Los fósiles de peces Gogo utilizados en este estudio fueron descubiertos dentro de rocas encontradas en Kimberley. Crédito: Universidad de Curtin
En las cadenas de piedra caliza de la región de Kimberley en Australia Occidental, cerca de la ciudad de Fitzroy Crossing, encontrará uno de los complejos de arrecifes antiguos mejor conservados del mundo.
Aquí yacen los restos de una miríada de animales marinos prehistóricos, incluidos los placodermos, una clase prehistórica de peces que representa a algunos de nuestros primeros ancestros con mandíbulas.
Los placodermos eran los gobernantes de los antiguos mares, ríos y lagos. Fueron los peces más abundantes y diversos del Período Devónico (hace 419–359 millones de años), pero se extinguieron al final en un evento de extinción masiva.
El estudio de los placodermos es importante ya que brindan información sobre los orígenes del plan corporal de los vertebrados con mandíbulas (los vertebrados son animales con columna vertebral). Por ejemplo, los placodermos han revelado cuando las primeras mandíbulas, dienteshuesos del cráneo emparejados y extremidades emparejadas evolucionado. También nos han enseñado sobre la orígenes de fecundación interna y nacimiento vivo en la evolución de los vertebrados.
Ahora, en un papel publicado en Ciencias, detallamos nuestros hallazgos del corazón conservado en tres dimensiones más antiguo de un vertebrado, en este caso, un vertebrado con mandíbula. Este corazón de placodermo tiene unos 380 millones de años y 250 millones de años más que el corazón de vertebrado más antiguo anterior.
¿Cómo lo hicimos?
Los fósiles de peces cerca de Fitzroy Crossing se informaron por primera vez de Estación Gogó en la década de 1940. Pero no fue hasta la década de 1960 que hermoso Se revelaron conservaciones en 3D, utilizando una técnica que elimina la roca de los huesos con ácido acético débil.
Sin embargo, esta técnica resultó ser un arma de doble filo. Mientras se descubrían los finos detalles del esqueleto óseo, los tejidos blandos de los fósiles se disolvieron. No fue hasta el año 2000 que se identificaron las primeras piezas de músculo fosilizado en placodermos.
Con la llegada de un método de rayos X llamado «microtomografía de sincrotrón», utilizado por primera vez en los fósiles de Gogo en 2010, se revelaron más músculos de los placodermos de Gogo, incluidos músculos del cuello y abdominales.
El corazón conservado en 3D de un pez placodermo de Gogo. La roca sepulta el hueso que se muestra en gris, que se muestra mediante imágenes de haz de neutrones, y el corazón en rojo. Crédito: Kate Trinajstic
Nuestro trabajo utilizó esta misma tecnología para mostrar, por primera vez, la presencia de hígado, estómago e intestinos en un pez del Devónico. Algunos de los ejemplares incluso mostraban restos de su última comida: un crustáceo.
Encontramos los órganos blandos fosilizados en un orden de placodermos llamado artrodires. Estos fueron los placodermos más comunes y diversos de todos los conocidos, caracterizados por una unión única entre la armadura de la cabeza y el tronco.
El corazón del placodermo
El hallazgo más emocionante para nosotros fue el corazón. Encontramos nuestro primer corazón placodermo utilizando la imaginación sincrotrón.
Luego, mientras experimentaba con una tecnología llamada imágenes de neutronesdescubrimos un segundo corazón dentro de un espécimen diferente.
La vida debe haber sido estresante en los mares del Devónico, ¡porque los placodermos literalmente tenían el corazón en la boca!
En este punto de la evolución de los vertebrados, el cuello era tan corto que el corazón estaba ubicado en la parte posterior de la garganta y debajo de las branquias.
Peces que son aún más primitivos que los artrodiros, como el lamprea sin mandíbula, tienen su corazón cerca de su hígado. Y las cámaras del corazón (llamadas aurícula y ventrículo) se sientan una al lado de la otra.
