Un antiguo 'tiburón' de China es nuestro ancestro con mandíbula más antiguo

Los vertebrados con mandíbula o gnatostomados constituyen más del 99,8% de todos los animales con columna vertebral actuales, incluidos los humanos, pero su origen es un misterio. El llamado reloj molecular, que deduce la edad de su ancestro común usando el ADN, sugiere que vivió hace 450 millones de años, en el Ordovícico. 

Sin embargo, el registro fósil de vertebrados mandibulados solo comienza a ser abundante en el Devónico temprano, hace unos 419 millones de años, aunque en la última década se han encontrado varios peces con mandíbulas completas del Silúrico Tardío, hace unos 425 millones de años. 

En cualquier caso, estos últimos ejemplares son 25 millones de años posteriores a la fecha en la que se supone se originaron las mandíbulas. ¿Qué paso antes? ¿Dónde está ese linaje desaparecido? Parte de la respuesta la ofrece un grupo excepcional de peces fósiles del Silúrico temprano, de hace entre 436 y 439 millones de años, encontrados en dos yacimientos de Chongqing, al sur de China.

Estos nuevos peces fósiles, algunos con el cuerpo completo, ayudan a llenar el vacío en los registros

El hallazgo incluye placodermos (un grupo extinto de peces prehistóricos acorazados, que fueron los primeros vertebrados con mandíbula conocidos) y condrictios (peces cartilaginosos como los tiburones y las rayas). En conjunto, estos nuevos peces fósiles, algunos con el cuerpo completo, ayudan a llenar el vacío en los registros. 

Un equipo internacional de investigadores, liderados por Min Zhu del Instituto de Paleontología de Vertebrados y Paleoantropología (IVPP) de la Academia de Ciencias de China, los ha analizado y presenta los resultados esta semana en cuatro estudios de la revista Nature. 

En uno de ellos se describe un pez parecido a un tiburón espinoso, un condrictio llamado Fanjingshania renovata, encontrado en sedimentos de hace unos 439 millones de años. El antiguo escualo tiene una cintura escapular similar a la de algunos peces cartilaginosos, pero también muestra indicios de reabsorción de tejido duro, una característica que suele observarse en los peces óseos.

Los autores sugieren que estos hallazgos constituyen el mayor apoyo a la propuesta de que los vertebrados con mandíbula se originaron en el Silúrico temprano antes de su aparición generalizada en el registro fósil en el Devónico inferior. Su hallazgo precede en unos 15 millones de años a los primeros fósiles encontrados de este tipo y representa el pez (y, por extensión, el vertebrado) con mandíbula más antiguo que se conoce.

El hallazgo de Fanjingshania constituye el mayor apoyo a la propuesta de que los vertebrados con mandíbula se originaron en el Silúrico temprano antes de su aparición generalizada en el registro fósil en el Devónico inferior

Reconstruido a partir de miles de diminutos fragmentos de esqueleto, Fanjingshania, llamado así por el sitio de Fanjingshan, declarado Patrimonio de la Humanidad por la UNESCO, es un extraño pez con una ‘armadura’ ósea externa y múltiples pares de espinas en las aletas que lo diferencian de los peces con mandíbula vivos, de los tiburones y rayas cartilaginosos y de los peces óseos con aletas lobuladas.

«Este nuevo taxón representa, hasta donde sabemos, el vertebrado mandibulado estratigráficamente más antiguo con una anatomía dermoesquelética claramente establecida», destacan los autores.

Los dientes de vertebrados más antiguos

En otro estudio se describen los dientes fósiles de otro pariente del tiburón, hasta ahora desconocido, llamado Qianodus duplicis, que data también de hace unos 439 millones de años. Estas piezas son anteriores a otros ejemplos conocidos de dientes de gnatóstomados, lo que amplía la edad mínima del origen de las mandíbulas y las denticiones de los vertebrados en unos 14 millones de años.

«Hasta este descubrimiento, los dientes de peces con mandíbula más antiguos eran las espirales de dientes de Gomphodus y Guiyu [dos géneros de peces] de hace unos 425 millones de años», explica Min Zhu a SINC.   

