¿Por Qué las Tortugas Tienen Caparazón?

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Viajemos atrás en el tiempo 260 millones de años, justo antes del inicio de la era de los dinosaurios. Un viaje a lo que ahora es Sudáfrica, cerca de la orilla de un río. Ahora esperemos. Si tenemos suerte, podríamos ver a una criatura pequeña, del tamaño de una mano, asomando su cabeza fuera del barro. Tiene el aspecto de un lagarto gordo, con los flancos abultados y patas robustas. Pero si lográsemos agarrarlo, y darle la vuelta, encontraríamos que los flancos se encuentra ensanchados debido a que sus costillas son excepcionalmente amplias y planas, reforzando su parte inferior. Es como si la pequeña criatura tuviese la mitad de un caparazón.

Este es Eunotosaurus, y a pesar de su aspecto de lagarto, es realmente una de primeras tortugas conocidas.

Fue descubierto en 1892 e ignorado durante casi un siglo. Pero tras estudiar muchos fósiles de este enigmático reptil, Tyler Lyson, un investigador del Museo de Ciencia y Naturaleza de Denver, ha propuesto una fascinante idea sobre el orígen de las tortugas. Él piensa que sus icónicos caparazones evolucionaron no para la defensa, sino para escavar. Ellos se anclarían a sus poderosos brazos para proporcionar la fuerza necesaria para desplazar el suelo y la arena. Antes de que las tortugas se volviesen fortalezas andantes inexpugnables, habrían sido excavadores profesionales.

Durante casi un siglo, los biólogos discutieron sobre cómo las tortugas adquirieron sus caparazones, un debate casi tan lento y laborioso como dichas criaturas. Los paleontólogos defendían que las cubiertas evolucionaron a partir de estructuras óseas denominadas osteodermos, que eran también responsables de la coraza de los cocodrilos, los armadillos y muchos otros dinosaurios. Dichos órganos simplemente se habrían expandido hasta fusionarse con las costillas  y la columna, creando una cobertura sólida. Pero los biólogos del desarrollo rechazaban tal propuesta. Mediante el estudio de embriones de tortugas modernas, ellos dedujeron que las cubiertas habrían evolucionado a partir de las costillas, que se habrían extendido hasta llegar a unirse.

No fue de ayuda que durante mucho tiempo, la tortuga más antigua conocida fuese una criatura llamada Proganochelys, que ha había desarrollado completamente el caparazón, lo cual no proporcionaba ninguna información sobre cómo surgió dicha estructura.

Todo cambió en 2008, cuando investigadores chinos descubrieron una tortuga de 220 millones de años de antigüedad con un caparazón que cubría únicamente su vientre y no su parta dorsal. Ellos lo bautizaron como Odontochelys semitestacea – literalmente “tortuga dentada en media caparazón”. Y sorprendentemente, no presentaba osteodermos. Si tenía, sin embargo, costillas muy anchas. ¡Los biólogos del desarrollo tenían razón!

Una vez que los paleontólogos conocieron el aspecto de este fósil de tortuga, encontraron otros nuevos como Pappochelys. También añadieron a la familia algunos fósiles existentes como Eunotosaurus, el cual irónicamente había sido previamente desechado como un ancestro de tortuga debido a la ausencia de osteodermos. Con esos fósiles, los científicos han podido reconstruir la evolución del caparazón.

Primero, las costillas inferiores se ensancharon y se fusionaron entre si para dar lugar a medio armazón, el plastrón. Entonces, las costillas superiores experimentaron el mismo cambio y se unieron a la columna, creando el caparazón (esta es la razón por la que, a diferencia de lo que ocurre en los dibujos animados, no es posible sacar a una tortuga de su coraza). Finalmente, mediante un proceso evolutivo bastante intrincado, las costillas comenzaron a crecer sobre los omóplatos, en lugar de situarse debajo de ellos como en tí y en mí, y en la mayoría de los vertebrados terrestres.

De este modo se explica como la coraza evolucionó. “Para mi, la siguiente cuestión es: ¿porqué?”, apunta Lyson. “Y existen dos importantes razones de difícil respuesta.”

En primer lugar, las costillas y sus músculos asociados ayudar a inflar y a desinflar los pulmones. Si tu expandes y fusionas tus costillas, puedes comprometer la habilidad para respirar. En segundo lugar, si eres un reptil, también te vuelves más lento. Los reptiles tienen una marcha en expansión, de forma que doblan sus cuerpos hacia los lados para aumentar la longitud de sus pasos. Ellos caminan con la totalidad de sus troncos, como puedes ver en este video de un dragón de Komodo desplazándose. Pero la fusión completa de las costillas evita que el troncos puedan doblarse, de forma que las tortugas se impulsan únicamente con sus extremidades. Esta es la causa por la que ellas son famosas por su lentitud. ¿Qué beneficio podría proporcionar un caparazón que compense la dificultad para respirar y caminar?

