Un fósil de 380 millones de años revela el origen de nuestras manos

Redaccion
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Elpistostege watsoni, este pez de patas o tetrápodo con aletas es el más cercano a lo que podría considerarse un "eslabón perdido".

Nuestras manos y dedos nos ayudan a comunicarnos, a trabajar, a crear. Nos permiten identificarnos como individuos, pero también como Homo sapiens.

¿Pero cuándo aparecieron estas estructuras anatómicas por primera vez en nuestros lejanos antepasados? El reciente descubrimiento de un fósil de 380 millones de años de antigüedad en el Canadá, Elpistostege watsoni, aclara esta cuestión que ha intrigado a los paleontólogos durante más de un siglo.

Nuestro estudio, publicado hoy en la revista Nature, describe por primera vez la presencia de dedos en una aleta.

El origen de los animales de cuatro patas
En los últimos 530 millones de años, ciertos acontecimientos evolutivos han dejado su huella en la historia de los vertebrados (organismos con columna vertebral). El origen de los tetrápodos, los vertebrados cuadrúpedos, a menudo asociado con la transición de los ambientes acuáticos a los terrestres, representa una de estas transiciones cruciales en nuestra propia evolución.

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La filogenia de los grandes grupos de tetrápodos de hoy en día. (Ilustración: Richard Cloutier).

Hoy en día, los tetrápodos tienen más de 33 879 especies vivas agrupadas en seis grandes grupos taxonómicos. Entre los tetrápodos figuran los lisamfibios, incluidas las ranas, las salamandras y los ápodos, las tortugas y los lepidópteros (lagartos, serpientes, esfenodontes, cocodrilos, aves y mamíferos).

Todos estos tetrápodos tienen patas (incluso algunas serpientes tienen restos de patas), en lugar de aletas lobuladas como en sus ancestros peces, los sarcopterigios.

Hasta la fecha, se sabe que los primeros restos fosilizados de tetrápodos con patas son Tulerpeton de Rusia y Acanthostega e Ichthyostega de Groenlandia, que datan del último período geológico devoniano, entre 363,3 y 358,9 millones de años.

 

Dedos y manos: una definición crítica

 

Antes de ocuparse del origen de la mano y los dedos, es importante saber cómo reconocer estas estructuras en el registro fósil. A primera vista, puede parecer obvio saber qué son los dedos y a qué corresponde una mano. Sin embargo, esta evidencia es menos evidente cuando tenemos que definir estas estructuras anatómicas para cubrir toda la diversidad observada en los tetrápodos.

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Incluso la fugaz huella de una mano nos permite identificarnos como Homo sapiens. (Foto: Richard Cloutier).
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Anatomía de la mano en el Homo sapiens. (Ilustración: Richard Cloutier).

En 1849, Richard Owen fue el primer anatomista en definir nuestra mano y sus componentes: los carpos y metacarpos seguidos de cinco dedos compuestos de dos o tres falanges cada uno. Sin embargo, la primera definición moderna es la del Dr. Mike I. Coates de la Universidad de Chicago, que define los dedos como radiales postaxiales segmentados, que son pequeños huesos en la parte terminal de las extremidades que no soportan los rayos en las aletas.

Definimos los dedos como conjuntos de pequeños huesos internos (las falanges) de forma y tamaño relativamente uniformes que se alinean entre sí. Estos dedos forman los extremos de los apéndices pares de los vertebrados, nuestros brazos y piernas. Los criterios de esta definición se aplican a todos los tetrápodos vivos y fosilizados, incluidos los elementos que se encuentran en la aleta pectoral de Elpistostege.

Los especímenes de Elpistostege: raros y excepcionales
La historia del descubrimiento de Elpistostege comienza en el verano de 1937, cuando dos paleontólogos británicos inspeccionaron los acantilados de la Península de Gaspé en el este de Canadá. El profesor Thomas Stanley Westoll, de la Universidad de Aberdeen, y el estudiante de doctorado William Graham-Smith, de la Universidad de Cambridge, habían viajado al Canadá para recoger peces devónicos.

Desde finales del siglo XIX, Miguasha ha sido considerado el Eldorado de los peces fósiles del Devónico. Incluso hoy en día, sigue siendo considerado un yacimiento fósil excepcional, por lo que ha sido declarado Patrimonio de la Humanidad por la UNESCO.

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Holotipo de Elpistostege watsoni descrito por Westoll en 1938 de Miguasha. (Foto: Marion Chevrinais).

Durante esta expedición, Westoll compró un fósil a coleccionistas locales para el que sólo se conservaron unos pocos huesos de la parte posterior del techo del cráneo. Este fósil único se convertiría en una piedra angular en nuestra comprensión de la transición entre los peces y los tetrápodos.

