Del mar a tierra firme: la aparición de los anfibios

¿Nunca os habéis parado a pensar por qué nuestros perros y gatos, los pájaros que nos alegran el día con sus cantos o las ranas de las charcas comparten con nosotros una serie de características físicas? Porque si nos fijamos bien, al margen de las enormes y evidentes diferencias que hay entre unos y otros, en todos ellos encontramos la misma simetría bilateral (nuestro lado derecho es igual al izquierdo), la misma cuerda dorsal dentro de una estructura ósea compuesta por vértebras (la columna vertebral) y un cerebro más o menos desarrollado y protegido por un cráneo. Todos estos rasgos distintivos nos diferencia de otros animales porque son los que definen a los vertebrados (subfilo Vertebrata), en el que estamos incluidos los mamíferos, las aves, los reptiles, los anfibios y los peces. Pero no todos los vertebrados somos iguales, ya que existe otro elemento que nos permite distinguir, de una manera muy sencilla, a los peces de las cuatro clases de vertebrados terrestres (mamíferos, aves, anfibios y reptiles). Y no es su capacidad para respirar bajo el agua porque los anfibios también la tienen, sino la existencia de cuatro extremidades, el hecho de ser tetrápodos. La aparición de la tetrapodia está relacionada con la llegada de los vertebrados al medio terrestre y es sin duda uno de los mayores hitos evolutivos de la historia del planeta. En esta entrada hablamos de ella.

ichthyostega
La aparición de los anfibios en el Devónico es uno de los grandes hitos evolutivos de los vertebrados porque supuso un gran paso hacia la colonización del medio terrestre. Ilustración de Ichthyostega, uno de los primeros anfibios conocido (autor desconocido).

El mundo de los primeros tetrápodos

Hace 395 millones de años (Ma), en el periodo Devónico (419-359 Ma), la Tierra era muy diferente a la actual. Los continentes no eran los mismos que conocemos hoy en día, como tampoco lo era clima dominante ni las plantas ni animales que vivían en el planeta. El Paleozoico fue una era geológica de grandes cambios en la que la vida dio pasos evolutivos cruciales para comprender nuestro mundo actual. Pero no solo la vida los dio, ya que hace 395 Ma muchos de los continentes que existían ya habían empezado a colisionar dentro de un gran evento orogénico, la orogenia Varisca, que terminaría formando Pangea, el último de los supercontinentes conocidos. En el Devónico Inferior las plantas presentes carecían de flores y en muchos casos eran formas que poco o nada parecían tener que ver con las actuales, mientras que dentro del mundo animal todavía no existían ni los reptiles, ni los mamíferos ni las aves. Hace 395 Ma prácticamente toda la vida animal se concentraba en los medios acuáticos, donde los peces ya se habían convertido en los verdaderos dueños y estaban experimentando una gran diversificación. Así, si fuéramos al Devónico e intentásemos pescar, lo que podríamos encontrarnos en el azuelo iría desde peces con placas óseas (placodermos), que hoy en día ya están extintos, hasta peces de aletas radiadas (actinopterigios), que son los que dominan hoy en día, sin olvidarnos de los temidos peces cartilaginosos (condrictios), entre los que están los tiburones y las rayas. También, si tuviéramos suerte a la hora de pescar en los mares y ríos del Devónico, podríamos capturar a algún que otro trilobites, que aunque todavía abundantes en el medio acuático, ya habían empezado su declive, o formas más familiares como erizos de mar, corales o diversos tipos de moluscos (bivalvos, gasterópodos…).

Dunkleosteus
En el Devónico la mayoría de la vida animal se concentraba en los medios acuáticos, donde existían peces acorazados como Dunkleosteus, que pudo medir hasta 6 m de largo y pesar ccerca de una tonelada. Ilustración de Dunkleosteus, un pez placodermo de Devónico (autor: Jon Kuo).

Los mares del Devónico estaban llenos de vida, ¿pero qué hay de los continentes) ¿Qué nos encontraríamos si fuéramos de caza por los bosques y selvas del Devónico Inferior? Seguramente nada, ya que a comienzos del Devónico los únicos animales que vivían en tierra firme eran distintos géneros de artrópodos, especialmente de arácnidos e insectos, que ya se habían adaptado plenamente a respirar bajo condiciones subaéreas. Es decir, a respirar aire. Hoy en día creemos que estos animales pudieron haber dado el salto desde los ambientes de agua dulce ya en el Silúrico, aunque no es hasta el Devónico cuando parecen ser relativamente abundantes. Y vivieron entre plantas muy diferentes a las actuales, todas ellas sin flores, que no aparecerían hasta el Mesozoico. Por tanto, su paseámos por esos bosques devónicos no encontraríamos ningún rastro de vertebrados, a no ser que nos detuviéramos a mirar en el agua. Si lo hiciéramos en el Devónico Inferior no encontraríamos más que peces, pero si lo hiciéramos en el Devónico Superior es posible que ya nos encontrásemos con algunos animales capaces no solo de vivir dentro del agua sino de salir de ella y respirar aire gracias a sus pulmones. Porque a lo largo del Devónico creemos que fue cuando aparecieron los primeros anfibios, los primeros vertebrados tetrápodos.

bosque_devonico
El medio terrestre durante el Devónico estaba dominado por plantas muy diferentes a las actuales que en ocasiones producían bosques monoespecíficos. Reconstrucción artística de un bosque fósil del Devónico encontrado cerca de Xinhang, China (Wang et al., 2019).