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Proganochelys quenstedti, Museo Americano de Historia Natural

“Cuando yo acudía a las conferencias sobre tortugas  y hablaba con la gente, ellos automáticamente decían que era por protección”, reitera Lyson. “Pero esto nunca tuvo sentido.” Los caparazones de las tortugas modernas ciertamente les proporciona una importante defensa, pero las anchas costillas de Eunotosaurus y Pappochelys no. Ellos nunca habrían cubierto las cabezas, los cuellos y las espaldas de las criaturas. Si la protección fuese importante, hubiese tenido más sentido que se hubiese seguido el camino evolutivo de los cocodrilos y los armadillos mediante la vía de los osteodermos, que no habría entorpecido la respiración o el caminar.

Por ello, para explicar por qué han evolucionado los caparazones de las tortugas, primero es necesario explicar por qué comenzaron en primer lugar a ensanchar sus costillas, a pesar del coste sustancial de hacerlo. A Lyson se le ocurrió una respuesta mientras estudiaba fósiles de Eunotosaurus. Uno de los especímenes, que ha sido recientemente descubierto por un joven sudafricano de dieciocho años, fue especialmente importante porque en él se preservaba el cuerpo completo del animal, incluyendo sus manos y sus pies.

Lyson se dio cuenta de que Eunotosaurus tenía muchas características distintivas. Tenía un cráneo corto con forma de pala. Sus manos eran mas grandes y robustas que sus pies. Sus omóplatos y sus antebrazos tenían grandes puntos de unión para unos triceps especialmente desarrollados; todo ello favorecería que los brazos pudiesen tirar hacia atrás con extrema fuerza. En resumen, estaba construido como una excavadora. Ahora las costillas cobraban sentido: ellas se habrían anclado a las patas delanteras para desplazar mejor la tierra. Tales innovaciones mejoraron su aptitud para escavar.

Algunos de esos caracteres también les habrían echo nadadores poderosos, pero Lyson encontró que Eunotosaurus tenía dos características que los excavadores requieren pero que los nadadores no: grandes zarpas para romper el suelo, y huesos fortalecidos para resistir las fuerzas compresivas. De hecho, cuando Lyson analizó una sección transversal de sus patas, él encontró que el par frontal estaba formado por huesos super densos, mientras que el par trasero no. Otra vez, todas las pistas apuntaban a un animal adaptado para la excavación.

Eunotosaurus solía encontrarse cerca de estanques y orillas de ríos, pero vivían en una época en la que Sudáfrica sufría una profunda sequía. Quizás escavaba para escapar de las sequías, abandonando el impredecible ambiente de la superficie por uno más estable debajo de ella. Sus ojos apoyan esta idea. Otro espécimen descubierto de Eunotosaurus ha preservado anillos esclerotizados -círculos oseos que rodean sus ojos. A partir de ellos, Lyson dedujo que el animal tenia pequeños ojos que eran probablemente insensibles a la luz. Él lo interpretó como una evidencia de estilo de vida subterráneo.

Esto es una exageración, dice Jeanette Wyneker de la Florida Atlantic University. “La sensibilidad a la luz es principalmente una función de la retina, y las retinas no se han preservado, por lo que considero que no hay pruebas suficientes que apoyen la pérdida de la visión”, apunta ella. Pero ella considera que la prueba de las extremidades es muy convincente. “¿Será necesario más debate? Indudablemente.

Eunotosaurus fue claramente un excavador”, apunta Rainer Schoch del Museo Estatal de Historia Natural de Stuttgart. “La gran pregunta es si las primeras tortugas con una cubierta parcialmente formada – Pappochelys y Odontochelys– lo fueron también.” Lyson apunta que esas otras tortugas también tenían manos enormes con largas zarpas, aunque él necesitaría estudiar secciones transversales  como hizo con Eunotosaurus para confirmarlo.

Una vez que las tortugas tenían sus cuerpos adaptados a la excavación -amplias costillas y poderosas extremidades frontales – podría fácilmente haber vuelto al agua, donde muchas especies modernas todavía prosperan. Y podrían expandir sus costillas aún más, añadiendo capacidad defensiva.  “Las costillas son muy aburridas”, apunta Lyson. “Desde las serpientes a las ballenas,  son prácticamente idénticas debido a que están muy implicadas en la respiración. Pero una vez que las costillas se liberasen de esta restricción, podrían haber sido seleccionadas para un caparazón.”

Esto habría sido útil porque las mismas adaptaciones que hicieron inicialmente a las tortugas buenas excavadoras también las hicieron lentas. “La presión de selección para desarrollar estructuras protectoras puede haber resultado de marcha más lenta que resultó de sus extensas costillas”, dice Judy Cebra-Thomas de la Millersville University.

Los caparazones de las tortugas serían un ejemplo maravilloso de exaptación -el proceso evolutivo donde un carácter evoluciona para una función y es entonces incorporado para servir a otra. Ellas empezarían como estructuras que facilitaban la excavación y posteriormente se habrían convertido en armaduras. Las plumas son otro ejemplo de exaptación. Ellas ahora ayudan a los pájaros a volar, pero se originaron probablemente como un modo  de mantener el calor o como señal para el apareamiento.

“Un cambio en una estructura del cuerpo puede solo proporcionar una ventaja selectiva basándonos en sus habilidades actuales, no a las potenciales o futuras”, dice Cebra-Thomas. “Esto es muy importante, y no solo para entender la evolución de las tortugas.”

Artículo original: Researchers discover real reason why turtles have shells.

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