El origen de las arañas

Las arañas son uno de los grupos más conocidos de invertebrados. Actualmente gozan de una alta diversidad, pues se han descrito más de 45,700 especies. Con todo, no son el único grupo de arácnidos, pues según sus estudiosos, la clase Arachnida (a-rác-ni-da) contiene al menos 10 órdenes de los que, Aranae (las arañas verdaderas) son sólo un "pequeño" grupo. Todas ellas comparten la misma anatomía básica: un cefalotórax que contiene la cabeza y esas ocho patas bien reconocibles, seguida de un abdomen que alberga, entre otras cosas, los pulmones de la araña.

Anatomía interna de una araña. Trabajo modificado de Xvazquez.

Con todo y que las arañas son protagonistas de pesadillas, pocos fósiles se conocen de ellas. Principalmente porque, son de cuerpo blando y ese tipo de anatomía, rara vez fosiliza. Por ello, los científicos poco sabían de su origen (aunque ideas no faltaban). Aunque algo era seguro: aparecieron en algún punto del Carbonífero. Sólo que menos especializadas y definitivamente no eran gigantes como las mostraron en el documental de la BBC: "Paseando con monstruos", ya que ese bicho (el del documental) en realidad nunca fue una araña, sino un pedazo mal interpretado de "escorpión" marino.

La mítica araña "mesotelae" era en realidad el fósil mal interpretado de Megarachne, un escorpión marino. Imagen promocional, propiedad de la BBC.

El año pasado se describió un "eslabón perdido" de la historia evolutiva de las arañas. El fósil fue nombrado como: Idmonarachne brasieri y data del Carbonífero superior, de entre hace 299 y 305 millones de años de antigüedad. Y aunque no es una araña en el sentido estricto del nombre, se le acerca (y mucho). Lo maravilloso de este hallazgo es que el fósil está preservado en 3D, lo que permite estudiar mejor su anatomía. Gracias a este hecho, los científicos pudieron estudiar a detalle la araña y al llevar a cabo un análisis filogenético, resultó ser una "protoaraña", es decir, Idmonarachne representa al grupo más basal de arañas troncales conocidas a la fecha. Tras su estudio sabemos que las "protoarañas" ya tenían la forma clásica de una araña y la misma capacidad de inocular veneno a sus presas. Desafortunadamente la punta de la cola no se preservó y no se puede asegurar que este pequeñín haya producido la tan característica seda que fabrican las arañas. Sin embargo, los científicos apuestan a que es probable que sí haya producido dicha substancia.

Reconstrucciones en tomógrafo de Idmonarachne brasieri. Tomado de Garwood et al. 2016.

Gracias a hallazgos como estos podemos saber un poco más del origen de las arañas, que no fue gigante, sino modesto (de aproximadamente 1 cm de largo) y hace unos 300 millones de años, en lo que hoy es Europa. Sin duda que hallazgos como estos son recibidos con los (ocho) brazos abiertos.

Reconstrucción artística de Idmonarachne brasieri. Tomado de Garwood et al. 2016.

Fuente (artículo completo en el link):

Garwood, R. J., Dunlop, J. A., Selden, P. A., Spencer, A. R., Atwood, R. C., Vo, N. T., & Drakopoulos, M. (2016, March). Almost a spider: a 305-million-year-old fossil arachnid and spider origins. In Proc. R. Soc. B (Vol. 283, No. 1827, p. 20160125). The Royal Society.

Notas cortas: Velocidad de la explosión cámbrica revelada

Uno de los eventos evolutivos más impactantes en la historia del planeta es la explosión cámbrica. Este período de rápida aparición de planes corporales, que sentarían las bases de todos los filos de animales que hoy existen y que han existido, tomó lugar hace unos 530 millones de años. Desde los inicios del estudio del Cámbrico, los paleontólogos han luchado para entender cómo es que se dio este fenómeno y aunque hoy seguimos sin saber exactamente qué catapultó este "big-bang" evolutivo, se tiene más o menos entendida su importancia.

