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28 de noviembre de 2012

Animales vertebrados: El secuestro de la vértebra


Radiación adaptativa del pico de las aves y algunas variantes poco explotadas 

Diez millones de años parece que es el tiempo de revolucionar un mundo. El Cámbrico y los esquistos de Burgess (Burgess Shale) demuestran que, dadas las circunstancias apropiadas, los fenómenos evolutivos pueden ser asombrosamente creativos, trepidantes e ingeniosos en un periodo de tiempo “relativamente corto”. En un mundo, en donde a partir de microorganismos tan simples como las bacterias se han originado, secuoyas, ballenas, arañas, y por qué no decirlo, ornitorrincos, tendemos a pensar que no hay límites impuestos en esto de evolucionar y crear nuevas especies con atributos nuevos, únicos y admirables. Sin embargo, las soluciones a veces no trasgreden ciertos límites sin que, aparentemente, entendamos bien una razón o un porqué.

150 millones de años tuvieron que esperar los mamíferos para su gran diversificación. La gloria tenía que llegar solo cuando desaparecieran los que la confinaban. De una fauna inicial basada en un puñado de arquetipos morfológicos del tipo ciervo ratón (tragúlidos), musarañas elefantes (macroscelídeos) o gálagos (galágidos) surgen en términos comparativos una pequeña y modesta versión (permítanme la comparación) de la explosión cámbrica. La radiación ecológica y versatilidad que los mamíferos podían exponer tenía el paso cerrado por culpa de los grandes reptiles marinos y dinosaurios que coartaron, con total seguridad, la capacidad creativa de los mamíferos. Solo 10 millones de años después de la extinción de los dinosaurios aparecen muchos de los actuales órdenes de mamíferos reconocibles, entre ellos primates lemuriformes (recordad a Ida) y ungulados (artiodáctilos y perisodáctilos). La fauna en este periodo empieza a apuntar a muchos de los diseños que reconocemos y nos resultan familiares.

Actualmente hay más de 5.000 especies de mamíferos catalogadas, y (casi) todos comparten un rasgo que va más allá de tener pelo o producir leche. Casi todos estamos atados a tener siete vértebras cervicales en el cuello. Las vértebras cervicales son los huesos en la parte superior de nuestra columna vertebral y forman la estructura del cuello. Tenemos exactamente siete de estos huesos, un rasgo que compartimos con todos los todos mamíferos “decentes” del planeta, es decir, el caballo, la jirafa, la ballena, los gatos, los Homínidos y por supuesto el ornitorrinco.

-¿Todos? ¡Espera! ¡Todos NO!- el perezoso es una excepción* porque tiene entre 8 y 10 según la especie. Una extraña anomalía hasta hace poco no resuelta de la clase Mammalia. En el resto de vertebrados (Tetrapoda) hay una enorme variabilidad en cuanto al número de vértebras cervicales. En las aves por ejemplo podemos encontrar desde 25 vértebras cervicales en el cisne hasta 16 en los patos comunes, en los cocodrilos 8 ó 9, y entre 10 y 17 entre los extintos dinosaurios.

¿Pero…? ¿Por qué los perezosos tienen más vértebras cervicales que el resto de mamíferos? ¿Por qué todos los mamíferos están atados al número 7 y en otros grupos no? La primera cuestión en principio parece clara, el anormal número de vértebras cervicales del perezoso permite que pueda girar su cabeza en ángulo de casi 300°, lo que le facilita mover la cabeza en casi todas las direcciones sin mover el cuerpo. Una clara ventaja para pasar más fácilmente desapercibido cuando se escruta el mundo desde la lentitud metabólica del perezoso. Sin embargo quienes no necesitan “cuello”, como los cetáceos, mantienen el mismo número de vértebras cervicales, y quienes necesitan muchas más como las jirafas se las arreglan para incrementar la altura del cuello sin llegar a incrementar el número de vértebras. Podemos entender el “por qué” desde el punto de vista de la selección natural, un mayor radio de visión y movilidad del cuello facilito que se asentara este rasgo, pero desconocíamos por completo cómo lo hizo el perezoso y por qué otros no lo hicieron igual.

