lunes, 20 de marzo de 2023

Esqueleto-vertebrados-1

25. El cráneo de los vertebrados

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A pesar de que nos referimos al cráneo como una unidad, en realidad se trata de una estructura compuesta, conformada por tres partes altamente diferenciadas. Cada parte del cráneo emerge por separado a nivel evolutivo. La parte más antigua se denomina cráneo visceral o esplancnocráneo que emerge de las hendiduras branquiales en los protocordados. La segunda parte se denomina condrocráneo, que soporta y mantiene al cerebro y es formado por el hueso endocrondral que puede estar hecho de tejido óseo o tejido cartilaginoso.

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Figura 25.1. En el modelo anterior tenemos un resumen de esta complejidad particular: Neurocráneo o bóveda craneana es una estructura compleja, en algunos animales proviene del condrocráneo que a su vez proviene de la columna, en otros proviene del dermatocráneo que proviene de las escamas dérmicas. Si se van a leer textos de investigaciones primarias, hay que estar al pendiente de una terminología con definiciones relativamente complejas e imprecisas, por lo que es conveniente tener claridad sobre que define el autor sobre cada término para luego si poder entender que es lo que desean transmitir.

La tercera parte es el dermatocráneo, una adición que en vertebrados recientes contribuye a las placas externas del cráneo. Como su nombre sugiere, el dermatocráneo proviene de huesos dérmicos. Adicionalmente a estos componentes formales, dos términos generales aplican al cráneo. La caja/bóveda craneal es un término colectivo que se refuerce a los componentes fusionados del cráneo que rodean de forma inmediata a los tejidos cerebrales. Los componentes que forman la caja craneal son variables y pueden tomar partes del dermatocráneo, el condrocráneo e inclusive del esplancnocráneo. El neurocráneo es un término equivalente al de condrocráneo por algunos morfologistas. Otros autores lo expanden para incluir al condrocráneo junto con las capsulas sensoriales asociadas como las estructuras que soportan la cavidad nasal, óptica y óctica. Otros por el contrario consideran que el neurocráneo son solo las partes endurecidas del condrocráneo.

  25.1 Condrocráneo

Los elementos del condrocráneo aparentemente permanecen en serie con las bases de las vértebras. Esta organización inspiró a muchos morfólogos del siglo XIX a proponer que la primitiva columna vertebral se expandió hacia el cerebro para generar el cráneo. Mediante crecimiento y fusión selectivos, estos elementos intrusivos de las vértebras fueron vistos como la fuente evolutiva del condrocráneo. En consecuencia, la idea de que la cabeza se organiza en base a un plano segmentalizado fue defendida durante muchos años.

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Figura 25.2. El condrocráneo humano se encuentra reducido, esto se debe a razones evolutivas.

En términos simples podemos decir que el condrocráneo compone el techo y la parte trasera “occipital” del cráneo de los vertebrados, incluyendo al ser humano. De hecho, en los mamíferos, lo que denominamos hueso occipital resulta de la fusión de tres huesos principales, los cuales se encuentran divididos en otros tipos de vertebrados como los peces, anfibios, reptiles y aves denominados supraoccipital, oxoccipital y basioccipital.

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Figura 25.3. El pez fósil eustenopteron sirve como ejemplo para señalar los componentes del cráneo. En azul el condrocráneo/neurocráneo; en amarillo el esplancnocráneo; y en rojo el dermatocráneo.

En la actualidad este punto de vista ha sido criticado, sin embargo, algunos fisiólogos opinan que al menos parte del condrocraneo, específicamente el arco occipital que forma la pared trasera del cráneo “hueso occipital” podría representar muchos arcos vertebrales fusionados, tal como se observa en el sacro. En los elasmobranquios, el condrocráneo se encuentra expandido y envuelve al cerebro cumpliendo las funciones de soporte y protección del mismo, y por tal razón a veces se lo emplea como sinónimo de neurocráneo en sentido laxo. Sin embargo, en la mayoría de los vertebrados el condrocráneo es principalmente una estructura embrionaria que sirve de apoyo momentáneo para el cerebro en formación y para las capsulas sensoriales.