El "big-bang" animal de autor desconocido. Este fenómeno fue rápido desde el punto de vista geológico.

Sin la explosión cámbrica, nuestro mundo sería muy distinto. No sólo porque casi con toda seguridad no existiríamos, sino porque los animales del planeta lucirían muy distintos. Ya sea porque los filos que aparecieron jamás se desarrollaran o porque sólo sobreviesen muy pocos como para darle al mundo la diversidad actual, el hecho es que este es uno de los hitos más importantes en la historia del desarrollo de la vida en el planeta. A lo largo de casi 100 años, se han descubierto más y más especies que revelan una impresionante plétora de formas y aunque surgen muchas preguntas, una que recién ha sido respondida es ¿qué tan rápida fue la evolución durante este lapso?

El paleontólogo Charles Doolittle Walcott en la caliza de Burguess (Canadá), un sitio que iniciaría la revolución en el estudio del Cámbrico.

Un equipo de investigación se dio a la tarea de recopilar información sobre las distintas formas corporales y se les ocurrió una forma de medir la evolución. Al igual que los biólogos moleculares infieren los antiguos ritmos evolutivos mediante el estudio de la divergencia genética entre especies vivas, los paleontólogos infirieron el ritmo evolutivo morfológico mediante el estudio de las diferencias entre las morfologías modernas y antiguas. El resultado del estudio fue más que sorprendente. Durante el Cámbrico y en tan sólo unos millones de años, las tasas de evolución morfológica y molecular fueron 4 y 5.5 veces (respectivamente) más rápidas que el ritmo de cambio actual.

Evolución de linajes artropodianos. Sombreado en rosa a la izquierda, el lapso de la explosión cámbrica donde se aprecia la generación rápida de las ramas que producirían a los linajes vivos de artrópodos. Tomado de Lee et al. (2013).

El dilema que planteó Charles R. Darwin sobre la rapidez de la evolución durante el Cámbrico y la difícil conciliación de este hecho con su idea de Selección Natural gradual ha sido por fin resuelto.

FUENTE PRINCIPAL:

Lee, M. S., Soubrier, J., y Edgecombe, G. D. (2013). Rates of Phenotypic and Genomic Evolution during the Cambrian Explosion. Current Biology. 1-7pp.

Quiero saber más: El cerebro de hace 520 millones de años

Este tema guarda relación con "historia de un camarón anómalo", gracias a los lectores que hicieron clic en el botón "quiero saber más".

El período Cámbrico marca un hito en la evolución de los animales, pues durante este lapso la evolución de los animales se aceleró de tal forma que aparecieron muchos planes corporales que hoy no tienen representantes vivos. El grupo que más formas produjo fue el de los artrópodos y sus parientes. Estas criaturas que aún hoy se posicionan como las formas animales más diversas en todos los ecosistemas, experimentaron con sus cuerpos a un grado que apenas estamos empezando a comprender.

Representación artística de una biota cámbrica. Ilustración por C. B. Sorge.

Este mes se publicó en la famosa revista Nature un hallazgo impresionante, el sistema nervioso fosilizado de una de estas criaturas cámbricas. Este tipo de fósiles son de por sí raros, pero este se sitúa como una especie de santo grial para los estudiosos de los artrópodos, pues es el más antiguo y completo conocido, además de que su estudio permite hacer algunas conclusiones poco ortodoxas y muy reveladoras. El dueño del sistema nervioso fue identificado como Alalcomenaeus sp. un género de megaquéridos (artrópodos sin parientes vivos) que vivió en lo que hoy es Chengjiang (China), hace unos 520 millones de años.

Reconstrucción científica de Alalcomenaeus por Marianne Collins.

