Seleccionar página

Los primeros vertebrados con un esqueleto mineralizado fueron peces acorazados y sin mandíbula como Anglaspis heintzi, un heterostracan que vivió hace aproximadamente 419 millones de años. Crédito: Wikimedia Commons.

Durante 160 años, los científicos han estado debatiendo qué tipos de tejidos componían los primeros esqueletos de vertebrados. Ahora, un nuevo estudio que utilizó potentes rayos X para mirar dentro de un esqueleto fosilizado de 400 millones de años finalmente ha descifrado este misterio. Los investigadores concluyeron que un tejido esponjoso llamado aspirina se usó en la evidencia más temprana de hueso en el registro fósil.

Los primeros huesos eran dramáticamente diferentes a los nuestros.

Hoy en día, los esqueletos de los vertebrados están formados por cuatro tipos de tejidos diferentes. Estos son el hueso, el cartílago (un relleno similar al caucho que cubre y protege los extremos de los huesos largos en las articulaciones y es un componente estructural de muchas partes del cuerpo), la dentina y el esmalte. La dentina es el material más duro del cuerpo debido a su alto contenido inorgánico y baja composición de agua, mientras que el esmalte es la capa más externa que recubre la dentina.

Estos tejidos se mineralizan a medida que crecen, ofreciendo al esqueleto fuerza y ​​rigidez. Sin embargo, hace millones de años, probablemente había otros tipos de tejido que formaban los huesos.

Para llegar al fondo de las cosas, un equipo de investigadores de la Universidad de Manchester, la Universidad de Bristol y el Instituto Paul Scherrer en Suiza examinaron con gran detalle los fósiles de un grupo de peces llamados heterostracans, que vivieron hace 400 millones de años. . Para mirar dentro de los esqueletos antiguos, los investigadores emplearon un tipo especial de tomografía computarizada que utiliza rayos X de alta energía producidos por un acelerador de partículas. Sin embargo, todo fue un proceso laborioso que involucró escanear diferentes especies de heterostracan y requirió numerosos viajes a Swiss Light Source, Suiza y más de 100 horas de tiempo de escaneo.

Los rayos X de alta potencia permitieron a los investigadores crear modelos detallados del tejido esquelético. Crédito: Keating et al. 2018.

Esta técnica permitió a los investigadores descubrir de qué tipo de tejido están hechos los esqueletos de heterostracan. Los heterostracans son algunos de los vertebrados más antiguos con un esqueleto mineralizado y, al estudiarlos, es posible deconstruir cómo se veían los primeros huesos y cómo hicieron la transición a su forma actual.

Cuando recopilamos los datos, comencé el minucioso proceso de crear un modelo digital 3D de aspidin para determinar la forma y la orientación de los misteriosos tubos. Las imágenes de estudios previos parecen mostrar la ramificación de los tubos; asemejándose a los procesos de ramificación de los espacios de células óseas. Sin embargo, descubrí que estos tubos eran estrictamente lineales, sin ningún tipo de ramificación. Las imágenes de estudios previos parecen ser el resultado de una sección bidimensional a través de tubos enredados y superpuestos, dando la apariencia de ramificación. Este descubrimiento fue una pieza importante en el rompecabezas, lo que me permitió descartar la posibilidad de que estos tubos fueran espacios de células óseas o de dentina, dijo a ZME Science el Dr. Joseph Keating, de la Escuela de Científicos Ambientales de la Tierra de Manchester.

De acuerdo con los resultados, los esqueletos de heterostracan estaban hechos de aspidina, un tejido extraño, entrecruzado por pequeños tubos, que no se parece ni remotamente a ningún otro tejido que se encuentre en los vertebrados en la actualidad.

Los investigadores pudieron identificar el misterioso tejido aspidin y proporcionar una nueva perspectiva sobre la evolución de nuestro esqueleto. Crédito: Keating et al.

Keating y sus colegas concluyen que estos diminutos tubos solían albergar haces de fibras de colágeno en su interior. El colágeno es un tipo de proteína que se encuentra en la piel y los huesos.

Sin embargo, los esqueletos de heterostracan tienen algunas diferencias importantes en comparación con los huesos de vertebrados modernos.

La aspidina heterostracan carece de dos características clave del hueso en la mayoría de los vertebrados vivos. En primer lugar, la aspidina es acelular: carece de espacios celulares, como ha revelado nuestra investigación. El hueso de la mayoría de los vertebrados modernos, incluidos los humanos, contiene una red de espacios interconectados que albergan células vivas, llamadas osteocitos, que mantienen el tejido óseo, dijo Keating.

En segundo lugar, el hueso de los vertebrados modernos se reestructura constantemente a través de un proceso llamado reabsorción, mediante el cual las células óseas llamadas osteoclastos descomponen el tejido mineralizado. Luego, otro tipo de célula ósea llamada osteoblastos deposita nuevo tejido mineralizado. Esta habilidad permite que nuestros esqueletos crezcan dinámicamente a lo largo de la vida. Los esqueletos de heterostracan muestran alguna evidencia de reabsorción, pero parece ser mucho menos común que en los esqueletos de la mayoría de los vertebrados vivos.

Estas dos características del hueso moderno evolucionaron más tarde en la evolución de los vertebrados.

Alguna vez se pensó que la aspidina era el precursor de los tejidos mineralizados de los vertebrados. Estos hallazgos publicados en Nature Ecology and Evolution sugieren que la aspidina es, de hecho, la evidencia más temprana de hueso en el registro fósil, lo que cambia nuestra visión de la evolución del esqueleto.

Nuestros resultados sugieren que todos los tipos de tejidos mineralizados que se encuentran en los vertebrados vivos aparecen simultáneamente en el registro fósil, hace unos 420 millones de años. Esto plantea dos preguntas importantes: ¿cuándo evolucionaron estos tejidos por primera vez? ¿Y por qué aparecen en el registro fósil al mismo tiempo? Una posible explicación es que la aparición repentina de tejidos mineralizados se deba a la evolución de la mineralización, más que a la evolución de los propios tejidos. El hueso y la dentina pueden haber evolucionado primero como capas distintas de la piel mucho antes de que los vertebrados desarrollaran las vías genéticas necesarias para la mineralización de los tejidos. Como tal, es posible que la historia temprana de estos tejidos no se conserve en el registro fósil, ya que los tejidos no mineralizados son propensos a la descomposición. Alternativamente, puede haber un registro fósil faltante de vertebrados más antiguos que muestren etapas anteriores en la evolución del esqueleto. Estos pueden ser fósiles que aún estamos por descubrir, o fósiles que se encuentran en sorteos de museos que aún no han sido reconocidos por su importancia, dijo Keating a ZME Science.

"