A pesar de que la formación embrionaria del condrocráneo está bien documentada, algunos detalles de su desarrollo pueden diferir considerablemente dependiendo de las especializaciones concretas del animal, especialmente en lo referente a las contribuciones de la cresta neural. De hecho, los diferentes instrumentos de análisis como los marcadores genéticos, los colorantes vitales, o los trasplantes de tejido pueden arrojar información contradictoria con interpretaciones variables. Generalmente, las condensaciones del mesénquima de la cabeza forman cartílagos alongados cercanos a la notocorda. El par anterior –más cercano a la punta frontal –se denomina trabéculas, y el posterior paracordales. En ocasiones en medio del par de cartílagos trabeculares y paracordales se encuentra un par más pequeño denominado cartílagos polares. Debajo de los paracordales, muchos cartílagos occipitales aparecen usualmente.

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Figura 25.4. En la figura anterior podemos ver un modelo del desarrollo embrionario del cráneo de un tiburón, vista dorsal (el condrocráneo). En azul se representan las estructuras cartilaginosas y en blanco punteado las estructuras óseas. (a) El cartílago emerge del tejido intermedio de relleno o mesánquima en islotes emparejados, los cuales (b) crecen hasta fusionarse formando la placa superior o techo del cráneo o condrocráneo. En los tiburones el proceso queda en este punto, pero en los peces óseos (c) el condrocráneo se osifica casi totalmente.

En adición a estos cartílagos, las capsulas sensoriales asociadas al olfato, los ojos y el oído se desarrollan encapsuladas en cartílago, los cuales reciben el nombre respectivo de capsulas nasal, óptica y óctica. Dos tipos de células embrionarias se diferencian del condrocráneo. Las células de la cresta neural contribuyen a la capsula nasal, las trabéculas –probablemente solo la sección de la punta anterior – y tal vez la capsula óctica. Mesénquima que se origina del mesodermo contribuye al resto den condrocráneo. A medida que el desarrollo prosigue, los cartílagos crecen y se fusionan. La región entre las capsulas nasales formada por la fusión de duchas capsulas con las trabéculas forman el plato etmoides. Las paracordales crecen a través de la línea media para formar el plato basal entre las capsulas ócticas. Los occipitales crecen hacia arriba y alrededor de la medula espinal para formar el arco occipital. Colectivamente, todos estos cartílagos expandidos y fusionados constituyen el condrocráneo. En los elasmobranquios –tiburones y rayas –el condrocráneo no se osifica, en lugar de ello el cartílago crece mucho más para formar las placas protectoras de la caja craneana. En los vertebrados osteoictios el condrocráneo si se osifica casi completamente.

  25.2 Esplancnocráneo

El esplancnocráneo es una estructura ancestral de los cordados. En anfioxos el esplancnocráneo, o al menos su homólogo precursor está asociado a superficies de alimentación y filtrado. Estas superficies forman arcos perpendiculares a la notocorda con una serie de endiduras. A simple vista, estas hendiduras pueden confundirse con los orificios branquiales de un pez. Las hendiduras faríngeas son muy numerosas en los linajes cercanos a los vertebrados como en los cefalocordados.

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Figura 25.5. Esta asociación con los arcos branquiales se mantiene en los demás vertebrados, ya que el esplancnocráneo por lo general se encarga de soportar las branquias y ofrece punto de anclaje a los músculos respiratorios. En los vertebrados con mandíbulas, el esplancnocráneo contribuye a las mandíbulas y aparato hioides.

Fuentes antiguas interpretaban el origen embrionario del esplancnocráneo a partir de las paredes del tubo digestivo embrionario, por lo que es reportado con el apelativo de cráneo visceral, nombre que desafortunadamente ha sido mantenido en fuentes más recientes, más por tradición que por otra cosa. Embriológicamente el esplancnocráneo emerge de las células de la cresta neural, no del plato lateral del mesodermo como el musculo liso que formará las paredes del tracto gastrointestinal.

