El cuello de los primeros vertebrados terrestres habría sido rígido: cuál fue el impacto en su evolución

Durante décadas, se creyó que los primeros vertebrados que vivieron fuera del agua desarrollaron el cuello para buscar alimento y detectar peligros. Una investigación con participación de Penn State cuestiona esa hipótesis: las especies que comenzaron a desplazarse por tierra firme lo tenían poco flexible y habrían adaptado esa zona al avance con las extremidades delanteras.

La duda persistía porque los fósiles rara vez conservan los tejidos blandos de la columna. En esos antepasados, las vértebras, de tamaño reducido, rodeaban la notocorda, una varilla flexible que atravesaba el cuerpo. Como esa pieza casi nunca se preserva, resultaba difícil establecer cuánto podían mover el cuello.

El estudio publicado en la revista Nature combinó el análisis de restos de unos 380 millones de años con pruebas realizadas en esturiones actuales. Los resultados indican que la separación entre el cráneo y los hombros apareció antes de que esa zona alcanzara una movilidad comparable con la de muchos vertebrados modernos.

Separar la cabeza de los hombros no implicaba poder girarla

La investigación se centra en peces del período Devónico, que transcurrió entre hace unos 420 y 360 millones de años. Algunas especies de esa época mantenían rasgos propios de la vida acuática, aunque ya contaban con aletas fuertes que podían sostener parte de su peso y ayudarlas a impulsarse sobre fondos poco profundos.

Uno de los ejemplares más conocidos es Tiktaalik, un pez fósil encontrado en la isla de Ellesmere, en Nunavut, dentro del Ártico canadiense. Su cuerpo combina rasgos de peces con otros que se parecen a los de los primeros animales de cuatro extremidades, llamados tetrápodos. En sus restos se aprecia una separación entre el cráneo y la zona ósea que conecta con las extremidades delanteras.

“Se había supuesto razonablemente durante décadas que esta separación de la cabeza y los hombros debía haber permitido que la cabeza se moviera con más libertad”, afirmó Tom Stewart, profesor asistente de Biología en Penn State, según el comunicado institucional.

Stewart añadió que la idea de que la movilidad del cuello impulsó este cambio “ha prevalecido, al menos hasta ahora”. La nueva interpretación plantea que la separación pudo responder, en primer lugar, a cambios necesarios para apoyarse y avanzar con las extremidades delanteras, aun cuando la cabeza todavía se moviera poco.

Tiktaalik permite estudiar una etapa clave de la transición entre el agua y la tierra. “Ayuda a reconstruir muchos pasos intermedios en la transición a la vida terrestre, como el paso de la alimentación por succión en el agua a la mordida en tierra o de nadar a caminar”, señaló Tom Stewart, profesor asistente de Biología en Penn State, en el comunicado institucional.

El esturión aportó una clave para estudiar tejidos que no fosilizan

Para comprender el papel de la notocorda, el equipo estudió esturiones, peces actuales que conservan una columna con rasgos similares a los de aquellos antepasados. Hoy esa característica es poco común, aunque fue frecuente durante buena parte de la historia de los vertebrados.

La notocorda es una estructura blanda que actúa como un eje de sostén dentro del cuerpo. En los primeros tetrápodos atravesaba toda la columna, mientras las vértebras se acomodaban a su alrededor. Su funcionamiento es distinto al de las uniones óseas de la columna de la mayoría de los animales actuales. Por eso, observar la forma de los fósiles no permitía saber, por sí solo, cómo se movía el cuello.

Los científicos midieron la rigidez de la notocorda de esturiones vivos y utilizaron esos datos para crear modelos de animales antiguos, como Tiktaalik. Las pruebas mostraron que, incluso con los hombros separados del cráneo, el cuello habría tenido un movimiento limitado.

“La falta de movilidad significativa de la cabeza en casi todos estos animales fue una enorme sorpresa”, afirmó Dana Korneisel, investigadora posdoctoral de la Universidad de Upsala y primera autora del trabajo, en el comunicado institucional.

El equipo resumió ese límite con una comparación cotidiana. “El tipo de torsión de cabeza que hacemos al negar con la cabeza no era factible en ninguno de estos animales”, indicó Korneisel.

La movilidad real pudo ser incluso menor que la calculada

Las estimaciones se basan en la columna y la notocorda, no en todos los tejidos que rodeaban el cuello. Por eso, los autores advierten que el movimiento real de los primeros tetrápodos pudo haber sido menor que el que muestran los modelos.

Los músculos y, en algunos casos, los huesos incrustados en la piel también pudieron restringir esa capacidad. Esta aclaración permite distinguir entre lo que revelan los fósiles y lo que se infiere a partir de comparaciones con animales actuales. “Sabemos que los tetrápodos finalmente adquirieron una mayor movilidad del cuello”, sostuvo Korneisel.

“Era claramente ventajosa con el tiempo, pero no era una ventaja disponible todavía para estos tetrápodos tempranos debido a las limitaciones de su anatomía”, agregó la investigadora.