Un evento importante en la evolución de los vertebrados fue la transición de la vida acuática a la terrestre, posibilitada por la aparición de nuevas estructuras como las extremidades y el cuello.
Vistas laterales y dorsales de representaciones tridimensionales obtenidas mediante escaneos de rayos X de alta resolución de pez cebra, bichir, pez pulmonado, ajolote, tritón y lagarto. Las reconstrucciones muestran el esqueleto anterior de los especímenes, así como los grupos musculares que conectan la cabeza con el resto del cuerpo, los cuales tienen un origen embrionario proveniente del mesodermo somítico (azul oscuro, azul claro) o del mesodermo cardiofaríngeo (rojo, morado).
© Eglantine Heude
En un artículo publicado en Nature Communications, biólogos estudiaron el origen embrionario de los músculos del cuello y demostraron que los grupos musculares que conectan la cabeza con el resto del cuerpo en los peces fueron reutilizados para formar el cuello, adquiriendo nuevas funciones adaptadas a la vida en tierra.
La evolución del cuello en los vertebrados: una innovación clave para conquistar ambientes terrestres
Los vertebrados (animales con vértebras) constituyen un gran grupo de animales que incluye peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos. Una etapa notable en su evolución fue la transición de la vida acuática a la terrestre hace aproximadamente 350 millones de años.
Esta evolución importante fue posible gracias a la aparición de innovaciones anatómicas, como las extremidades y la región cervical, específicas de los tetrápodos (vertebrados con cuatro extremidades). El cuello, ausente en los peces, permite la movilidad de la cabeza independientemente del cuerpo en tierra y contiene estructuras esenciales para la respiración aérea, la alimentación o la vocalización.
La adquisición de un cuello funcional durante la evolución requirió profundos reajustes en el desarrollo del sistema musculoesquelético desde la etapa embrionaria.
En los vertebrados, se describe que los músculos de la cabeza y el tronco tienen orígenes embrionarios y genéticos distintos. El mesodermo es una de las tres capas germinales que se forman durante el desarrollo embrionario. Los músculos de la cabeza surgen del mesodermo cardiofaríngeo, que se forma en la región anterior del embrión, mientras que los músculos del tronco se forman a partir del mesodermo somítico. El cuello constituye una zona de transición en la interfaz cabeza/tronco con un origen embrionario mixto, presentando músculos derivados tanto del mesodermo cardiofaríngeo como del somítico.
Aunque el origen embrionario de estas estructuras musculares estaba bien establecido, el origen evolutivo del cuello aún no había sido dilucidado.
Origen embrionario y evolutivo del cuello: entre el mesodermo cardiofaríngeo y el somítico
En este estudio, publicado en la revista Nature Communications, los científicos compararon el origen mesodérmico de los grupos musculares que conectan la cabeza y el tronco en embriones de pez cebra y ratón. Utilizando enfoques de trazado genético, demostraron que estos grupos musculares tenían orígenes mesodérmicos conservados y eran homólogos entre peces y tetrápodos.
Los científicos luego evaluaron las contribuciones relativas de las dos poblaciones mesodérmicas en la aparición y adaptación del cuello. Para ello, compararon la anatomía musculoesquelética de varias especies estratégicas existentes, incluyendo peces pulmonados (bichir, pez pulmonado), salamandras (ajolote, tritón) y el lagarto, utilizando escaneos de rayos X de alta resolución (tomografía).
Para cada una de estas especies, segmentaron manualmente y reconstruyeron en tres dimensiones las estructuras esqueléticas y los grupos musculares que conectan la cabeza con el tronco, derivados del mesodermo somítico o cardiofaríngeo, basándose en datos recopilados del embrión.
Este estudio proporciona información sobre los mecanismos de desarrollo que podrían haber estado en el origen de la evolución del cuello en los vertebrados. El análisis revela que la región cervical evolucionó a partir de grupos musculares ya presentes en los peces. Los resultados indican que las expansiones opuestas del mesodermo somítico y cardiofaríngeo, respectivamente en los dominios de la cabeza y el tronco durante el desarrollo embrionario, contribuyeron a la aparición y adaptación del cuello de los tetrápodos.
El estudio sugiere que los grupos musculares en los peces ancestrales fueron reutilizados (cooptados) y modificados para adquirir nuevas funciones relacionadas con la respiración, la alimentación y la vocalización adaptadas a la vida aérea. La aparición de un cuello funcional probablemente facilitó la adaptación de los primeros tetrápodos a los ambientes terrestres, asegurando su éxito evolutivo.