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sábado, 9 de julio de 2016

La importancia de una buena cola

La vida surgió en el agua hace unos 4.000 millones de agua. La explosión vital que siguió a la aparición de las primeras células saturó el medio acuático e hizo que algunos vertebrados mirasen a la tierra firme en la que las oportunidades nutricionales provocadas por la aparición de las primeras plantas terrestres eran mucho mayores que en el agua. Sea como fuere, hace unos 416 millones de años el registro fósil presenta testimonios de los primeros anfibios tetrápodos

En el Devónico superior la especiación de los vertebrados descendientes de peces de aletas lobuladas pelágicos (como Eusthenopteron) muestra la siguiente secuencia de adaptaciones: Panderichthys, coloniza bajíos fangosos. Tiktaalik, con aletas semejantes a patas que podían arrastrarlo hasta tierra. Primeros tetrápodos, en ciénagas colmatadas por vegetación: Acanthostega, con patas de ocho dedos. Ichthyostega con patas. Entre los descencientes se cuentan también formas pelágicas como los celacantos.

Los primeros tetrápodos se originaron a partir de un antepasado común entre estos y los peces de aletas lobuladas o sarcopterigios. Aquellos primeros vertebrados terrestres conservaban aún las agallas y las escamas de sus antepasados, pero que en lugar de las aletas típicas de los peces presentaban patas anchas y aplanadas con un gran número de dedos, como los siete que muestran las especies fósiles del género Ichthyostega o los 8 de las del género Acanthostega. El registro fósil muestra como a lo largo del tiempo aparecen cambios y las adaptaciones a la vida terrestre tales como la evolución de una lengua viscosa y protáctil (empleada primordialmente en la captura de las presas), el desarrollo de glándulas cutáneas secretoras de veneno (como método de defensa), párpados móviles y glándulas para la limpieza, protección y lubricación de los ojos, entre otras. 

Modelo reconstruido de Acanthostega
Uno de los grandes problemas que debieron resolver aquellos primeros vertebrados terrestres fue la locomoción fuera del agua, Afortunadamente, a la solución de ese problema de mecánica evolutiva contribuyen enormemente los peces del fango o perioftalmos (Periophthalmus barbarus), a los que no cabe aplicarles aquello de ‘sentirse como pez fuera del agua’, habida cuenta de que estos pequeños animales tropicales tienen una cualidad única: gracias a su capacidad de respirar a través de su piel –tal y como hacen los anfibios- pueden vivir en zonas húmedas fangosas en las que se deslizan sin mayores problemas gracias a su poderosa cola.

El pasado 7 de julio, la revista Science publicó un artículo firmado por investigadores del Instituto Tecnológico de Georgia (Estados Unidos) en la que, observando meticulosamente los movimientos de estos peces poco evolucionados a los que cabe calificar como ‘fósiles vivientes’, se pone de manifiesto el papel de su potente cola en uno de los momentos clave de la vida en la Tierra: la salida de los primeros animales del agua hace 360 millones de años. 

Periophthalmus barbarus
Cuando los primeros animales terrestres consiguieron moverse por el barro y la arena, las aletas con las que se desplazaban por el agua les sirvieron para deslizarse por las superficies planas. Pero los autores del trabajo han podido observar que la cola de los perioftalmos mejoraba además la movilidad lateral y la propulsión hacia arriba en las pendientes. Así, detectaron que cuando alcanzaban la cima de una pendiente, la cola actuaba como un fuerte freno que impedía que los animales se deslizasen hacia abajo. “La cola es un apéndice que ha recibido relativamente poca atención en los estudios sobre la invasión de la tierra”, afirma Ben McInroe, el primer firmante del artículo. Para estudiar sus movimientos por la superficie, los científicos crearon un robot –al que llamaron Muddy Bot (el robot del fango)– que imita los movimientos del perioftalmo. 

Muddy Bot tiene dos extremidades y una potente cola que se mueve gracias a un motor eléctrico. El robot utiliza las técnicas de locomoción de los animales, permitiendo a los expertos detectar el flujo y las condiciones de arrastre. El análisis directo del pez proporciona un modelo morfológico y funcional, mientras que el robot simplifica los movimientos del animal y nos permite probar otras técnicas de locomoción. Además, los investigadores han aplicado un modelo matemático con el que entender las condiciones físicas que permitieron la salida del agua de los animales. 

El equipo de investigación también analizó el registro fósil para confirmar la función de la cola en los primeros vertebrados que salieron del agua. De este modo, detectaron que todas las extremidades fueron cruciales a la hora de mantenerse en la superficie, complementándose para ascender en las pendientes arenosas características de las zonas de playa y marismas. Además, los científicos subrayan que la vida de estos animales primitivos sería parecida a la del pez del fango, que pasa más tiempo dentro que fuera del agua y admiten que los primeros animales no tendrían un control absoluto sobre sus extremidades.

Reconstrucción de Ichthyostega y comparación
de su tamaño con el de un ser humano
 
Cuando se colocó al robot sobre una superficie con 20 grados de inclinación, no le bastó con aletas para subir la cuesta y recurrieron a su cola en más de la mitad de sus movimientos. Sin embargo, en terrenos llanos, la extremidad apenas intervino. El artículo revela que la adaptación a la tierra fue un proceso muy lento. No podía ser de otra manera: nadar y andar son técnicas fundamentalmente diferentes y, sin embargo, estos primeros animales tuvieron que hacer la transición para poder beneficiarse de la abundancia y la falta de competencia que representaba hace más de 300 millones de años la aparición de la vida en tierra firme. Gracias a este estudio podemos entender mejor cómo la selección natural puede modificar estructuras ya presentes, como la cola, para favorecer la locomoción en un entorno adverso.