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Evolución

El tímpano puede haber salvado a los réptiles de extinciones masivas

La membrana situada en la parte interna de los oídos surgió en un antepasado común de los lagartos, cocodrilos, yacarés, serpientes, tortugas y aves hace 250 millones de años

Julia D’OliveiraLos reptiles ancestrales que vivieron hace más de 250 millones de años habrían escuchado el zumbido de los insectosJulia D’Oliveira

Para que un lagarto pudiera sobrevivir en el ambiente oscuro, humeante y con escaso alimento que era la Tierra hace entre 250 y 200 millones de años, una era signada por dos eventos de extinciones masivas, era imprescindible tener un buen oído. Gracias a eso, el reptil podía escuchar mejor a sus presas y predadores o incluso practicar alguna comunicación vocal con sus congéneres.

La membrana timpánica, una película que se mueve al entrar en contacto con las ondas sonoras, fue un avance evolutivo que amplió el espectro sonoro detectado por los reptiles. Esta pequeña pieza del sistema auditivo de aves, caimanes, cocodrilos, serpientes, lagartos y tortugas fue clave para que estos animales pudieran sobrevivir y proliferaran a lo largo de la historia evolutiva, según un artículo publicado en octubre en la revista Current Biology. Las aves figuran en el estudio porque evolutivamente, ellas y los reptiles comparten un mismo antepasado común.

La investigación tiene implicaciones para un dilema importante en materia de biología evolutiva. “Existe un amplio debate al respecto de la evolución de la audición en los reptiles: si surgió de manera independiente en varios grupos o a partir de un antepasado común”, dice el paleontólogo Mario Bronzati, un investigador brasileño que realiza una pasantía posdoctoral en la Universidad de Tubinga, en Alemania, y autor principal del artículo.

La disputa entre las hipótesis fue alentada por el tamaño del grupo de los reptiles, que actualmente incluye más de 20.000 especies, y por la falta de estudios enfocados en la evolución de la audición de este grupo. “Muchas investigaciones se han centrado en especies animales modelo, como las gallinas y los ratones”, dice Bronzati. Haciendo esta salvedad, los resultados expuestos en el artículo reciente apuntan que la audición surgió a partir de un evento único y fue heredada por los descendientes.

Los investigadores han arribado a estas conclusiones a partir del estudio de fósiles y embriones de reptiles, adónde confluyeron dos campos del conocimiento: la paleontología y la biología evolutiva del desarrollo, que estudia la embriología basada en la evolución y a la que los científicos llaman evo-devo [un acortamiento de su denominación en inglés evolutionary developmental biology].

“Sin esta combinación de saberes no habríamos podido responder todas las preguntas que nos planteamos”, explica la bióloga Tiana Kohlsdorf, de la Facultad de Filosofía, Ciencias y Letras de Ribeirão Preto de la Universidad de São Paulo (FFCLRP-USP) y coordinadora del estudio. “El estudio de los fósiles nos habilita a inferir una escala temporal más antigua, que incluye el antepasado común, y el desarrollo a lo largo de la vida, con base en los embriones, nos permite ver cómo se desarrolla la membrana en los reptiles que aún están vivos”.

El análisis de los embriones también es importante porque la membrana timpánica es un tejido blando que no se ha preservado en los fósiles. Incluso los caracteres óseos asociados a la audición son variables y no siempre sirven como pista, como es el caso de una pequeña estructura en forma de concha del cráneo de los lagartos que no está presente en los caimanes o yacarés.

“Los autores abordan la cuestión de una manera innovadora”, dice la paleontóloga brasileña Gabriela Sobral, del Museo de Stuttgart, en Alemania, quien no participó del estudio. En 2019, ella publicó un artículo en la revista PeerJ sobre la identificación del tímpano en el linaje ancestral que daría origen a los crocodilios y las aves. “El artículo muestra que la principal característica utilizada para identificar la audición timpánica en fósiles, la concha, es una condición específica de serpientes y lagartos”.

“La paleontología y la evo-devo son complementarias: un área proporciona a la otra ejemplos concretos de lo que es factible que exista dentro de un universo cuasi infinito de posibilidades”, prosigue Sobral. “El artículo muestra cómo la paleontología es una pieza fundamental para entender la evolución de la vida en la Tierra”.