Las relaciones de parentesco de los megaquéridos son inciertas, aunque algunos habían propuesto que en realidad eran formas primitivas de quelicerados (grupo que contiene a las arañas, escorpiones, cangrejos herradura, arañas de mar y los extintos escorpiones marinos). La morfología del sistema nervioso y los tres cerebros de Alalcomenaeus es extremadamente similar a la de los quelicerados, por lo que los autores de este nuevo estudio proponen que los megaquéridos son sus parientes.

Esquema del sistema nervioso central de Alalcomenaeus (arriba), comparado con el de un embrión de cangrejo herradura (abajo). Ilustración por Nick Strausfeld.

Esta propuesta tiene implicaciones más profundas, pues tal y como estas criaturas que no parecen quelicerados pudieran serlo, existen muchos grupos cámbricos "huérfanos" que podrían ser adoptados en alguno de los grupos modernos de artrópodos.

FUENTE PRINCIPAL:

Tanaka, G., X. Hou, X. Ma, G.D. Edgecombe y N.J. Strausfeld. 2013. Chelicerate neural ground pattern in a Cambrian great appendage arthropod. Nature. 502: 364-367pp.

Notas cortas: Fósiles de la farándula

¿Qué tiene en común una iguana del Eoceno tardío con un artrópodo del Cámbrico medio? Además del hecho de que ambos son animales, no pareciera que tuvieran alguna relación más trascendente. Pero de hecho comparten una característica, ambas fueron nombradas en este año en honor a estrellas de cine y música.

El actor Johnny Depp (izquierda) y el cantante Jim Morrison (derecha). 

El nuevo artrópodo fue llamado Kootenichela deppi, cuyo nombre significa "garra del Parque Nacional Kootenay (Canadá) de Johnny Depp". El autor de la nueva criatura, el Dr. David Legg, del Departamento de Ciencias de la Tierra e Ingeniería, del Colegio Imperial de Londres, Reino Unido dejó en claro que es un admirador de Depp. Esta pequeña especie, de apenas 4 a 5 cm de longitud se caracteriza por presentar un par de apéndices modificados al frente del cuerpo que semejan las "manos de tijera" del personaje de 1990 "Edward manos de tijera", interpretado por Depp. Sus afinidades taxonómicas son inciertas, pues presenta una mezcla de características que hacen dudar sobre si representa un quelicerado basal (pariente de arañas y escorpiones) o es un artrópodo basal. Como fuere, el autor lo asigna a un nuevo grupo: Megacheira (garras gigantes) y reconoce que este es probablemente un grupo artificial.

Reconstrucción de Kootenichela deppi, junto al personaje Edward manos de tijera, interpretado por el actor Johnny Depp. Reconstrucción tomada de Legg 2013.

Por otra parte, el nuevo reptil fue nombrado Barbaturex morrisoni y su nombre significa "rey barbado de Jim Morrison". Se trata de una iguana de Birmania que ha sido apodada "lagarto rey", mote que comparte con el también extinto vocalista del grupo The Doors, Jim Morrison. Pero ¿por qué barbado? Porque este saurio presentaba una serie de costillas en la parte inferior de la mandíbula que en el esqueleto semejan barbas. Barbaturex era inusualmente grande para su época, especialmente cuando se le compara con el resto de la fauna con la que convivió. Medía aproximadamente 1 m de la punta del hocico a la cloaca (y cerca de 1.5 a 2m contando la cola), llegaba a pesar además poco más de 10 Kg. Esta masa corporal era semejante a la de Kyawdawia (un carnívoro creodonto de la talla de un zorro) e Indolophus (un animal semejante a un tapir de la talla de un cerdo pequeño).

Reconstrucción de Barbaturex morrisoni junto al barbado Jim Morrison. Reconstrucción de Angie Fox.

Estos nuevos hallazgos son importantes para la ciencia y los nombres de estas criaturas revelan que los paleontólogos tienen un lado humano que de cuando en cuando dejan ver.

