Los primeros animales evolucionaron para ser fuertes y ágiles
Investigadores dirigidos por la Universidad de Bristol han demostrado que las primeras mandíbulas del registro fósil estaban en un equilibrio entre la maximización de su fuerza y su velocidad.
Casi todos los vertebrados tienen mandíbulas, incluidos los humanos, que evolucionaron por primera vez hace más de 400 millones de años y se distinguen por sus mandíbulas con dientes. Los humanos deben su éxito evolutivo a la evolución de las mandíbulas, que permitieron a los animales procesar una mayor variedad de alimentos.
Las mandíbulas evolucionaron a partir de los arcos branquiales, una serie de estructuras de los peces que sostienen sus branquias. Un nuevo estudio, publicado en Science Advances, explora cómo una estructura respiratoria llegó a convertirse en una estructura para morder.
Para ello, los investigadores de la Escuela de Ciencias de la Tierra de Bristol recopilaron datos sobre las formas de las mandíbulas fósiles durante su evolución temprana y modelos matemáticos para caracterizarlas. Estos modelos permitieron al equipo extrapolar una amplia gama de formas de mandíbulas teóricas que podrían haber sido exploradas por las primeras mandíbulas en evolución.
Estas mandíbulas teóricas se sometieron a pruebas de resistencia, es decir, la probabilidad de que se rompieran al morder, y de velocidad, es decir, la eficacia con la que se podían abrir y cerrar. Estas dos funciones se encuentran en un equilibrio, lo que significa que el aumento de la fuerza suele significar la disminución de la velocidad o viceversa.
La comparación de las formas reales y teóricas de las mandíbulas reveló que la evolución de las mandíbulas se ha limitado a formas que tienen la mayor velocidad y fuerza posibles. En concreto, las primeras mandíbulas del conjunto de datos eran extremadamente óptimas, y algunos grupos evolucionaron lejos de este óptimo con el tiempo. Estos resultados sugieren que la evolución de la mordida fue muy rápida.
William Deakin, estudiante de doctorado de la Universidad de Bristol y autor principal, señala en un comunicado que "las mandíbulas son una característica extremadamente importante para los gnatóstomos, o bocas-mandíbulas. No sólo están muy extendidas, sino que casi todas las criaturas que las tienen las utilizan de la misma manera: para agarrar la comida y procesarla. Eso es más de lo que puede decirse de un brazo, un pie o una cola, que pueden utilizarse para todo tipo de cosas".
"Esto hace que las mandíbulas sean extremadamente útiles para cualquiera que estudie la evolución de la función --añade--. Mandíbulas muy diferentes de animales muy diferentes pueden ser probadas de forma similar. Aquí hemos demostrado que los estudios sobre una gran variedad de mandíbulas, utilizando la morfología teórica y los paisajes adaptativos para captar su variedad de funciones, pueden ayudar a arrojar algo de luz sobre las cuestiones evolutivas".
Por su parte, Philip Donoghue, catedrático de paleobiología en Bristol y coautor del estudio, señala que "los primeros vertebrados con mandíbulas tienen mandíbulas de todas las formas y tamaños, que durante mucho tiempo se pensó que reflejaban la adaptación a diferentes funciones. Nuestro estudio muestra que la mayor parte de esta variación era igualmente óptima para la fuerza y la velocidad, lo que hace que los depredadores sean temibles", añade.
Emily Rayfield, también profesora de paleobiología en Bristol y coautora del estudio, añade que "el nuevo software que Will desarrolló para analizar la evolución de los vertebrados con mandíbula, es único. Nos permite cartografiar el espacio de diseño de innovaciones anatómicas clave, como las mandíbulas, y determinar sus propiedades funcionales. Tenemos previsto utilizarlo para descubrir muchos más secretos de la historia evolutiva", concluye.
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