Alexandre Affonso / Revista Pesquisa FAPESP

Parte de la investigación consistió en comparar embriones de lagartos (Tropidurus) y yacarés (Caiman). Los investigadores recolectaron los huevos en el entorno urbano de la ciudad de São Simão, en el interior paulista, en el caso de los lagartos, y en la granja de yacarés Caimasul, en Corumbá (Mato Grosso do Sul). “Fue un gran desafío, aún estábamos atravesando la pandemia”, recuerda Bronzati.

En el laboratorio, el equipo abrió cuidadosamente las delgadas cáscaras de los huevos para examinar las crías de yacarés y lagartos, aún inmersos en la solución acuosa que forma el líquido amniótico. Utilizando microscopios, tomógrafos y técnicas tradicionales de examen de tejidos, los investigadores observaron que el proceso de formación del oído timpánico era muy similar en ambos especímenes. Lo mismo ocurría con los embriones de las aves.

“En todos estos animales, la cavidad timpánica está formada por la prolongación de la cavidad faríngea, conectada con la garganta”, precisa Bronzati. “Y la membrana timpánica aparece en una región llamada segundo arco faríngeo”. Para Kohlsdorf, otro detalle importante es que “mientras vemos esta similitud en aves, yacarés y lagartos, en los embriones de los mamíferos el desarrollo es diferente, con la formación de la membrana timpánica a partir del primer arco faríngeo”.

“Todo esto resulta aún más desconcertante cuando notamos que varios parientes extintos de los reptiles no poseían oído timpánico”, añade Bronzati. “Creemos que la evolución de este atributo contribuyó a la supervivencia del grupo, sobre todo teniendo en cuenta los episodios de extinciones masivas”.

Dos de estos eventos de extinción marcaron el período crucial para el surgimiento del oído timpánico. El primero, hace 250 millones de años, se produjo durante el período Pérmico y acabó con más del 95 % de las especies marinas y el 70 % de las terrestres. No se sabe a ciencia cierta qué fue lo que ocasionó la extinción, pero las posibilidades abarcan una combinación de cambios climáticos y erupciones volcánicas. Factores similares llevaron a una nueva catástrofe 50 millones de años más tarde, entre los períodos Triásico y Jurásico, causando la extinción del 80 % de las especies del planeta.

Para Sobral, hay que investigar mejor el origen y desarrollo de la cavidad del oído medio y las estructuras relacionadas. “Recién ahora se están analizando estas cuestiones en los mamíferos, pero aún son desconocidas en los reptiles”.

Otras respuestas estriban en la genética. “No sabemos si los genes que forman la membrana timpánica en las gallinas y otros animales son los mismos”, dice Bronzati. También es necesario investigar la pérdida de partes del aparato auditivo en algunos reptiles, como las serpientes, que perdieron la membrana timpánica, y algunos lagartos. “Se trata de un artículo que abre puertas a nuevos campos de investigación”, culmina diciendo Sobral.

Este artículo salió publicado con el título “Un alerta sonoro para evitar la extinción” en la edición impresa n° 345 de noviembre de 2024.

Proyectos
1.
Ecología, evolución y desarrollo (eco-evo-devo) en la herpetofauna brasileña (n° 15/07650-6); Modalidad Proyecto Temático; Investigadora responsable Tiana Kohlsdorf (USP); Inversión R$ 1.261.130,44.
2. Evo-devo en ambientes dinámicos: las implicaciones de los cambios climáticos en la biodiversidad (n° 20/14780-1); Modalidad Proyecto Temático; Programa Biota; Investigadora responsable Tiana Kohlsdorf (USP); Inversión R$ 3.229.900,69.
3. Rellenar lagunas para entender la macroevolución de Crocodylomorpha mediante métodos comparativos (n° 22/05697-9); Modalidad Beca posdoctoral; Investigador responsable Max Cardoso Langer (USP); Becario Pedro Lorena Godoy; Inversión R$ 88.743,56.

Artículos científicos
BRONZATI, M. et al. Deep-time origin of tympanic hearing in crown reptiles. Current Biology. v. 34, p. 1-7. oct. 2024.
SOBRAL, G. et al. The braincase of Mesosuchus browni (Reptilia, Archosauromorpha) with information on the inner ear and description of a pneumatic sinus. PeerJ. v. 7. mayo 2019.

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