En los protocordados, las células de la cresta neural son un rasgo que compartimos los vertebrados y urocordados, sin embargo, en los urocordados, las células madre del esplancnocráneo migran hacia la pared del cuerpo y se especializan en células de pigmentos, aun cuando estos animales también generan como parte de su fisiología hendiduras faríngeas. En los vertebrados, por el contrario, las mismas células se especializan en componentes de los arcos branquiales y de las mandíbulas. Las barras faríngeas en los protocordados emergen del mesodermo y de la cesta branquial no fusionada, esta estructura constituye el antepasado evolutivo del esplancnocráneo.

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Figura 25.6. En el modelo anterior se representan las células que se originan en la cresta neural y como (a) migran a través de los arcos sanguíneos en formación generando los arcos faríngeo-branquiales y para el caso de los humanos también los huesos del rostro y las mandíbulas.

En los vertebrados, las células de la cresta neural se separan de los lados del tubo neural y se mueven al interior de las paredes de la faringe entre las sucesivas hendiduras para diferenciarse en los respectivos arcos faríngeo-branquiales. Se los denomina arcos faríngeos porque en los animales terrestres estos arcos se convierten en anillos que se cierran para formar la faringe, mientras que en los peces con respiración branquial se asocian al tejido respiratorio de la branquia. Debido a esta asociación se los denomina arcos branquiales o arcos faríngeos de forma alternativa.

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Figura 25.7. Aunque numerosas fuentes nos ponen a la mandíbula humana como parte del esplancnocráneo, esto no es del todo cierto, o, en resumen, es cierto para todas las clases de vertebrados menos los mamíferos. Por el momento solo diremos que la única parte conspicuamente real del esplencnocráneo en el humano en esta imagen es el hueso hioides.

Cada uno de los arcos puede componerse de una serie de máximo cinco elementos articulados cada uno, comenzando con el elemento faringeobranquial dorsal y luego desendiendo en orden: epibranquial, ceratobranquial, hipobranquial y basibranquial. Cabe destacar que debido a que cada arco branquial está compuesto por varios huesos cartilaginosos articulados, estos pueden ejercer un movimiento en bisagra limitado. Uno o más de los arcos branquiales anteriores –los de la punta – se mueven hacia el hocico del animal para conformar dependiendo del caso, las mandíbulas o huesos del oído.  Los arcos braquiales que soportan dientes y un sistema muscular poderoso y móvil se denominan mandíbulas. Después del arco mandibular se desarrolla el arco hioides, cuyo elemento más prominente es la hiomandíbula, una estructura que apoya la función de la mandíbula. Los demás arcos branquiales se encuentran numerados con dígitos romanos.

👉          Un cráneo sin mandíbulas: En los peces sin mandíbulas, la boca no está claramente definida o no se encuentra soportada por un arco especializado que pueda denominarse mandíbula. En su lugar el esplancnocráneo soporta el techo de la faringe y los arcos branquiales laterales. Los ostracodermos son peces acorazados sin mandíbulas. La coraza provocaba que tanto la boca como las hendiduras branquiales estuvieran agrupadas hacia el vientre del animal. En estos animales se puede ver que el número de arcos branquiales es alto (mayor de 8), número necesario para poder sustentar hipótesis sobre la evolución de las mandíbulas. Debieron depender de una dieta de animales pequeños y partículas digestibles del lecho oceánico. Al igual que otros agnatos modernos, su boca poseería una mucosa ciliar para funciones alimenticias.

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Figura 25.8. Las lampreas son descendientes de estos agnatos, pero son peces que al sobrevivir hasta la actualidad han debido especializarse en un modo de vida exoparasítico, en ellos los arcos branquiales se fusionan en una estructura única pero flexible llamada red branquial (amarillo). Independientemente con esto, se puede observar que lo que sería el homólogo del primer arco branquial se encuentra unido al cráneo.

👉          Las primeras mandíbulas: Las mandíbulas aparecieron originalmente en dos linajes de peces, los acantodios y los placodermos, ambos con un esqueleto mixto óseo-cartilaginoso. En estos, los arcos branquiales frontales están desplazados hacia la boca formando una bisagra que sirve para atrapar y cortar a la presa que se acerca. Con el surgimiento de las primeras mandíbulas, los nuevos linajes comenzaron a desarrollar mandíbulas cada vez más especializadas que sirven para masticar y procesar el alimento, y del mismo modo hace su aparición los dientes reales.

