Mandíbulas de 380 millones de años revelan un secreto evolutivo clave de los vertebrados

El hallazgo de mandíbulas fosilizadas de peces pulmonados de hace 380 millones de años en la Formación Gogo, en el norte de Australia Occidental, ha ofrecido una visión sin precedentes sobre el pasado evolutivo de los vertebrados terrestres.

Un equipo internacional, liderado por la Universidad Flinders, empleó tecnología avanzada para analizar estos fósiles y revelar cómo la diversidad de formas y denticiones facilitó la coexistencia de múltiples especies en un ecosistema prehistórico.

Según el estudio publicado en iScience, los resultados de esta investigación sugieren que la especialización alimentaria desempeñó un papel decisivo en la radiación adaptativa de los primeros vertebrados, incluidos los ancestros de los humanos.

Los peces pulmonados (Dipnoi) tienen un lugar esencial en la historia de la evolución de los vertebrados. Estos peces de aletas lobuladas, cuya línea evolutiva supera los 400 millones de años, son los parientes vivos más cercanos de los tetrápodos, el grupo que engloba a todos los animales de cuatro extremidades y columna vertebral, entre ellos los humanos.

La Dra. Alice Clement, autora correspondiente del estudio, explicó que “su proximidad filogenética a los tetrápodos brinda información sobre nuestros ancestros lejanos que fueron los primeros en mudarse del agua a la tierra”.

La persistencia de rasgos ancestrales en los peces pulmonados actuales y la diversidad observada en los fósiles del Devónico los convierten en piezas clave para comprender la transición evolutiva del medio acuático al terrestre. El examen de sus mandíbulas y denticiones permite inferir tanto sus hábitos alimenticios como los mecanismos que propiciaron la diversificación y el éxito evolutivo de los vertebrados.

La Formación Gogo, situada en el territorio Goonyiandi en el norte de Australia Occidental, ha ganado fama internacional por la calidad y variedad de sus fósiles. Este antiguo arrecife tropical, que data de entre 385 y 380 millones de años, alberga la mayor variedad conocida de peces pulmonados para cualquier lugar y periodo: se han descrito 11 especies distintas, cada una con morfologías craneales y mandibulares diferentes.

La preservación tridimensional de los fósiles de Gogo ha permitido a los investigadores abordar cuestiones morfofuncionales que rara vez pueden resolverse con material tan antiguo. Según detalló el estudio, la comunidad de peces pulmonados de los arrecifes del Devónico tardío en Gogo presentaba una amplia gama de comportamientos y capacidades, lo que indica una estructura ecológica compleja y una alta especialización de nichos.

El equipo de investigación, que incluyó a la Dra. Olga Panagiotopoulou de la Universidad de Touro (California), empleó tomografía computarizada y análisis por elementos finitos (FEM) para reconstruir y analizar en tres dimensiones las mandíbulas fosilizadas de siete especies de peces pulmonados. Cinco de ellas contaban con cráneos y mandíbulas inferiores asociadas, lo que posibilitó simulaciones detalladas de las fuerzas y tensiones experimentadas durante la mordida.

La Dra. Panagiotopoulou explicó que “nuestro completo conjunto de datos ofrece la cuantificación más detallada del rendimiento de mordida en cualquier pez fósil hasta la fecha, aportando evidencia biomecánica de diversas adaptaciones alimentarias y la partición de nichos dentro de los peces pulmonados de Gogo”. Todos los modelos virtuales 3D generados están disponibles públicamente en la plataforma Morphosource, ofreciendo a la comunidad científica la oportunidad de profundizar en el análisis y comparación de estos hallazgos.

El proceso metodológico incluyó el escaneo de los fósiles mediante microtomografía computarizada y la segmentación digital de las estructuras óseas y dentales. Posteriormente, se simularon mordidas para evaluar la distribución de tensiones y deformaciones en las mandíbulas, atendiendo a parámetros como la morfología general, el tipo de dentición y la longitud de la sínfisis mandibular.

