Ilustración que muestra un pariente de mamíferos tempranos, Thrinaxodon, que fue parte del primer grupo en tener una cuarta sección adicional de su columna vertebral. Crédito:April Neander
Los mamíferos son únicos en muchos sentidos. Somos de sangre caliente y ágiles en comparación con nuestros parientes reptiles.
Pero un nuevo estudio, financiado por la National Science Foundation (NSF) y dirigido por las investigadoras de la Universidad de Harvard Stephanie Pierce y Katrina Jones, sugiere que somos únicos en una forma más:la composición de nuestra columna vertebral. Los investigadores describen su hallazgo en un artículo publicado esta semana en la revista Ciencias .
"El lomo es básicamente como una serie de cuentas en una cuerda, con cada cuenta representando un solo hueso:una vértebra, "dijo Pierce, comisario de paleontología de vertebrados en Harvard. "En la mayoría de los animales de cuatro patas, como lagartijas, todas las vértebras se ven y funcionan igual.
"Pero la columna vertebral de los mamíferos es diferente. Las diferentes secciones o regiones de la columna, como el cuello, tórax y espalda baja:adoptan formas muy diferentes. Funcionan por separado y, por lo tanto, pueden adaptarse a diferentes formas de vida, como correr volador, cavando y trepando ".
Si bien la columna vertebral de los mamíferos está especializada, se creía que las regiones subyacentes eran antiguas, que se remonta a los primeros animales terrestres.
Los mamíferos aprovecharon al máximo el modelo anatómico existente, o eso creían los científicos. Sin embargo, el nuevo estudio desafía esta idea al examinar el registro fósil.
Edaphosaurus, un pariente de los primeros mamíferos que vivió hace unos 300 millones de años, que tenía una columna vertebral más primitiva con solo tres regiones diferentes. Crédito:Museo Field
"No hay animales vivos hoy que registren la transición de un antepasado 'parecido a un lagarto' a un mamífero, "dijo Jones, autor principal del estudio. "Para hacer eso, tenemos que sumergirnos en el registro fósil y observar los precursores extintos de los mamíferos, los sinápsidos no mamíferos ".
Estos ancestros antiguos tienen la clave para comprender el origen de las características específicas de los mamíferos, incluida la columna vertebral.
Pero estudiar fósiles no es fácil. "Los fósiles son escasos y encontrar animales extintos con más de 25 vértebras en su lugar es increíblemente raro, "Dijo Jones.
Para abordar este problema, Los investigadores peinaron colecciones de museos de todo el mundo para estudiar los fósiles de animales mejor conservados que vivieron hace unos 320 millones de años.
"Mirando hacia el pasado antiguo, un cambio temprano en la columna vertebral de los mamíferos fue un primer paso importante en su evolución, "dijo Dena Smith, un director de programa en la División de Ciencias de la Tierra de NSF, que financió la investigación. "Los cambios en la columna vertebral a lo largo del tiempo permitieron que los mamíferos se convirtieran en la miríada de especies que conocemos hoy".
Esqueletos de un perro y un gato modernos:observe las regiones con diferentes formas de huesos que forman la columna vertebral. Crédito:Museo Field
Pierce y Jones, junto con el coautor Ken Angielczyk del Field Museum en Chicago, examinó docenas de espinas fósiles, así como más de 1, 000 vértebras de animales vivos, incluidos los ratones, caimanes, lagartijas y anfibios.
Querían averiguar si las regiones vertebrales de los mamíferos eran tan antiguas como se pensaba anteriormente, o si los mamíferos estuvieran haciendo algo único.
"Si las regiones vertebrales se hubieran mantenido sin cambios a lo largo de la evolución, como se hipotetizó, esperaríamos ver las mismas regiones en los sinápsidos no mamíferos que vemos en los mamíferos de hoy, dijo Pierce.
Pero ese no parece ser el caso. Cuando los investigadores compararon la posición y la forma de las vértebras, encontraron algo sorprendente. La columna había ganado nuevas regiones durante la evolución de los mamíferos.
"Los primeros sinápsidos no mamíferos tenían menos regiones que los mamíferos vivos, "dijo Jones.
Hace unos 250 millones de años, una nueva región evolucionó cerca de los hombros y las patas delanteras. También comenzaron a aparecer cambios dramáticos en las extremidades anteriores de animales conocidos como terápsidos no mamíferos.
Estos desarrollos simultáneos, los científicos creen, probablemente ocurrió junto con cambios en la forma en que las criaturas caminaban y corrían.
Las tres etapas de la evolución de la columna vertebral de los mamíferos en un árbol filogenético. Abajo a la derecha:Edaphosaurus; medio a la izquierda:Thrinaxodon; arriba:un ratón moderno. Crédito:Stephanie E. Pierce, Museo de Zoología Comparada, Universidad Harvard
"Parece haber algún tipo de interferencia durante el desarrollo entre los tejidos que forman las vértebras y el omóplato, ", Dijo Pierce." Creemos que esta interacción dio como resultado la adición de una región cerca del hombro a medida que las extremidades anteriores de nuestros antepasados evolucionaron para adoptar nuevas formas y funciones ".
Más tarde, surgió una región cerca de la pelvis. "Es esta última región, la región lumbar sin costillas, que parece ser más capaz de adaptarse a diferentes entornos, dijo Pierce.
El paso final en la construcción de la columna vertebral de los mamíferos puede estar relacionado con cambios en los genes Hox, importante para las regiones de la columna al principio de su desarrollo.
"Hemos podido establecer conexiones entre los cambios en los esqueletos de animales extintos y las ideas en la biología y genética del desarrollo modernas, ", Dijo Jones." Este enfoque combinado nos está ayudando a comprender qué hace que un mamífero sea un mamífero ".