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Figura 25.9. La mandíbula de los placodermos es un arco simple, sin apoyo de un aparato hioides. A parte puede verse como el hueso cuadrado conforma gran parte de la sección superior de la mandíbula, siendo análogo a los huesos maxilar y zigomáticos en los humanos.

Con las mandíbulas los peces se convirtieron en depredadores más activos que desplazaron poco a poco a los grandes artrópodos como los escorpiones marinos.

  25.3 Hipótesis para la evolución de las mandíbulas

Si bien es cierto que la mera mutación impediría que algo enteramente nuevo apareciera de la nada, el punto es que la Teoría Sintética de la Evolución no plantea que la mutación haga aparecer cosas de la nada, y tampoco lo hacía la hipótesis original de Darwin. Para sustentar la evolución de la mandíbula es necesario encontrar una estructura verosímil paleontológica y embriológicamente que pueda ser modificada para conformar una mandíbula primitiva.  En este sentido, la hipótesis más aceptable es que la mandíbula emergió de los arcos branquiales

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Figura 25.10. Las mandíbulas originales emergieron de los primeros arcos branquiales tal como se representa en el siguiente esquema donde:  (a) la mandíbula de un placodermo compuesta por un único arco, detrás de esta viene la primera hendidura branquial funcional. En los tiburones y rayas (b) así como en los peces óseos (c) la mandíbula está apoyada por un segundo arco denominado aparato hioides, el cual cierra la primera hendidura branquial convirtiéndola en el espiráculo (sp).

Esta afirmación de sustenta en evidencia que proviene de una amplia variedad de fuentes diferentes, y que en consecuencia generan una interpretación inequívoca. Por un lado, a embriología de los tiburones sugiere que las mandíbulas y los arcos branquiales se desarrollan en series similares y ambas aparecen a partir de la cresta neural. Los arcos branquiales pueden sufrir diferentes modificaciones, expandirse como en las mandíbulas o contraerse como en los espiráculos, de hecho, el sistema hioides de los tiburones crece en su respectivo arco tapando casi toda la hendidura branquial formando el espiráculo.

Adicionalmente, nervios, vasos sanguíneos de importancia se encuentran distribuidos en patrones simulares entre los arcos branquiales y las mandíbulas. Finalmente, la musculatura de las mandíbulas parece ser solo una especialización de la musculatura de los arcos branquiales. Aunque los detalles más importantes del surgimiento de las mandíbulas a partir de los arcos branquiales poseen un acuerdo relativamente bueno por parte de los anatomistas y paleontólogos, los detalles específicos han permanecido en un área más controversial. Por ejemplo, no estamos seguros si las mandíbulas representan derivativos del primer, segundo, tercero o inclusive cuarto arco branquial de los ancestros agnatos. Esta hipótesis general es a su vez subdividida en dos subhipótesis. Que las mandíbulas evolucionaron a partir de los arcos branquiales no es tan controversial, las estructuras son simplemente demasiado homólogas para opinar lo opuesto.

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Figura 25.11. (Izquierda) Hipótesis serial; (Derecha) Hipótesis compuesta.

En ese sentido un arco branquial es capaz de realizar un movimiento en bisagra limitado, pero semejante al de cualquier mandíbula, además tanto la estructura muscular, nerviosa y circulatoria es similar. El problema es el “COMO”, y en este sentido existen en la actualidad dos hipótesis en conflicto, que buscan explicar el cómo es que los arcos branquiales se transformaron en las partes del esplancnocráneo. Estas dos subhipótesis son representadas en la siguiente figura: a la izquierda la hipótesis serial para la evolución de las mandíbulas originales y a la derecha la hipótesis compuesta.

👉          La hipótesis serial: La hipótesis serial es la explicación más simple, en esta el primer y segundo arco branquial del agnato ancestral dio lugar a un solo arco mandibular con un mejoramiento en la movilidad. El tercer arco branquial conformó el aparato hioides, y el resto de los arcos mantuvieron su función ancestral como soportes del sistema respiratorio.

