes similares a armas capaces de perforar y despedazar animales con concha y acorazados que eran simplemente demasiado grandes para tragarlos.

Ambos enfoques resolvían el mismo problema básico —atravesar un exterior duro para alcanzar el tejido blando del interior—, pero las respuestas anatómicas no se parecen en nada. Una es una prensa de molienda. La otra es un conjunto de instrumentos penetrantes.

Mandíbulas formadas por placas pareadas, no por un solo hueso

Comprender la alimentación de los placodermos requiere dejar de lado las suposiciones derivadas de los animales modernos. Como explicó el primer autor, el Dr. Rex Mitchell, que estudia la relación entre la dieta y la forma del cráneo, los placodermos no poseían un único hueso mandibular inferior como la mayoría de los vertebrados vivos, incluidos los humanos. En cambio, sus mandíbulas estaban ensambladas a partir de placas óseas pareadas sostenidas por cartílago, y las superficies de mordida de esas placas iban desde amplias plataformas trituradoras hasta bordes cortantes afilados revestidos de estructuras similares a dientes.

Esa variación es precisamente lo que hacía que el grupo mereciera ser estudiado. Sin un único hueso mandibular que constriñera su anatomía, los placodermos eran libres de explorar una amplia gama de diseños mecánicos a lo largo de millones de años de evolución.

Reconstruir una mordida antigua con simulaciones computacionales

Para determinar cómo funcionaban esos diseños en la práctica, los investigadores combinaron una técnica de análisis de elementos finitos con simulaciones computacionales y análisis tridimensional de las superficies de mordida. El análisis de elementos finitos, tomado de la ingeniería, divide una estructura en muchas piezas pequeñas y modela cómo viajan las fuerzas a través de ella, un enfoque muy adecuado para comprobar si una mandíbula podría soportar las tensiones de abrir presas de caparazón duro.

Con estas herramientas, el equipo reconstruyó el comportamiento alimentario de ocho especies de placodermos, construyendo una imagen de cómo cada una habría manejado el alimento en los ecosistemas marinos de la Australia prehistórica.

Los resultados no coincidieron con el patrón que los investigadores anticipaban. La Dra. Alice Clement, ARC Future Fellow involucrada en el trabajo, señaló que los animales que se alimentan de alimentos duros normalmente evolucionan mandíbulas más fuertes y superficies trituradoras más amplias y planas. Esa expectativa, dijo, no es lo que reveló este análisis: las especies más grandes habían invertido, en cambio, en un aparato perforante en lugar de placas planas reforzadas.

Un patrón inesperado en los consumidores de alimentos duros

La discrepancia importa porque complica una regla ordenada sobre cómo la dieta da forma a la anatomía. Si los especialistas en alimentos duros suelen converger en el mismo diseño robusto de mandíbula con superficie plana, entonces la comunidad de placodermos del arrecife representa una alternativa genuina. En lugar de una única solución óptima para romper armaduras, la evolución produjo aquí un sistema de dos vías dividido en parte según el tamaño corporal.

Una lectura plausible, basada en la mecánica de mordida reconstruida, es que las dos estrategias estaban adaptadas a diferentes tamaños de presa más que a diferentes durezas de presa. Los peces más pequeños podían despachar víctimas enteras con una placa trituradora. Los peces más grandes necesitaban inmovilizar y desmantelar animales acorazados que superaban lo que podían engullir, y las estructuras afiladas similares a dientes servían mejor a ese propósito que una prensa amplia.

Una ventana poco común a la especialización temprana de las mandíbulas

Clement describe a los placodermos como habiendo experimentado con una gama extraordinaria de formas de mandíbula y piezas mordedoras durante la evolución temprana de los vertebrados, lo que los convierte en un caso de estudio inusualmente valioso. Debido a que se sitúan tan cerca del origen mismo de las mandíbulas, conservan evidencia sobre cómo algunas de las primeras piezas bucales de los vertebrados se especializaron para dietas particulares, una transición que de otro modo es difícil de observar directamente.

El entorno de arrecife antiguo añade valor a esto. Los fósiles provienen de un rico ecosistema marino que sustentaba simultáneamente a múltiples especies de placodermos, lo que significa que las diferentes estrategias alimentarias no estaban separadas por vastos períodos de tiempo. Coexistían.

Qué abre el estudio

La investigación, publicada en Scientific Reports, demuestra el valor de combinar la anatomía fósil con el modelado computacional. Las descripciones tradicionales de los huesos mandibulares pueden revelar la forma, pero no el rendimiento mecánico; las simulaciones de esfuerzo y deformación permiten a los investigadores comprobar si una estructura dada podría realmente triturar, cortar o perforar tipos específicos de presas.

Aplicar esa combinación a ocho especies produjo evidencia de partición dietética en un solo arrecife antiguo. También plantea preguntas de seguimiento sobre cuán extendido estaba el patrón, si los placodermos de otras partes del planeta dividieron sus estrategias alimentarias de manera similar y cuánto de la variación se remonta al tamaño corporal en lugar de a la dureza del alimento disponible.

Lo que está claro es que los primeros vertebrados con mandíbulas no estaban atrapados en una única senda evolutiva. Dentro de un mismo linaje, en un mismo arrecife, hace aproximadamente 385 millones de años, la maquinaria de la mordida divergió en al menos dos diseños funcionales: uno construido para pulverizar, el otro construido para perforar.

Hallazgos clave de un vistazo

• Los placodermos fueron los primeros vertebrados en evolucionar mandíbulas y dientes, hace más de 400 millones de años.
• Investigadores de la Universidad Flinders analizaron ocho especies que vivieron hace unos 385 millones de años en un antiguo arrecife en lo que hoy es el norte de Australia Occidental.
• Las especies más pequeñas utilizaban amplias placas trituradoras planas para pulverizar presas enteras.
• Las especies más grandes evolucionaron dientes similares a armas para perforar y despedazar presas acorazadas demasiado grandes para tragar.
• Las mandíbulas de los placodermos estaban formadas por placas óseas pareadas sostenidas por cartílago, no por un único hueso mandibular inferior.
• Se combinaron análisis de elementos finitos, simulaciones computacionales y análisis de superficies en 3D para reconstruir la mecánica alimentaria.

Este artículo se basa en reportajes de Phys.org. Lea el artículo original.