Por otro lado, los placodermos arthrodire tenían el corazón en una posición más adelantada (anterior), en la parte posterior de la garganta. Y el atrio estaba encima del ventrículo, similar a los tiburones y los peces óseos de hoy.
Nuestra nueva investigación ha revelado la anatomía de los órganos blandos de un pez artródiro del Devónico. Crédito: Brian Choo, Kate Trinajstic
Hoy en día, el 99% de todos los vertebrados vivos tienen mandíbulas. Los artrodires proporcionan la primera evidencia anatómica que respalda la hipótesis de que, en los vertebrados con mandíbula, el reposicionamiento del corazón a una posición más adelantada estaba relacionado con la evolución de las mandíbulas y el cuello.
Pero eso no es todo. Este movimiento del corazón también habría dejado espacio para que se desarrollaran los pulmones.
Entonces, ¿los placodermos tenían pulmones?
Una de las preguntas evolutivas más desafiantes hoy en día es si los pulmones estaban presentes en los primeros vertebrados con mandíbula. Aunque los peces tienen branquias, la presencia de pulmones en algunos peces puede ayudar con la flotabilidad, que es necesaria para hundirse y ascender en el agua.
Hoy en día, los pulmones solo están presentes en peces óseos primitivos como el pez pulmonado y el pez junco africano.
Los peces óseos más avanzados (como el teleósteos) se mantienen a flote usando una vejiga natatoria, mientras que los tiburones no tienen ni pulmones ni vejiga natatoria, y en su lugar usan un gran hígado graso para ayudar con la flotabilidad.
Pero, ¿qué pasa con los placodermos antiguos? Estudios previos (que fueron algo controvertido) sugirió que los pulmones estaban presentes en un placodermo primitivo llamado Bothriolepis.
Nuestro análisis de los artrodiros de Gogo revela que las estructuras que se pensaba que eran pulmones en Bothriolepis son, de hecho, un hígado con dos lóbulos, por lo que ahora se cree que faltaron pulmones en los placodermos.
Nuestro descubrimiento, por lo tanto, muestra un origen único para los pulmones en los peces óseos (osteichthyans). El movimiento del corazón hacia una posición hacia adelante de los peces sin mandíbula (Cyclostomata) habría dejado espacio para que se desarrollaran los pulmones en linajes posteriores.
La ausencia de pulmones en los placodermos sugiere que estos peces dependían de su hígado para flotar, como lo hacen los tiburones modernos.
Nuestros nuevos hallazgos en placodermos antiguos muestran el movimiento del corazón hacia adelante desde los peces sin mandíbula. Crédito: Kate Trinajstic, Brian Choo, John Long
Un sitio crucial
La preservación de órganos es una carrera contra el tiempo. En algunos casos, la descomposición de un animal ayudará a la conservación de los tejidos blandos, pero demasiada descomposición hace que los tejidos blandos se deterioren. Para una excelente conservación, el equilibrio debe ser el correcto.
En el corazón fosilizado encontramos que la aurícula y los ventrículos se muestran claramente, mientras que el cono arterioso, una sección del corazón que dirige la sangre desde el ventrículo a las arterias, no está tan bien conservado.
Poder hacer estos descubrimientos antes de que se pierdan para siempre es crucial si queremos comprender completamente la evolución temprana de los vertebrados, incluidos los orígenes del plan del cuerpo humano.
Más allá de nuestros hallazgos inmediatos, nuestro trabajo ha reforzado la importancia del sitio de Gogo en Kimberley como uno de los sitios más importantes del mundo para llevar a cabo este trabajo.
El corazón de 380 millones de años ilumina la historia evolutiva
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Citación: El corazón fósil de vertebrado más antiguo jamás encontrado cuenta una historia de evolución de 380 millones de años (17 de septiembre de 2022) recuperado el 18 de septiembre de 2022 de https://phys.org/news/2022-09-oldest-vertebrate-fossil-heart -millones-de-años.html
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