Uno de los resultados más destacados del estudio es la notable disparidad morfológica de las mandíbulas y denticiones de los peces pulmonados de Gogo. El análisis geométrico y biomecánico mostró la existencia de formas “gráciles” (mandíbulas más largas que anchas con ramos delgados) y “robustas” (mandíbulas más anchas que largas y ramos gruesos), junto a variados tipos de dentición: denticulada, dentina-plaqueada y placa dental.

El profesor John Long, coautor, indicó que “algunas mandíbulas inferiores de aspecto ‘robusto’ parecían no ser muy adecuadas para el estrés de la mordida, y algunas de las mandíbulas más gráciles o delgadas parecían ser capaces de soportar muy bien el estrés y la tensión”. Este resultado cuestiona la suposición tradicional de que una mandíbula robusta soporta mejor las fuerzas de mordida.

Además, el estudio demostró que la presencia de placas dentales —ya fueran convencionales o de dentina— contribuía a reducir significativamente las tensiones durante la mordida, sin depender de la robustez mandibular. En contraste, las mandíbulas con dentición denticulada experimentaban mayores niveles de estrés óseo. La longitud de la sínfisis mandibular también se identificó como un factor clave para resistir fuerzas de torsión, aunque su efecto no fue completamente lineal entre las diferentes especies analizadas.

La variedad de funciones biomecánicas observadas apunta a una partición de nichos y diferenciación trófica entre los peces pulmonados de Gogo, lo que podría explicar la alta diversidad de especies presentes en ese yacimiento. Según el equipo de investigadores, la especialización alimentaria actuó como motor principal en la radiación adaptativa de estos vertebrados, posibilitando la convivencia de múltiples especies en el mismo ecosistema.

Los autores subrayan el valor de estos descubrimientos para comprender la evolución de los vertebrados terrestres. La doctora Clement afirmó que “estamos descifrando poco a poco los detalles de cómo cambiaron los cuerpos y los estilos de vida de estos animales, a medida que pasaron de ser peces que vivían en el agua a convertirse en tetrápodos que se desplazaban por la tierra”.

El investigador principal, Joshua Bland, destacó la emoción de “capturar partes de esa historia, ocultas en el hueso”, y la impresión que generó observar que “la morfología más compleja se desempeñaba mejor en nuestras pruebas”.

Por su parte, Panagiotopoulou señaló que el uso de análisis de elementos finitos en paleontología aún está en desarrollo, pero su potencial para desvelar adaptaciones funcionales y comparaciones evolutivas es considerable. El análisis de los peces pulmonados de Gogo representa, según los autores, el estudio más detallado hasta la fecha sobre el rendimiento de mordida en peces fósiles, y proporciona una base sólida para futuras investigaciones sobre la evolución de la alimentación y la diversificación de los vertebrados.

El equipo reconoce que, si bien la tecnología empleada permite comparaciones precisas entre las especies analizadas, existen limitaciones inherentes al modelado de fósiles. Por ejemplo, las propiedades materiales de los huesos y dientes de los peces pulmonados del Devónico no pueden determinarse con total exactitud, por lo que se recurrió a valores estándar de hueso cortical para todas las simulaciones. Además, la reconstrucción de la musculatura mandibular se basó en analogías con especies actuales, lo que introduce cierto grado de incertidumbre.

Los autores advierten que sus conclusiones sobre la especialización de nichos y la radiación adaptativa deben considerarse hipótesis fundamentadas, aunque no hechos concluyentes. La ausencia de datos directos sobre la dieta, como contenidos estomacales fosilizados, obliga a deducir los hábitos alimenticios a partir de características morfológicas y biomecánicas.

El acceso abierto a los modelos 3D en Morphosource permitirá que otros equipos repliquen y amplíen estos análisis, profundizando en el conocimiento sobre la evolución de los vertebrados. El equipo espera que la adopción creciente de técnicas avanzadas de imagen y modelado biomecánico en paleontología siga arrojando luz sobre los orígenes y la diversificación de la vida en la Tierra.