La reconstrucción ancestral de los trilobites

Científicos brasileños aplican análisis biogeográficos para estudiar artrópodos extintos hace más de 252 millones de años. Este estudio salió publicado en Scientific Reports

Por Peter Moon  |  Agência FAPESP – Los registros fósiles muestran que los trilobites surgieron hace 521 millones de años en los océanos del período Cámbrico, cuando los continentes aún constituían un paisaje inhóspito para la mayoría de las formas de vida. Pocos grupos de animales tuvieron tamaño éxito adaptativo como estos artrópodos que caminaron por el suelo marino durante 270 millones de años, hasta la gran extinción del Pérmico, hace 252 millones de años. 

Cuanto más atrás en el tiempo haya vivido un determinado grupo de animales, más escasos y raros son sus fósiles, más difícil es la comprensión de su modo de vida y más complicado resulta que los paleontólogos logren establecer relaciones evolutivas en el tiempo y en el espacio.

Al superar las dificultades inherentes a la investigación de un grupo de animales que vivieron hace tanto tiempo, científicos en Brasil pertenecientes a la Facultad de Ciencias de la Universidade Estadual Paulista (Unesp), en la localidad de Bauru, y a la Universidad de São Paulo (USP), tuvieron éxito al conseguir inferir por primera vez patrones paleobiogeográficos entre los trilobites. La paleobiogeografía es la rama de la paleontología que estudia la distribución de plantas y animales extintos y su relación con características geográficas antiguas.

Este trabajo estuvo a cargo de Fábio Augusto Carbonaro, posdoctorando en el laboratorio coordinado por el profesor Renato Pirani Ghilardi. Participaron también en el mismo los profesores Max Cardoso Langer, de la Facultad de Filosofía, Ciencias y Letras de Ribeirão Preto, y Silvio Shigueo Nihei, del Instituto de Biociencias, ambas instituciones de la USP, entre otros investigadores.

La investigación se realizó con base en el análisis de las diferencias y las semejanzas morfológicas entre los trilobites del género Metacryphaeus, con 11 especies descritas. Estos animales vivieron durante el período Devónico, hace entre 416 millones y 359 millones de años, y habitaron las aguas frías existentes donde en la actualidad se ubican Bolivia, Perú, Brasil, las islas Malvinas y Sudáfrica. 

Más específicamente, el género Metacryphaeus existió durante los estadios Lochkoviense y Pragiense. El período Devónico se subdivide en siete estadios o eras. Los dos más antiguos son el Lochkoviense (hace entre 419,2 millones y 410,8 millones de años) y el Pragiense (hace entre 410,8 millones y 407,6 millones de años).

Los resultados de esta investigación salieron publicados en Scientific Reports y forman parte del proyecto intitulado "Paleobiogeografía y rutas migratorias de paleoinvertebrados devónicos de Brasil", que cuenta con el apoyo FAPESP y del Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq) de Brasil y está coordinado por Pirani Ghilardi. 

“Al desaparecer durante la extinción del Pérmico, hace 252 millones de años, los trilobites no dejaron descendientes. Sus parientes vivos más cercanos son los langostinos y, de una manera muy lejana, las arañas, los escorpiones, las arañas de mar y también los ácaros”, dijo Pirani Ghilardi. 

El investigador explica que los fósiles de trilobites son abundantes y están presentes en todo el mundo. Son tan abundantes que terminó por apodárselos como cucarachas marinas. Esta comparación no es precisamente desatinada, dado que, anatómicamente, los trilobites parecían cucarachas, efectivamente. La diferencia reside en que no eran insectos, y tenían cuerpos articulados y dividido en tres partes (o lóbulos), de allí su nombre.

En el hemisferio Norte, el registro de trilobites es sumamente rico. Los paleontólogos ya han descrito 10 órdenes que comprenden más de 17 mil especies distintas. Las menores medían tan sólo un milímetro y medio, mientras que las mayores especies llegaban hasta los 70 centímetros de longitud (y 40 cm de ancho). Hay regiones como la de Marruecos, por ejemplo, en donde los trilobites se preservan con perfección y refinamiento, casi como si fuesen hermosos camafeos de antiguas eras.

En tanto, en Brasil, en Perú y en Bolivia, sus fósiles no exhiben a menudo un buen estado de conservación: suelen limitarse a las impresiones que sus exoesqueletos dejaron en el lodo del suelo marino. 

“Aunque su estado de conservación no es el ideal, existen miles de registros de trilobites en los sedimentos que forman la cuenca del Paraná, en la región sur de Brasil, y en la cuenca del Parnaíba, situada entre las regiones norte y nordeste del país”, dijo Pirani Ghilardi, quien es también presidente de la Sociedad Brasileña de Paleontología.

Según el investigador, tal estado de conservación puede ser producto de las condiciones geológicas y climáticas imperantes por aquí durante la era Paleozoica, cuando las partes de tierra firme que algún día formarían América del Sur se encontraban en el Polo Sur, y en muchos momentos cubiertas totalmente por hielo.

Durante el período Devónico, América del Sur y África se hallaban unidas dentro del supercontinente llamado Gondwana, el actual territorio de Sudáfrica se ubicaba pegado a Uruguay y a Argentina a la altura del Río de la Plata y los estados del sur de Brasil estaban unidos a los territorios actuales de Namibia y Angola.

El análisis de parsimonia

El trabajo de investigación se puso en marcha con el análisis de 48 caracteres (las medidas de diversos órganos anatómicos) hallados en los fósiles de unos 50 especímenes de las 11 especies del género Metacryphaeus. 