FUENTES:

Legg, D. (2013). Multi-Segmented Arthropods from the Middle Cambrian of British Columbia (Canada). Journal of Paleontology, 87(3), 493-501.

Head, J. J., Gunnell, G. F., Holroyd, P. A., Hutchison, J. H., & Ciochon, R. L. (2013). Giant lizards occupied herbivorous mammalian ecospace during the Paleogene greenhouse in Southeast Asia. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 280(1763).

Notas cortas: La ventosa anómala del Cámbrico

Vuelven las entradas de "Quiero saber más". En esta ocasión le daremos seguimiento al tema "el misterioso primer depredador" (clic para ver).

El primer depredador que dejó su marca en el registro fósil vivió entre hace 635 y 542 millones de años y seguramente era algún tipo de gusano y como tal, su cuerpo era blando y no se fosilizó. Tuvo que pasar algún tiempo para que los depredadores se tornaran lo suficientemente duros como para que se pudieran fosilizar. Uno de los primeros es el famoso Anomalocaris, un depredador gigantesco (para su época) que poseía una boca en forma de disco. En varios documentales podemos ver a este monstruo destrozando y devorando trilobites sin el mayor esfuerzo.

Por evocadora que pudiera resultar dicha escena de carnicería artropodiana, todo indica que es poco probable que tuviera lugar. Un nuevo estudio sugiere que el Anomalocaris y quizá otros miembros de su árbol familiar cercano no podían masticar de esa forma. Las primeras pistas surgieron al notar que el disco oral de este camarón anómalo del Cámbrico canadiense parecían estar doblados. ¿No se supone que esta imponente boca era rígida? Y si comía trilobites ¿por qué nunca aparecen sus partes en la región abdominal de Anomalocaris?

Discos orales de Anomalocaris donde se aprecia cierto grado de deformación, misma que no procede de la roca, sino del cuerpo del animal antes de fosilizarse.

El investigador James W. Hagadorn del Museo de Naturaleza y Ciencia de Denver, Colorado (EUA) ha puesto en duda esta noción y su estudio con bocas de este depredador ha demostrado algo insospechado. Anomalocaris tenía una boca suave compuesta de hasta 32 placas con movimiento independiente que al ser modeladas y analizadas resultaron ser demasiado débiles como para triturar caparazones de trilobites grandes. La única opción para sus bocas era tragar enteras larvas milimétricas de trilobite y otros bichos pequeñitos o bien succionar material suave. El gran camarón extraño ha perdido su reputación como carnívoro voraz y se aproxima peligrosamente hacia la hipótesis inevitable: quizá era un vegetariano. Después de todo, en los ecosistemas que conocemos los vegetarianos son más grandes que los depredadores.

La imagen típica del "asesino" del Cámbrico. Reconstrucción de Ryan Durney.

FUENTE:

Hagadorn, J. (2010, November). Putting Anomalocaris on a soft-food diet. In 2010 GSA Denver Annual Meeting.

Notas cortas: historia de un camarón anómalo

Este es el último tema en esta semana de "quiero saber más". Daremos continuidad a "nuevo bicho, cerebros y patitas en la boca" (clic para ver tema).

Existe un grupo cuya afiliación taxonómica es incierta, es la clase Dinocaridida (los "camarones terribles"). A veces se les sitúa como un grupo basal de artrópodos y otras veces como parientes de los "gusanos aterciopelados" (filo Onychophora) y de los "ositos de agua" (filo Tardigrada). Sea cual sea su estatus, estos animales tienen una historia impresionante. El primer género descrito fue Anomalocaris, cuyo nombre significa "camarón anómalo". Sus restos fueron hallados en Canadá en 1886 y fue descrito en 1892 por el paleontólogo canadiense J. F. Whiteaves como un tipo de crustáceo sin cabeza. Después de todo, los únicos restos parecían eso, un crustáceo truncado. En 1911 el paleontólogo estadounidense C. D. Walcott unió un apéndice similar al de Anomalocaris al cuerpo de un bicho llamado Sidneyia, a este se le conoció como "apéndice F". Ese mismo año, Walcott nombró varias especies de pepinos de mar, entre ellos destacaba uno que tenía una especie de boca difusa, lo llamó Laggania y tiempo después se reinterpretó como una esponja. Ese 1911 fue muy prolífico y Walcott nombró una especie de medusa, del mismo yacimiento donde halló a Sidneyia, Laggania y el apéndice similar a Anomalocaris, Burguess Shale; la llamó Peytoia y era una medusa rara pues más parecía una rebanada de piña o ananá que una medusa.