El gran salto fuera del agua

La colonización del medio terrestre por parte de los vertebrados no fue algo que ocurrió de un día para otro, sino que fue el resultado de una serie de pequeñas adaptaciones que juntas marcaban una gran diferencia, pero que por separado no parecían muy relevantes. Entre los rasgos evolutivos más significativos de la llegada de los anfibios está la pérdida de parte de la funcionalidad de la aleta caudal, muy importante en la natación de los peces, la reducción de elementos craneales, especialmente en la mandíbula (y que continuará en reptiles y mamíferos), o el desarrollo de glándulas que permitan mantener la piel húmeda cuando estén fuera del agua. Pero si hay dos adaptaciones evolutivas importantes a la hora de que los vertebrados dieran el salto del medio acuático al medio terrestre esos fueron el desarrollo de pulmones para poder respirar fuera del agua y (pulmones) y el desarrollo de fuertes extremidades que formen parte de un esqueleto óseo con el que poder sostenerse cuando estén fuera del agua. Sin embargo, y en contra de lo que podríamos pensar, estos dos rasgos no son exclusivos de los tetrápodos, pues hoy en día sabemos que algunos peces tienen pulmones y un esqueleto óseo. Los peces de aletas carnosas o lobuladas (sarcopterigios) son los parientes vivos más cercanos que tenemos los tetrápodos dentro del mundo de los peces y sus cráneos no son tan diferentes de los de los primeros anfibios.

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Los celacantos son peces sarcopterigios actuales que no usan sus pulmones para respirar sino como órganos de flotabilidad y están entre los peces más próximos, evolutivamente, a los tetrápodos (imagen obtenida de cienciario.net).

El origen de los anfibios se encuentra por tanto en peces sarcopterigios (o similares), que debieron vivir en ambientes de agua dulce. Posiblemente habitaron en pantanos con una gran masa vegetal, lo que ya les había obligado a desarrollar aletas cada vez más anchas y óseas que con el tiempo habrían evolucionado hacia las patas membranosas de los primeros anfibios. Todavía desconocemos mucho del salto de los vertebrados del medio acuático al medio terrestre e incluso desconocemos el momento en el que este ocurrió, más allá de que casi con total seguridad se produjo en el Devónico Medio. En la actualidad creemos que una serie de oscilaciones climáticas, un aumento en la presión de los ecosistemas acuáticos o tal vez una combinación de ambos, pudo llevar a que algunos peces sarcopterigios se fueran adaptando a pasar fuera del agua periodos de tiempo cada vez más polongrados. Incluso cabe la posibilidad de que solo vivieran fuera del agua en su etapa más juvenil, la más vulnerable de su desarrollo, ya que la prácticamente deshabitada tierra firme aportaba una protección extra frente a los depredadores acuáticos. Al menos esa es una de las hipótesis que se consideran.

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Los anfibios aparecieron en el Devónico a partir de peces sarcopterigios, si bien todavía no conocemos muy por qué dieron este salto tan importante en la evolución de los vertebrados (imagen de autor desconocido).

Un gran paso para la vida

La aparición de los anfibios es un gran hito evolutivo de los vertebrados porque supone el primer paso hacia la colonización del medio terrestre. Los primeros anfibios posiblemente apenas vivieron en tierra porque sus esqueletos no eran robustos y todavía tenían muchos rasgos propios de los peces. No es hasta el Carbonífero (359-299 Ma) cuando aparecen especies como Eryops, cuyo cuerpo robusto ya le habría permitido caminar por la tierra firme. Sin embargo estos anfibios evolucionados todavía siguieron teniendo su destino muy vinculado al medio acuático, entre otras cosas porque necesitan una elevada humedad ambiental para mantener su piel húmeda y volver al agua para poder desovar. Para alcanzar la total independencia del medio acuático todavía tuvimos que esperar unos cuantos millones de años más, hasta que en el Carbonífero Superior algunos anfibios evolucionaron para dar lugar a un nuevo grupo de tetrápodo: los reptiles. Pero esa es ya otra historia.

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Ilustración artística de un pantano del Carbonífero en el que se pueden ver dos anfibios del género Eryops (autor: Walter Myers).

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