Dientes fósiles de 439 millones de años anulan puntos de vista arraigados sobre la evolución

Reconstrucción volumétrica de una espiral dental vista desde su cara lingual (holotipo de Qianodus dualS). El espécimen mide poco más de 2 mm de largo. Crédito: Zhu, et al.

Raros dientes fósiles chinos han cambiado las creencias de los científicos sobre la evolución de los vertebrados.

Un equipo internacional de científicos ha encontrado restos de peces dentados que datan de hace 439 millones de años, lo que sugiere que los ancestros de los condrictios modernos (tiburones y rayas) y los osteictios (peces lobulados y con aletas radiadas) se originaron mucho antes de lo que se creía anteriormente.

Los resultados fueron publicados recientemente en la prestigiosa revista Naturaleza.

Una ubicación remota en la provincia de Guizhou en el sur de China ha producido magníficos hallazgos de fósiles, incluidos dientes solitarios identificados como pertenecientes a una nueva especie (Qianodus duplicis) de vertebrado maxilar primitivo del antiguo período Silúrico (aproximadamente 445 a 420 millones de años). Qianodus, llamado así por el nombre antiguo de la actual Guizhou, poseía elementos dentales inusuales en forma de espiral con varias generaciones de dientes que se insertaron a lo largo de la vida del animal.

Una reconstrucción del Qianodus duplicis nadador. Crédito: IVPP

Uno de los fósiles más raros encontrados en el sitio terminó siendo las espirales de dientes (o espirales) de Qianodus. Debido a su pequeño tamaño, que rara vez supera los 2,5 mm, tuvieron que ser estudiados con aumento con luz visible y radiación de rayos X.

Una característica notable de las espirales es que contenían un par de filas de dientes engastados en un área medial elevada de la base de la espiral. Estos llamados dientes primarios muestran un crecimiento gradual de tamaño a medida que se acercan a la espiral interna (lingual). El claro desplazamiento entre las dos filas de dientes primarios es lo que distingue a las espirales de Qianodus de las de otros vertebrados. Aunque no se había descubierto previamente en las espirales de dientes de especies fósiles, también está presente una disposición similar de filas de dientes vecinas en la dentición de varios tiburones modernos.

Una sección virtual a lo largo de una espiral dental en vista lateral (holotipo de Qianodus duplicis). El espécimen mide poco más de 2 mm de largo. Crédito: Zhu, et al.

El hallazgo indica que los conocidos grupos de vertebrados maxilares de la llamada «Era de los Peces» (hace 420 a 460 millones de años) ya se habían establecido unos 20 millones de años antes.

«Qianodus nos brinda la primera evidencia tangible de los dientes y, por extensión, de las mandíbulas, de este período crítico temprano de la evolución de los vertebrados», dijo Li Qiang de la Universidad Normal de Qujing.

A diferencia de los dientes que pierden continuamente los dientes de los tiburones modernos, los investigadores creen que las espirales de dientes de Qianodus se mantuvieron en la boca y aumentaron de tamaño a medida que el animal crecía. Esta interpretación explica el ensanchamiento gradual de los dientes de reemplazo y el ensanchamiento de la base espiral en respuesta al aumento continuo del tamaño de la mandíbula durante el desarrollo.

Para los investigadores, la clave para reconstruir el crecimiento de las espirales fueron dos especímenes en una etapa temprana de formación, fácilmente identificables por su tamaño considerablemente más pequeño y menos dientes. Una comparación con las espirales maduras más numerosas ha proporcionado a los paleontólogos una visión poco común de la mecánica del desarrollo de la dentición de los primeros vertebrados. Estas observaciones sugieren que los dientes primarios fueron los primeros en formarse, mientras que la adición de los dientes espirales laterales (accesorios) ocurrió más tarde en el desarrollo.

Una reconstrucción de Qianodus duplicis, un vertebrado maxilar primitivo. Crédito: Zhang Heming

«A pesar de sus peculiaridades, se han informado espirales de dientes en muchos linajes extintos de condrictios y osteictios», dijo Plamen Andreev, autor principal del estudio. «Algunos de los primeros condrictios incluso construyeron sus dientes completamente a partir de espirales muy juntas».

Los investigadores dicen que este también fue el caso con Qianodus. Llegaron a esta conclusión después de examinar los pequeños remolinos (de 1 a 2 mm de largo) de la nueva especie con radiación de sincrotrón, un proceso de tomografía computarizada que utiliza rayos X de alta energía de un acelerador de partículas.

«Nos sorprendió descubrir que las filas de dientes de las espirales tienen un claro desplazamiento hacia la izquierda o hacia la derecha, lo que indica posiciones en ramas maxilares opuestas», dijo el profesor Zhu Min del Instituto de Paleontología y Paleoantropología de Vertebrados. Academia china de ciencias.

Estas observaciones están respaldadas por un árbol filogenético que identifica a Qianodus como un pariente cercano de grupos extintos de condrictios con dentición en espiral.

«Nuestra cronología revisada para el origen de los principales grupos de vertebrados maxilares está de acuerdo con la idea de que su diversificación inicial ocurrió a principios del Silúrico», dijo el prof. ZHU.

El descubrimiento de Qianodus proporciona evidencia tangible de la existencia de vertebrados dentados y patrones de dentición similares a los de los tiburones decenas de millones de años antes de lo que se pensaba. El análisis filogenético presentado en el estudio identifica a Qianodus como un condrictio primitivo, lo que implica que los peces con mandíbula ya eran bastante diferentes en el Silúrico inferior y aparecieron poco después de la evolución de la mineralización esquelética en linajes ancestrales de vertebrados sin mandíbula.

«Esto cuestiona los modelos evolutivos actuales para el surgimiento de innovaciones clave para los vertebrados, como dientes, mandíbulas y apéndices pares», dijo Ivan Sansom, coautor del estudio. Universidad de Birmingham.

Referencia: «Los dientes de gnatóstomo más antiguos» por Plamen S. Andreev, Ivan J. Sansom, Qiang Li, Wenjin Zhao, Jianhua Wang, Chun-Chieh Wang, Lijian Peng, Liantao Jia, Tuo Qiao y Min Zhu, 28 de septiembre de 2022, Naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41586-022-05166-2