A priori uno esperaría encontrar toda una panoplia de diseños numerarios en los cuellos de los diferentes órdenes de mamíferos. Solo el perezoso parecía erguirse frente a la limitada creatividad numeraria en las vértebras cervicales de la clase Mammalia. Por desgracia la liderada rebelión contra el “ortodoxo” número 7 del cuello ha resultado no ser tan pragmática ni óptima, aunque si ingeniosa, algo en lo que la evolución tiene una clara predilección.

En el año 2010 un grupo de científicos encabezados por Lionel Hautier dio a conocer en un estudio publicado en PNAS, que las vértebras cervicales adicionales de estos xenartros son en realidad vértebras torácicas, -si! has leído bien…, ¡torácicas!-. En el artículo, Hautier explica que en los mamíferos el desarrollo de las vértebras torácicas es mayor que el de las vértebras cervicales. Al parecer existe una diferenciación clara a nivel embrionario en el momento de la osificación de las vértebras torácicas y de las vértebras cervicales, gracias a lo cual pueden ser identificadas. Tradicionalmente las vértebras extras y más caudales del cuello de los perezosos se habían considerado cervicales, pero estas vertebras extranumerarias presentan patrones de osificación con mayor similitud con el desarrollo de las vértebras torácicas. En el individuo adulto estas vertebras “torácicas” no presentan costillas y eso quizás confundía su verdadero origen, según el desarrollo embrionario, estas vértebras extras son retenidas del resto de las torácicas para incorporarlas al cuello y esto permite al perezoso ganar algunas vértebras pero no generándolas de novo sino secuestrándolas del tórax.


Vista lateral del esqueleto del Perezoso de tres dedos, crédito/autor PNAS/Lionel Hautier

Llegados hasta aquí el lector podrá preguntarse ¿por qué entonces este conservadurismo en el cuello de los mamíferos? Este pequeño resumen, no cierra el debate sobre el número de vértebras en los mamíferos, sólo certifica el “consevadurismo mamiferoide” por el número 7. El perezoso no tiene más vértebras cervicales que cualquier otro mamífero, salvo por esas 2 ó 3 vértebras “secuestradas” del tórax, de la misma manera que el pulgar extra del panda es el resultado de la incorporación del hueso sesamoideo para una nueva función insospechada ya que el panda sí que disponía de un verdadero pulgar, aunque no oponible. Gould, en su ensayo “El pulgar del panda”, comentaba que para el panda, reorganizar la disposición del verdadero pulgar era tal vez más complejo genéticamente que reclutar un hueso de la muñeca. Quizás para los mamíferos aumentar el número de vértebras en el cuello puede ser a nivel genético de una complejidad tal, que cualquier otra solución, como la de secuestrar vertebras del tórax, donde sólo basten unas cuantas mutaciones en los genes hox (genes que regulan el desarrollo embrionario y morfogénesis del individuo) puede ser más factible que la mutación que origine el incremento de una sola vértebra, a lo mejor sea solo una cuestión de probabilidad estadística y esas mutaciones nunca aparezcan. La jirafa es, sin duda, un buen ejemplo de ello.

La solución óptima habría sido generar dos (o tres) nuevas vértebras, pero para los mamíferos generar vértebras cervicales de novo parece que es tan improbable como para los Tetrápodos generar nuevos dedos a partir de la generalizada pentadactilia.

A pesar de la explosión de formas que se produjo tras la extinción de los dinosaurios el número 7 se ha mantenido atado a nosotros como una configuración cardinal de nuestro pasado sinápsido. Las oportunidades de explotar todas las posibilidades están ahí, como por ejemplo si han sabido hacer las aves. Pero ya vemos que las soluciones, aunque eficientes, no son siempre las óptimas y la evolución es un bello ejemplo de esto.

*Un profesor me dijo una vez “la biología es la ciencia de las excepciones” por lo que en realidad hay otra excepción de la que no he hablado y que he obviado: ¡existe un mamífero que tiene menos de 7 vértebras! Hay un sirénido que tiene 6,
Fuente:

Habllando de Ciencia

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