Entre los vertebrados hay un grupo minoritario no mandibulados (los agnatos), pero incluso «los dientes más antiguos de estos peces sin mandíbula son dentículos faríngeos o elementos orales parecidos a dientes, de un teledonto Loganellia del Silúrico encontrado en Escocia, de hace unos 425 millones de años», continúa. 

Por tanto, los dientes de Qianodus duplicis, con 439 millones de años, son los más antiguos conocidos de cualquier vertebrado, confirma Min Zhu, quien aclara que no se ha encontrado el ejemplar entero del pez, sino una estructura espiral con múltiples generaciones de dientes, que se iban añadiendo a lo largo de la vida del animal. 

Estas espirales tienen dientes de hace 439 millones de años, los más antiguos conocidos, y han sido uno de los fósiles menos comunes recuperados en el yacimiento chino

Estas espirales dentales han sido uno de los fósiles menos comunes recuperados en el yacimiento chino. Son elementos pequeños que rara vez alcanzan los 2,5 mm y, como tales, tuvieron que ser estudiados con lupas de aumento y radiación de rayos X.

En un tercer estudio se ofrecen los detalles del cuerpo completo de los galeáspidos, un grupo extinto de peces acorazados sin mandíbula (agnatos) conocidos solo en China y el norte de Vietnam. En concreto, un fósil de la especie Tujiaaspis vividus, de hace aproximadamente 436 millones de años. 

Estructuras precursoras de nuestras extremidades

Estos antiguos peces tienen escudos cefálicos característicos, pero la anatomía detrás de la cabeza no estaba clara hasta ahora. También muestran el estado primitivo de las aletas pares ventrolaterales, antes de que se separaran en aletas pectorales y pélvicas, siendo precursoras de nuestras extremidades: los brazos y las piernas.

Nuestras extremidades (brazos y piernas) descienden directamente de aletas pares como las encontradas en algunos de estos peces primitivos

Uno de los autores de este trabajo, Humberto Ferrón, de las universidades de Valencia y de Bristol (Reino Unido), ha utilizado la ingeniería computacional para modelizar el comportamiento de Tujiaaspis con y sin las aletas pares. En este pez actuaban como hidroplanos, generando pasivamente la sustentación sin que las propias aletas aportaran. Los pliegues laterales de las aletas del Tujiaaspis le permitían nadar con mayor eficacia.

«Los galeáspidos ocupan una posición clave en el árbol evolutivo de los vertebrados, como un grupo muy cercano a los primeros vertebrados con mandíbulas y extremidades (el grupo que nos incluye a nosotros mismos, los humanos)», subrraya Ferrón a SINC.

«Hasta el momento se conocían solo por estructuras fosilizadas de su cabeza y no se sabía casi nada de la anatomía de su cuerpo –añade–. Este trabajo presenta el primer galeáspido completo, y hemos podido comprobar que estos animales tenían, entre otros aspectos interesantes, dos pliegues en la parte vetro-lateral de su cuerpo».

El cuarto artículo detalla los vertebrados con mandíbula completos más antiguos del Silúrico temprano encontrados en China

«La importancia de este descubrimiento –subraya– reside en que apoya una hipótesis clásica sobre el origen de las aletas pares (extremidades) en vertebrados, de la cual solo teníamos evidencia en organismos actuales. Así, el registro fósil y la evidencia en organismos recientes se reconcilia». 

El cuarto artículo detalla los vertebrados con mandíbula completos más antiguos del Silúrico temprano encontrados en China. En concreto, dos especies. La dominante, con más de 20 ejemplares, es un placodermo de unos 3 cm de longitud al que se ha dado el nombre de Xiushanosteus mirabilis. 

Este pez muestra una combinación de características de los principales subgrupos de placodermos que arroja luz sobre la evolución del cráneo de los vertebrados con mandíbula vivos. 

Por su parte, un condrictio llamado Shenacanthus vermiformis tiene una forma corporal similar a la de otros peces cartilaginosos, pero presenta placas de blindaje más asociadas a los placodermos. En conjunto, todos estos descubrimientos revelan una diversificación hasta ahora desconocida en un periodo tan remoto como el Silúrico temprano.