En las cadenas de piedra caliza de la región de Kimberley en Australia Occidental, cerca de la ciudad de Fitzroy Crossing, encontrará uno de los complejos de arrecifes antiguos mejor conservados del mundo.

Aquí yacen los restos de una miríada de animales marinos prehistóricos, incluidos los placodermos, una clase prehistórica de peces que representa a algunos de nuestros primeros ancestros con mandíbulas.

Los placodermos eran los gobernantes de los antiguos mares, ríos y lagos. Fueron los peces más abundantes y diversos del Período Devónico (hace 419–359 millones de años), pero se extinguieron al final en un evento de extinción masiva.

El estudio de los placodermos es importante ya que brindan información sobre los orígenes del plan corporal de los vertebrados con mandíbulas (los vertebrados son animales con columna vertebral). Por ejemplo, los placodermos han revelado cuándo evolucionaron las primeras mandíbulas, dientes, pares de huesos del cráneo y pares de extremidades. También nos han enseñado sobre los orígenes de la fertilización interna y el nacimiento vivo en la evolución de los vertebrados.

Ahora, en un artículo publicado en Science , detallamos nuestros hallazgos del corazón conservado en tres dimensiones más antiguo de un vertebrado, en este caso, un vertebrado con mandíbula. Este corazón de placodermo tiene unos 380 millones de años y 250 millones de años más que el corazón de vertebrado más antiguo anterior.

¿Cómo lo hicimos?

Los fósiles de peces cerca de Fitzroy Crossing se informaron por primera vez en la estación Gogo en la década de 1940. Pero no fue hasta la década de 1960 que se revelaron hermosas conservaciones en 3D, utilizando una técnica que elimina la roca de los huesos con ácido acético débil.

Sin embargo, esta técnica resultó ser un arma de doble filo. Mientras se descubrían los finos detalles del esqueleto óseo, los tejidos blandos de los fósiles se disolvieron. No fue hasta el año 2000 que se identificaron las primeras piezas de músculo fosilizado en placodermos.

Con la llegada de un método de rayos X llamado "microtomografía sincrotrón", utilizado por primera vez en los fósiles de Gogo en 2010, se revelaron más músculos de los placodermos de Gogo, incluidos los músculos del cuello y abdominales.

Nuestro trabajo utilizó esta misma tecnología para mostrar, por primera vez, la presencia de hígado, estómago e intestinos en un pez del Devónico. Algunos de los especímenes incluso mostraban restos de su última comida:un crustáceo.

Encontramos los órganos blandos fosilizados en un orden de placodermos llamados artrodiros. Estos fueron los placodermos más comunes y diversos de todos los conocidos, caracterizados por una unión única entre la armadura de la cabeza y el tronco.

El corazón del placodermo

El hallazgo más emocionante para nosotros fue el corazón. Encontramos nuestro primer corazón placodermo utilizando la imaginación sincrotrón.

Luego, mientras experimentamos con una tecnología llamada imágenes de neutrones, descubrimos un segundo corazón dentro de una muestra diferente.

La vida debe haber sido estresante en los mares del Devónico, ¡porque los placodermos literalmente tenían el corazón en la boca!

En este punto de la evolución de los vertebrados, el cuello era tan corto que el corazón estaba ubicado en la parte posterior de la garganta y debajo de las branquias.

Los peces que son incluso más primitivos que los artrodiros, como la lamprea sin mandíbula, tienen el corazón cerca del hígado. Y las cámaras del corazón (llamadas aurícula y ventrículo) se sientan una al lado de la otra.

Por otro lado, los placodermos arthrodire tenían el corazón en una posición más adelantada (anterior), en la parte posterior de la garganta. Y el atrio estaba encima del ventrículo, similar a los tiburones y los peces óseos de hoy.

Hoy en día, el 99% de todos los vertebrados vivos tienen mandíbulas. Los artrodiros proporcionan la primera evidencia anatómica que respalda la hipótesis de que, en los vertebrados con mandíbula, el reposicionamiento del corazón a una posición más adelantada estuvo relacionado con la evolución de las mandíbulas y el cuello.

Pero eso no es todo. Este movimiento del corazón también habría dejado espacio para que se desarrollaran los pulmones.

Entonces, ¿los placodermos tenían pulmones?

Una de las preguntas evolutivas más desafiantes hoy en día es si los pulmones estaban presentes en los primeros vertebrados con mandíbula. Aunque los peces tienen branquias, la presencia de pulmones en algunos peces puede ayudar con la flotabilidad, que es necesaria para hundirse y elevarse en el agua.

Hoy en día, los pulmones solo están presentes en peces óseos primitivos como el pez pulmonado y el pez junco africano.

Los peces óseos más avanzados (como los teleósteos) se mantienen a flote usando una vejiga natatoria, mientras que los tiburones no tienen pulmones ni vejiga natatoria, y en su lugar usan un hígado graso grande para ayudar con la flotabilidad.

Pero, ¿qué pasa con los placodermos antiguos? Estudios previos (que fueron algo controvertidos) sugirieron que los pulmones estaban presentes en un placodermo primitivo llamado Bothriolepis.

Nuestro análisis de los artrodiros de Gogo revela que las estructuras que se pensaba que eran pulmones en Bothriolepis son, de hecho, un hígado con dos lóbulos, por lo que ahora se cree que faltaron pulmones en los placodermos.

Nuestro descubrimiento, por lo tanto, muestra un origen único para los pulmones en los peces óseos (osteichthyans). El movimiento del corazón a una posición hacia adelante de los peces sin mandíbula (Cyclostomata) habría dejado espacio para que se desarrollaran los pulmones en linajes posteriores.

La ausencia de pulmones en los placodermos sugiere que estos peces dependían de su hígado para flotar, como lo hacen los tiburones modernos.

Un sitio crucial

La preservación de órganos es una carrera contra el tiempo. En algunos casos, la descomposición de un animal ayudará a la conservación de los tejidos blandos, pero demasiada descomposición hace que los tejidos blandos se deterioren. Para una conservación excelente, el equilibrio debe ser el correcto.

En el corazón fosilizado encontramos que la aurícula y los ventrículos se muestran claramente, mientras que el cono arterioso, una sección del corazón que dirige la sangre desde el ventrículo a las arterias, no está tan bien conservado.

Poder hacer estos descubrimientos antes de que se pierdan para siempre es crucial si queremos comprender completamente la evolución temprana de los vertebrados, incluidos los orígenes del plan del cuerpo humano.

Más allá de nuestros hallazgos inmediatos, nuestro trabajo ha reforzado la importancia del sitio de Gogo en Kimberley como uno de los sitios más importantes del mundo para llevar a cabo este trabajo. + Explora más

Corazón de 380 millones de años ilumina la historia evolutiva

Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.