👉          La hipótesis compuesta: La hipótesis compuesta es un punto de vista más complejo, se basa en evidencia no solo de la anatomía comparada sino del análisis de cráneos de peces fósiles y de embriones de peces vivos. Bajo este punto de vista, el arco branquial se degeneró para formar partes del condrocráneo. Los siguientes dos arcos llamados per-mandibular y mandibular forma las partes de la mandíbula, el cuarto arco forma el aparato hioides y los restantes arcos mantienen sus funciones respiratorias. En lugar de un (arco branquial = una mandíbula), se propone una serie de fusiones y pérdidas para generar una mandíbula compuesta más compleja.

👉          Las mandíbulas en los peces: La mezcla de dos huesos en la parte superior e inferior de la mandíbula se mantiene en los peces tetrápodos, los anfibios, los primeros amniotas y los primeros sinápsidos o protomamíferos.

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Figura 25.12. En los tiburones el hueso cuadrado -palatoquadrate- forma el maxilar superior. Adicionalmente, la mandíbula está compuesta por dos arcos, la mandíbula "amarillo" y el hioides "morado".

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Figura 25.13. En los peces óseos el hueso cuadrado "verde" se reduce y es reemplazado poco a poco por el maxilar. Mientras que el hueso que forma el arco mandibular inferior llamado cartílago de Meckel en los tiburones se divide formando el hueso anguloarticular "articular". La función mandibular es asumida por un nuevo hueso mandibular llamado dentario.

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Figura 25.14. A medida que avanzamos filogenéticamente, los homólogos de estos dos huesos se reducen, mientras que el hueso maxilar y el hueso dentario se agrandan. En los mamíferos euterios, el hueso cuadrado y el hueso articular se separan del resto del cráneo y se unen al oído, pasando a una función de transmisión de vibraciones, siendo conocidos como el martillo y el yunque respectivamente.

  25.4 Dermatocráneo

Hasta este punto hemos definido que el cráneo está dividido en dos zonas generales, la bóveda craneana y los huesos del rostro. En términos generales, la mayoría de los vertebrados siguen el siguiente patrón: la bóveda craneana está compuesta por el condrocráneo, y los huesos del rostro por el esplancnocráneo.  El problema es que esta repartición no es del todo cierta, y se debe a que un tercer componente, el dermatocráneo. El dermatocráneo emerge de huesos generados por los tejidos madre que conformarán también la dermis. Filogenéticamente estos huesos emergieron de la armadura ósea proveniente del integumento de los primeros peces sin mandíbulas “ostracodermos y parientes cercanos”, pero en los linajes posteriores estos mismos huesos comenzaron a presentarse cada vez más y más al interior de la piel del animal.

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Figura 25.15. Para los humanos: En azul y verde se destacan los restos del esplancnocráneo o mandíbulas originales; en morado el condrocráneo osificado; y en blanco el dermatocráneo.

Con el tiempo, los nuevos linajes empezaron a incorporar las placas de hueso nacidas cerca de la piel en sus cráneos, ya fuera en el condrocráneo o en el esplancnocráneo. Adicionalmente otros elementos de la armadura dérmica se asociaron con elementos de los huesos pectorales, dando origen a la cintura escapular. Paleontológicamente, los primeros peces en manifestar una asociación entre los huesos del cráneo y la armadura dérmica fueron los ostracodermos –peces acorazados sin mandíbulas –pero no fueron los últimos, de hecho, por un cierto periodo de tiempo evolutivo algunos linajes reforzaron aún más su armadura dérmica cerca al cráneo y las recientemente llegadas mandíbulas. El dermatocráneo se asoció primero con el condrocráneo para formar los lados y el techo de la bóveda craneana, así como el paladar ancestral “el techo de la boca”; y en algunos casos apoyando la formación de los arcos branquiales y la mandíbula –esplancnocráneo. Dos de los huesos de origen dérmico más importantes son, el maxilar y el hueso dentario. El hueso dentario se ubicó frente a la mandíbula y como su nombre lo dice, generó las primeras estructuras espaciadas para la alimentación, los dientes. El hueso maxilar se ubicó justo por encima del dentario, y desembocó en la misma función, generar dientes.