“Dichos caracteres sirven en principio para establecer la filogenia, es decir, las relaciones evolutivas más cercanas o más lejanas entre todas las especies del universo de análisis”, dijo Pirani Ghilardi. 

Es el denominado análisis de parsimonia, muy utilizado para establecer relaciones entre seres vivos dentro de un determinado ecosistema, y que durante los últimos años ha empezado a emplearse igualmente en el estudio de los fósiles.

Pirani Ghilardi comenta que en general la parsimonia es el principio que indica que debe seleccionarse la explicación más sencilla que pueda explicar los datos. En el análisis de la filogenia, la parsimonia implica que una hipótesis de relaciones que requiere la menor cantidad de cambios de caracteres entre las especies analizadas (tal como en el caso de los trilobites del género Metacryphaeus) es la que más probablemente esté en lo cierto.

Shigueo Nihei, del IB-USP, es taxónomo y sistemático –estudia los sistemas de clasificación– de insectos. En la investigación, su colaboración apuntó a la biogeografía. 

“Los métodos de análisis biogeográficos se aplican normalmente con grupos vivientes, cuyas estimaciones de edad son suministradas por filogenias moleculares, es decir, por el llamado reloj molecular, que indica la edad probable de la divergencia entre los antepasados de una o de más especies. En este trabajo con trilobites, empleamos edades de igual forma, pero suministradas por los registros fósiles”, dijo. 

"El principal punto del trabajo reside en la utilización de los fósiles en un método que usualmente se aplica a biogeografías moleculares. Existen poquísimos casos como el nuestro, con fósiles. Creo que nuestro estudio abre un nuevo horizonte para los métodos biogeográficos que requieren de un cronograma [un cladograma datado molecularmente], pues este cronograma puede también obtenerse a partir de taxones exclusivamente fósiles como los que estudian los paleontólogos, y no solamente de cladogramas moleculares de animales vivientes”, dijo. 

Como paleontólogo de vertebrados y experto en dinosaurios, Cardoso Langer confiesa que conoce muy poco acerca de los trilobites. Pero de las técnicas modernas computacionales de análisis de parsimonia sí que entiende. Y en esto se basa su participación en el proyecto. 

"Creo que el aspecto más importante de este trabajo, y fue por eso que lo aceptó una revista tan importante como Scientific Reports, reside en que se trata de la primera vez que se aplica el análisis de parsimonia para entender la filogenia de un género de trilobites en el hemisferio Sur”, dijo Cardoso Langer.

La dispersión gondwánica

Los resultados de los análisis paleobiogeográficos dotaron de mayor asidero a la idea de que Bolivia y Perú conforman el hogar ancestral de los Metacryphaeus, algo que ya se había postulado como hipótesis. 

"Los modelos estiman una probabilidad del 100% de que Bolivia y Perú hayan constituido el área ancestral del clado Metacryphaeus, como así también la de la mayoría de sus clados internos”, dijo Pirani Ghilardi.

La confirmación de esta hipótesis muestra de qué manera los modelos de parsimonia tienen el poder de sugerir la presencia de clados en un determinado momento del pasado del cual no se conocen registros físicos de su presencia. 

En el caso de Metacryphaeus, sus registros más antiguos en Bolivia y Perú son del comienzo del Pragiense (de 410,8 millones a 407,6 millones de años atrás), pero se estima que el género habría evolucionado en aquella región en el estadio Lochkoviense (de 419,2 millones a 410,8 millones de años atrás).

En otras palabras, los modelos de parsimonia sugieren que el género Metacryphaeus se habría originado en Bolivia y Perú en algún momento antes de los 410,8 millones de años atrás, pero no anterior a los 419,2 millones de años, todas edades mucho más antiguas que las de los fósiles conocidos actualmente.

Según Pirani Ghilardi, la interpretación de los resultados sugiere que la radiación del género Metacryphaeus hacia otras áreas del supercontinente de Gondwana occidental ocurrió en el marco de episodios marinos transgresivos durante los estadios Lochkoviense y Pragiense, cuando el mar inundó partes del antiguo supercontinente Gondwana.

“La dispersión de los trilobites del género Metacryphaeus durante el estadio Lochkoviense ocurrió desde Bolivia y Perú hacia Brasil, hacia las cuencas sedimentarias del Paraná, actualmente en el sur del país, y del Parnaíba, entre las regiones norte y nordeste, y en dirección hacia las islas Malvinas, mientras que la dispersión durante el estadio siguiente, el Pragiense, transcurrió en dirección hacia Sudáfrica”, dijo. 

Los fósiles de trilobites de la cuenca del Paraná han venido apareciendo continuamente durante las últimas décadas. En tanto, a los fósiles de la cuenca del Parnaíba se los halló a finales del siglo XIX y estaban depositados en el Museo Nacional, que fue destruido por el incendio de septiembre pasado.

"Estos fósiles aún no han sido localizados bajo los escombros del edificio, pero todo lleva a creer que no existen más. Se supone que las impresiones de los caparazones en el antiguo lodo del suelo oceánico, aunque estuvieran petrificadas, se habrían disuelto con el calor del incendio", dijo Pirani Ghilardi.

Puede leerse el artículo intitulado Inferring ancestral range reconstruction based on trilobite records: a study-case on Metacryphaeus (Phacopida, Calmoniidae) (doi: https://doi.org/10.1038/s41598-018-33517-5), de Fábio Augusto Carbonaro, Max Cardoso Langer, Silvio Shigueo Nihei, Gabriel de Souza Ferreira y Renato Pirani Ghilardi, en el siguiente enlace: nature.com/articles/s41598-018-33517-5.