A) El apéndice Anomalocaris y su reconstrucción como bicho completo debajo. B) Sidneyia con los apéndices F según la reconstrucción de Walcott. C) Laggania como una esponja. D) Peytoia como una medusa similar a una rebanada de piña o ananá.

Nadie sospechaba de la conexión entre un "camarón", una esponja (otrora pepino de mar) y una medusa. Resulta que en realidad todos eran partes malinterpretadas de un único diseño corporal. En 1978 el paleontólogo inglés S. C. Morris estuvo cerca de descubrir que Laggania y Peytoia eran el mismo animal, pero desechó la idea y publicó que la medusa se había fosilizados por accidente encima de la esponja. En 1982 Morris estudió a detalle el fósil de "fruta tropical" de Peytoia y concluyó que de ser un medusoide, sería único en su tipo, pero no estaba seguro. En 1979 el paleontólogo Irlandés Derek E. G. Briggs estudió a Anomalocaris y el extraño apéndice F de Sidneyia y concluyó que Anomalocaris era un apéndice, no la parte trasera del cuerpo de un bicho tal y como lo era el apéndice F de Sidneyia y que este último no pertenecía a Sidneyia, sino que junto con Anomalocaris, formaba parte de un bicho mayor ¡de hasta 1 m de largo! Algo increíble, pues los animales del Cámbrico apenas superaban los 10 cm de largo. Supuso erróneamente que eran parte de un mismo bicho, pero comenzaba a acercarse al misterio, lo que ni Briggs ni nadie sabía, era que el cuerpo de Anomalocaris ya se conocía.

De izquierda a derecha, los paleontólogos S. C. Morris, Derek E. G. Briggs y Harry B. Whittington, pioneros en el estudio de la verdadera identidad de Anomalocaris.

En 1981 el paleontólogo británico Harry B. Whittington abrió un cajón que contenía los restos bastante maltratados de un animal inusualmente grande, quizá una Laggania y decidió 'excavarlo'. Se llevó menuda sorpresa al descubrir que había un ejemplar de Anomalocaris bien fijado a un extremo, ¡había descubierto el misterioso cuerpo de este camarón que había predicho Briggs! Entonces, en un acto de colaboración impresionante, Whittington llamó a Briggs y juntos se pusieron a 'excavar' otro ejemplar de colección que "accidentalmente" tenía una Peytoia fijada a una Laggania. ¡Oh sorpresa! Descubrieron que en este había un "apéndice F". Y en otro ejemplar, se presentaba en lugar del apéndice F, un Anomalocaris. Habían descubierto la verdadera identidad de dos géneros de una única familia de bichos raros: Laggania y Anomalocaris. Esta era sólo la punta del iceberg de los anomalocáridos, lo mejor estaba por venir.

Reconstrucción adecuada del cuerpo de Anomalocaris y sus componentes quiméricos. Imagen tomada de naukas.com.

FUENTE:

Gould, S. J., & Shale, B. (1994). La vida maravillosa. RBA.