En este sentido tanto el maxilar como el dentario se hicieron óseos aun en los peces cartilaginosos –lo cual hace que solo estos dos, junto con los dientes sean las principales evidencias fósiles de los condrictios. Otro aspecto importante es que, los peces con mandíbulas y dientes tienen dos mandíbulas, las mandíbulas originales que se componen por el arco branquial móvil y el aparato hioides, y la mandíbula dentaria en una sola estructura muy compleja.

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Figura 25.16. Los peces acorazados sin mandíbulas eran animales lentos limitados a una alimentación por filtración de sedimentos a través de las branquias. En este sentido, la función de las hendiduras branquiales era dual; (1) filtrar alimentos, función ancestral cumplida por las mismas hendiduras en los cefalocordados y en los tunicados; y (2) La función de intercambio de gases o respiración.

  25.5 Bóveda craneal en los vertebrados

Al contrario de lo que se piensa, el esqueleto de los condrictios –tiburones y rayas –no es más primitivo que el de los osteoictios –peces óseos. Ambos tipos de esqueleto conviven en los primeros peces sin mandíbula u ostracodermos. En este sentido se los percibe con dos cráneos, el primero es cartilaginoso y rodea al cerebro en forma de tubo; el segundo cráneo es óseo y se origina en la piel, formando la armadura del ostracodermo. Cuando los dos linajes de peces con mandíbula evolucionan, cada uno simplifica por su parte, uno de los dos esqueletos, los condrictios pierden casi completamente el dermaticráneo de hueso, mientras que los osteoictios pierden el condrocráneo e internalizan el dermatocráneo para suplir algunas de sus funciones. Decimos algunas de sus funciones y no todas sus funciones debido a que el cráneo de los octeoictios en realidad es una mezcla y encaje de huesos que provienen de diferentes fuentes filogenéticas y embrionarias. En términos descriptivos se puede pensar en el cráneo de los osteoictios como homólogo al de los ostracodermos en el sentido de tener un endoesqueleto rodeado por un exoesqueleto, pero a diferencia de los ostracodermos, en los osteoictios el exoesqueleto se ha internalizado y la mayor parte del cartílago ha sido reemplazado por tejido óseo.

En términos prácticos, en los tetrápodos terrestres el endoesqueleto proveniente del antiguo condrocráneo ha sido reducido al hueso occipital –o huesos occipitales, dependiendo del grupo –y los huesos que conforman el piso de la bóveda craneana. Mientras que todo el resto del cráneo es básicamente un estuche de dermatocráneo. Para el caso de los órganos sensoriales, solo el oído está protegido por elementos óseos provenientes del antiguo condrocráneo, mientras que los demás órganos de los sentidos están protegidos por elementos del dermatocráneo como en el caso de las cápsulas para la vista y el olfato.

  25.6 Evolución de las mandíbulas y el oído

Las mandíbulas conforman el borde de la boca. Formalmente solo existe una mandíbula que es el borde inferior de la boca; ero en sentido laxo podemos decir que hay dos mandíbulas, una superior y otra inferior. Esta confusión se debe a que en inglés se manejan dos palabras diferentes para cada uno de los conceptos. “Jaws” (mandíbulas en sentido laxo) conforma tanto la parte superior como la inferior de la mordida, mientras que “Mandible” (mandíbulas en sentido estricto) se refiere única y exclusivamente a la mandíbula inferior. En los humanos es fácil diferenciarlo, ya que el maxilar forma la “jaw” superior, mientras que los huesos mandibulares conforman la “jaw” inferior. Pero no siempre fue, o es así.

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Figura 25.17. En la figura anterior tenemos un modelo de la estructura original de los diferentes cráneos: en azul el condrocráneo, en amarillo el esplancnocráneo y en rosado el dermatocráneo. Malleus = martillo; Incus = yunque; Stepes = estribo.

