Las tasas de evolución rápida y sostenida explican cómo los tetrápodos evolucionaron a partir de los peces
Una de las preguntas más importantes en la evolución es cuándo y cómo evolucionaron por primera vez los principales grupos de animales. El surgimiento de tetrápodos (todos vertebrados de extremidades) de sus padres peces marca uno de los eventos evolutivos más importantes en la historia de la vida. Esta transición «pez-tetrápodo» tuvo lugar en algún lugar entre el Devónico medio y el Devónico superior (hace unos 400-360 millones de años) y representa el comienzo de un cambio ambiental importante, cuando los vertebrados pisaron la tierra del mar por primera vez. Sin embargo, algunas de las cuestiones más fundamentales sobre la dinámica de esta transición han permanecido sin resolver durante décadas.
En un estudio publicado el 23 de agosto en Nature Ecology and Evolution, los investigadores de Harvard establecen la fecha de origen de los primeros tetrápodos y descubren que han adquirido varios de los principales rasgos adaptativos nuevos que han permitido a los vertebrados vivir en la tierra en ocasiones. de cambio.
El estudio dirigido por el Dr. Tiago R. Simões, investigador postdoctoral y autor principal Prof.Stephanie E. Pierce, ambos del Departamento de Biología Orgánica y Evolutiva de la Universidad de Harvard, aplicó métodos estadísticos desarrollados recientemente (análisis evolutivo bayesiano) para estimar con precisión el tiempo y tasas de evolución anatómica durante el surgimiento de los tetrápodos. El método bayesiano se ha adaptado de métodos desarrollados originalmente en epidemiología para estudiar la evolución de virus como el COVID-19 y solo recientemente se ha convertido en una herramienta en paleontología para el estudio de la evolución de especies.
El estudio también abre nuevos caminos al combinar datos de huellas dactilares fósiles y fósiles corporales para determinar el momento de origen de los tetrápodos. “Normalmente, los datos de huellas dactilares aparecen después de los fósiles corporales de sus fabricantes de orugas. En este caso, tenemos huellas de tetrápodos que son mucho más antiguas que los primeros fósiles corporales que tienen millones de años, lo cual es extremadamente inusual. Al combinar tanto la huella como los fósiles corporales, podríamos buscar una edad más específica para la aparición de los tetrápodos ”, dijo Pierce.
“Pudimos proporcionar una edad muy precisa para el origen de los tetrápodos en alrededor de 390 millones de años, 15 millones de años más antiguo que el fósil de cuerpo de tetrápodos más antiguo”, dijo Simões.
Los investigadores también encontraron que la mayoría de los parientes cercanos de los tetrápodos tenían tasas de evolución anatómica inusualmente lentas, lo que sugiere que los peces parentales de los tetrápodos estaban bastante bien adaptados a su estilo de vida acuático.
«Por otro lado, encontramos que los linajes evolutivos que condujeron a los primeros tetrápodos se separaron de este patrón estable, adquiriendo varios de los principales rasgos adaptativos nuevos a tasas increíblemente rápidas que han persistido durante unos 30 millones de años», dijo Simões.
Simões y Pierce también ampliaron los enfoques moleculares para estudiar la velocidad a la que evolucionaron las diferentes partes del plan corporal de los primeros tetrápodos, como el cráneo, las mandíbulas y las extremidades, y la fuerza de la selección natural que actúa sobre cada uno de ellos. Descubrieron que todas las partes del esqueleto del tetrápodo estaban sujetas a una fuerte selección direccional para desarrollar nuevas características adaptativas, pero el cráneo y las mandíbulas evolucionaron más rápido que el resto del cuerpo, incluidas las extremidades.
«Esto sugiere que los cambios en el cráneo tuvieron un papel más importante en las etapas iniciales de la transición pez-tetrápodo que los cambios en el resto del esqueleto. La evolución de las extremidades a la vida en la tierra fue importante, pero especialmente a una etapa posterior en la evolución de los tetrápodos, cuando se volvieron más terrestres ”, dijo Pierce.
«Estamos viendo varias innovaciones anatómicas en su cráneo relacionadas con la alimentación y el suministro de alimentos, lo que permite una transición de un modo de captura de presas por succión similar a un pez a una mordedura similar a un tetrápodo, y un aumento del tamaño y la ubicación de la órbita», dijo Simões. . «Estos cambios han preparado a los tetrápodos para alimentarse en tierra y explorar nuevos recursos alimenticios que no están disponibles para sus padres peces».
Los investigadores también encontraron que las tasas rápidas de evolución anatómica en el linaje de los tetrápodos no se asociaron con tasas rápidas de diversificación de especies. De hecho, había muy pocas especies alrededor, tan pocas que tenían una probabilidad muy baja de ser conservadas en el registro fósil.
Este hallazgo ayuda a responder a un debate evolutivo en curso sobre si han surgido nuevos grupos importantes de animales bajo tasas rápidas de cambio anatómico y diversificación de especies (la hipótesis clásica). O, si inicialmente hubo altas tasas de evolución anatómica, con tasas crecientes de diversificación de especies que ocurrieron solo varios millones de años después (una nueva hipótesis).
“Lo que hemos descubierto en los últimos años es que se producen muchos cambios anatómicos al construir nuevos planos corporales de animales en cortos períodos de tiempo geológico, generando altas tasas de evolución anatómica, como vemos con los primeros tetrápodos. Pero en términos del número de especies, permanecieron limitadas y en cantidades muy pequeñas durante mucho tiempo, y solo después de decenas de millones de años se están diversificando y volviéndose más numerosas. Definitivamente hay un desacoplamiento allí «, dijo. Simões.
Pierce estuvo de acuerdo: «Se necesita tiempo para afianzarse en un nuevo nicho para aprovecharlo al máximo».
“Nuestro estudio comienza al comienzo de esta historia evolutiva. Hay muchos, muchos capítulos más por venir ”, dijo Pierce. “Entonces queremos profundizar en lo que sucedió después del origen de los tetrápodos, cuando comenzaron a colonizar la tierra y diversificarse en nuevos nichos. ¿Cómo afecta esto sus tasas anatómicas de evolución en relación con la diversificación de sus especies en todo el planeta? Este es solo el comienzo. Este es el capítulo introductorio del libro.
Referencia:
- Tiago R. Simões, Stéphanie E. Pierce. Altas tasas de evolución morfológica sostenidas durante el auge de los tetrápodos. Ecología y evolución de la naturaleza, 2021; YO: 10.1038 / s41559-021-01532-x