El 15 de enero de 1938, Stanley Westoll nombró a este espécimen único, Elpistostege watsoni, del latín “elpistos” o “esperanza” y “stegos” o “techo”, con la esperanza de que fuera el techo craneal de un antiguo anfibio. En este breve artículo publicado en Nature, Westoll describe estos huesos craneales como los de un estegocefalo, un tetrápodo de cuatro patas, que el autor describió como el que proporciona “una transición perfecta” entre los peces de aleta lobulada y los primeros animales de cuatro patas.

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Segundo espécimen conocido de Elpistostege que muestra el hocico a la parte posterior de las órbitas. (Foto: Richard Cloutier).

Unos treinta años más tarde, otro coleccionista de fósiles de Miguasha, Allan Parent, descubrió el hocico de un cráneo que permanecería olvidado en su colección personal hasta 1983. El profesor Hans-Peter Schultze de la Universidad de Kansas señaló las similitudes entre este nuevo espécimen y el holotipo de Elpistostege, reconociendo que los dos especímenes pertenecían a la misma especie. Además, las nuevas características visibles en este cráneo fosilizado sugerían que Elpistostege pertenecía a un grupo de peces extintos estrechamente relacionados con los primeros tetrápodos, los elpistostegalianos, en lugar de ser un tetrápodo.

En su artículo publicado en la revista Paleontología en 1985, Schultze y Arsenault también incluyeron una pequeña sección de tronco que incluía escamas y algunas vértebras que también se encontraban en Miguasha, que identificaron provisionalmente como Elpistostege. En este artículo, los autores refutaron la idea de que Elpistostege era un tetrápodo, pero en cambio sugirieron que estaba estrechamente relacionado con Panderichthys y que estas dos especies de peces eran los parientes más cercanos de los tetrápodos.

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Un espécimen completo de Elpistostege watsoni con una longitud total de 1,57 m, 380 millones de años. (Foto: Johanne Kerr).

El 3 de agosto de 2010, el cuarto ejemplar de Elpistostege fue descubierto detrás del museo del Parque Nacional de Miguasha, en la roca debajo de la playa donde miles de visitantes y muchos investigadores habían estado caminando durante décadas. Este fósil de 1,57 m de largo, extraído de los estratos de la base de la Formación Escuminac, no sólo es un espécimen completo de Elpistostege, sino el más completo de los elpistostegalianos conocidos.

Una aleta con dedos
Este excepcional espécimen de Elpistostege fue analizado mediante una tomografía computarizada de alta energía (CT-scan). Píxel por píxel, imagen por imagen, se reveló la anatomía de Elpistostege. Estas miles de imágenes permiten visualizar el fósil dentro de su matriz rocosa, pero también estudiar el interior de su cuerpo, en particular sus aletas.

El esqueleto de la aleta pectoral de Elpistostege reveló la presencia de un húmero (brazo), un radio y un cúbito (antebrazo), hileras de carpas (muñeca) y falanges organizadas en dedos. Esta es la primera vez que los dedos se encuentran inequívocamente encerrados en una aleta con rayos. Esto representa la disposición ósea más similar a la de un tetrápodo que se encuentra en una aleta pectoral.

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Comparaciones de aletas pectorales entre cuatro taxones fósiles en la transición a los peces (Panderichthys y Tiktaalik) y los tetrápodos (Tulerpeton). La presencia de dedos en Elpistostege la acerca a los primeros tetrápodos terrestres.

Elpistostege: ¿Pez con patas o tetrápodo con aletas?
Las hipótesis recientes sobre la posición de Elpistostege en el árbol evolutivo de los vertebrados sugerían que era el pariente más cercano de los tetrápodos. ¿Pero cuál es la diferencia entre un pez y un tetrápodo? Durante decenios se ha identificado un conjunto de novedades evolutivas (sinapomorfos) para caracterizar a los tetrápodos. Sin embargo, todavía es posible descubrir un nuevo fósil que puede poseer sólo algunos de estos caracteres de diagnóstico, y así cambiar la definición de Tetrapoda.

Hace casi 20 años, se sugirió definir a los tetrápodos como organismos derivados del sarcopterigio que primero poseían dedos comparables a los del Homo sapiens. Por lo tanto, como Elpistostege posee indudablemente dedos, por rudimentarios que sean, este personaje hace que Elpistostege no sea un pez, sino un tetrápodo primitivo.

Así, los apéndices de Elpistostege difuminan aún más la frontera entre los peces y los vertebrados terrestres. Elpistostege no es necesariamente el antepasado de todos los demás tetrápodos, pero es el más cercano a lo que podría considerarse un “eslabón perdido”.

Esta animación muestra el aspecto que pudo tener Elpistostege durante el período devoniano y destaca las similitudes anatómicas entre el esqueleto de su aleta pectoral y los huesos de nuestro brazo y mano.