En los vertebrados primitivos el maxilar no asume el rol mandibular, en su lugar esta función es realizada por un hueso muy grande llamado palatal-cuadrado “palatoquadrate” como en los placodermos (Figura 25.9). El palatal-cuadrado funciona como “jaw” superior en los condrictios y en algunos osteocitios ancestrales. Sin embargo una de las tendencias del hueso palatal-cuadrado ha sido su reducción en tamaño y función. Esta pérdida llega a tal punto que en los tetrápodos se divide en dos huesos más pequeños, el epipterigoides y el cuadrado. El epipterigoide en linajes posteriores es absorbido por el cráneo, mientras que el cuadrado se hace más y más pequeño, como parte de la unión entre la “jaw” inferior con el cráneo. Las funciones del palatalcuadrado son asumidas paulatinamente por el maxilar y los zigomáticos. La “jaw” inferior o mandíbula en sentido estricto consiste originalmente en el arco branquial convertido en mandíbula, inicialmente cartilaginosa recibe el nombre de cartílago de Meckel. El cartílago de Meckel es envuelto rápidamente por un estuche del dermatocráneo llamado hueso dentario. La relación de estos dos huesos es compleja y depende del linaje. En los condrictios el cartílago es grande y completamente funcional, mientras que el dentario se ocupa únicamente de crear dientes.

Los peses óseos modernos (Figura 25.13 abajo), al igual que sus ancestros retinen mandíbulas complejas, que combinan los maxilares y dentarios (mandíbulas secundarias) con el cuadrado y el articular (mandíbulas originales). El hueso dentario empieza a expulsar al cartílago de Meckel desde la punta hacia atrás del cráneo. En los linajes en los que el cartílago de Meckel se convierte en hueso, este pasa a denominarse hueso mental. En la mayoría de los peces y en los tetrápodos (menos los mamíferos) el hueso mental es expulsado de la mandíbula por el hueso dentario, y en este punto pasa a denominarse hueso articular. De este modo, la mandíbula inferior de los tetrápodos terrestres es una combinación de los huesos dentario y articular, y en algunas ocasiones la relación de tamaños sigue favoreciendo un articular grande y un dentario más pequeño.

En los mamíferos la tendencia se da hacia una reducción absoluta del hueso articular “mandíbula original”, mientras que el dentario asume la función de mandíbula derivada o secundaria. Como ya mencionamos anteriormente, el hueso cuadrado y el articular pasan de ser los bordes mandibulares “jaws” de mordida a cumplir una función de transmisión de vibraciones en los mamíferos, haciendo parte del oído medio. En dos linajes separados de mamíferos, los huesos cuadrado y articular ya reducidos al máximo se desconectan del cráneo y se hunden en el oído medio convirtiéndose en el hueso martillo y el hueso estribo. Como diría un maestro de anatomía comparada de cuyo nombre no logro acordarme, “escuchamos con las mandíbulas de nuestros ancestros”.

  25.7 Aparato hioides

El aparato hioides es un derivado ventral del esplancnocráneo “cráneo branquial”. En los peces cumple dos funciones, la primera al asociarse con la mandíbula apoya el movimiento articular de mordida, y la segunda compone el piso de la boca. El aparato hioides como su nombre indica es una estructura compleja que emerge de la fusión de varios arcos branquiales. Debido a su origen algunos renacuajos de anfibios poseen arcos branquiales que literalmente se “transforman” en el aparato hioides, en algunas especies como axolote de forma pedomórfica “retención del rasgo infantil” se retiene su asociación a los arcos branquiales con branquias funcionales. Normalmente los anfibios adultos pierden sus branquias, y la unión con el aparato hioides también se pierde. Sin embargo, el aparato hioides en sí mismo persiste apoyando la función de la boca y soporte de la lengua. En los mamíferos como en el ser humano el aparato hioides está separado también de la mandíbula, esto se debe a que la conexión entre el hueso dentario o mandibular en los mamíferos euterios con el aparato hioides era el hueso articular y el cuadrado, cuando estos se desconectan del cráneo y se dirigen al oído, la conexión con el hioides también se pierde, de forma tal que el aparato hioides en los mamíferos euterios es una estructura separada del cráneo.