Notas cortas: nuevo bicho, cerebros y patitas en la boca

Los artrópodos son un grupo de invertebrados que poseen patas articuladas en un cuerpo segmentado que está cubierto por un exoesqueleto rígido. Hoy en día los animales con la mayor diversidad son los artrópodos, pero esta increíble diversidad está sujeta a dos planes corporales básicos y palidece frente a la diversidad de planes durante el Cámbrico. Hoy podemos dividir a los artrópodos en Quelicerados (un grupo que incluye a todos los arácnidos, los cangrejos herradura y las 'arañas' de mar) y Mandibulados (el grupo que incluye a los crustáceos, los miriápodos y los insectos y sus parientes sin alas). Una de las características más importantes en la taxonomía superior de estos bichos es la conformación de sus cabezas.  La arquitectura básica de la cabeza de un artrópodo consiste en que posee tres cerebros, el protocerebro (donde se controla la visión y su información), el deuterocerebro (donde se controlan las antenas y su información) y el tritocerebro (donde se controlan las piezas bucales y el sistema digestivo). En el segmento que corresponde al protocerebro encontramos invariablemente los ojos, en el que corresponde al deuterocerebro encontramos apéndices especializados como los quelíceros (en quelicerados) o las antenas (en mandibulados) y en el del tritocerebro hallamos un segundo par de antenas (en crustáceos) o apéndices (pedipalpos en quelicerados o mandíbulas en insectos y parientes).

Arreglo de la cabeza de los artrópodos (esquemas del centro y la derecha) y un onicóforo (izquierda). En azul el segmento del protocerebro, en rojo el deuterocerebro, en verde el tritocerebro. Las diferencias de simetría en el esquema C corresponden a: lado derecho, hexapodos; lado izquierdo, crustáceos. Los puntos negros en el segmento del protocerebro indican los ojos, los puntos negros en el segmento del deuterocerebro indican los bulbos olfatorios. El círculo azul en el deuterocerebro representa la boca. Pa: primer par de antenas, Sa: segundo par de antenas. Tomado de Scholtz y Edgecombe (2006) La evolución de las cabezas de los artrópodos: ceconciliando evidencia morfológica, del desarrollo y paleontológica. 

La cuestión es que poco o nada se sabe sobre la condición original de los primeros artrópodos ¿tenían esta misma configuración o era distinta? y ¿qué nos puede decir el hallazgo de un artópodo antiguo con respecto a la evolución de los modernos? Este mes se publicó un nuevo estudio en la revista Nature donde se aborda la descripción a detalle de dos nuevas especies de artópodos primigenios: Chengjiangocaris kunmingensis y Fuxianhuia xiaoshibaensis de hace unos 520 millones de años. Estos bichos y la arquitectura de sus cabezas permiten responder preguntas sobre el desarrollo ulterior en artópodos de subfilos conocidos (Chelicerata, Crustacea, Hexapoda, etc). Lo que se descubrió es que el segmento del protocerebro sólo albergaba los ojos, el del deuterocerebro albergaba antenas y el del tritocerebro alberga apéndices alimenticios especializados.

A) Reconstrucción de Chengjiangocaris. B) Configuración de su cabeza (simbología en el pie de la imagen anterior). C) Fósil de Chengjiangocaris.

Esto supone nuevas interrogantes al tiempo que nos indica que la configuración de los insectos es la más semejante a la configuración de la cabeza de los primeros artópodos a pesar de que los insectos son los artrópodos más recientes y derivados. Pero ¿los quelicerados se derivaron de formas como esta o son grupos hermanos? Si derivaron de estos, ¡los quelíceros son en realidad antenas modificadas! El tiempo lo dirá.

EVIDENCIAS:

- Fósiles preservados en detalle

- Anatomía comparada

- Estudios embrionarios, morfológicos y paleontológicos

FUENTE:

Jie Yang, Javier Ortega-Hernández, Nicholas J. Butterfield, Xi-guang Zhang. Specialized appendages in fuxianhuiids and the head organization of early euarthropods. Nature, 2013; 494 (7438): 468 DOI: 10.1038/nature11874.