  25.8 Movimientos intracraneales

Los movimientos craneales hacen referencia a la posibilidad de que las mandíbulas “ambas” puedan moverse con respecto al cráneo. En este sentido podemos distinguir dos tipos, los cráneos quinéticos y los cráneos aquinéticos. La mayoría de los vertebrados, acuáticos o terrestres poseen cráneos quinéticos, especialmente cuando nos referimos a los depredadores activos que cazan por emboscadas. En estos, el movimiento de la mandíbula permite en el agua (1) crear un efecto de succión que atrae la presa a la boca y (2) reorientar los dientes para atrapar la presa. En los reptiles esta reorientación de los dientes se ha especializado mucho, especialmente en las serpientes venenosas. Las víboras son capaces de reorientar sus mandíbulas de forma tal que sus dientes pueden proyectarse o resguardase como si fueran las garras de un felino. En el video (YouTube) se puede ver entre los segundos 1:09 y 1:11 la reorientación mandibular del tiburón. En los mamíferos el cráneo es aquinético, lo cual implica a perdida de la habilidad para reorientar sus dientes al cazar. La ventaja se da en la etapa infantil, ya que un cráneo aquinético permite al infante alimentarse de leche materna de forma más efectiva.

26. Relación entre forma y función en los cráneos

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El cráneo lleva a cabo una variedad de funciones como proteger y soportar el cerebro y los órganos de los sentidos. También puede almacenar tejidos y órganos refrigerantes que mantienen fresco al cerebro durante un ejercicio extenuante o cuando la temperatura ambiental se incrementa sustancialmente. En muchos mamíferos terrestres muy activos, el epitelio nasal está alineado con canales nasales que disipan el exceso de calor por medio de la evaporación de agua a medida que el aire pasa por ellos, al mismo tiempo el aire se calienta y se humedece para que los pulmones mantengan un equilibrio homeostático interno. Una función similar ha sido propuesta para una estructura homóloga en el cráneo de los hadrosaurios “dinosaurios pico de pato Figura 26.1”. El aire que ingresa por las fosas nasales pasa a través de canales intrincados formados por los huesos premaxilar y nasal. Algunos de los orificios de los gruesos del cráneo se expanden formando senos que funcionan como cajas de resonancia, que ayudan a amplificar el sonido de las cuerdas bucales de muchos animales. En los seres humanos la estructura homóloga se denomina senos paranasales, y tiene la misma función, almacenan el epitelio nasal para calentar el aire, cuando este epitelio se irrita produce enormes cantidades de mucosa.

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Figura 26.1. Cavidades craneales de los hadrosaurios.

Estos ejemplos nos recuerdan que el cráneo es una herramienta multipropósito que puede estar involucrada en muchas funciones, aun cuando aparente estar muy especializado. En consecuencia, las generalizaciones acerca de la anatomía y fisiología del cráneo pueden ocultar sus múltiples especializaciones. Sin embargo, en orden de sacar una unidad de enseñanza plausible, los anatomistas nos dicen que los temas pueden dividirse dependiendo del medio o matriz en el cual el vertebrado se alimenta, es decir si se alimenta en el agua o si se alimenta en el aire. Cada matriz presenta retos y oportunidades adaptativas.

  26.1 Succión en el agua

El primer paso en la alimentación de un animal vertebrado es la captura de su alimento, y los medios para lograrlo dependen principalmente de la matriz en la cual se mueve, la cual puede ser agua, aire o incluso el mismo suelo. La viscosidad del agua presenta problemas y oportunidades muy concretas. Uno de los mayores problemas para un depredador marino son las ondas de choque generadas por la resistencia del agua frente al hocico del animal y que le anteceden. Estas ondas pueden impactar a la presa activando su sentido del tacto y en consecuencia advirtiendo del ataque inminente. En contraposición, una de las ventajas es que cuando un vertebrado expande su boca y cavidad faríngea se crea una presión negativa que atrae por vacío al agua y a la presa circundantes, lo cual hace que la alimentación por succión una estrategia bastante común por los depredadores grandes.

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Figura 26.2. En la succión el depredador debe expandir su cavidad buco-faríngea, es por esto que la boca de los peces es muy compleja y requiere de la función combinada de la mandíbula, la hiomandíbula y la cintura pectoral para abrir sus fauces.

  26.2 Filtración en el agua

El agua al contrario que el aire permite la presencia de una gran cantidad de microorganismos e invertebrados suspendidos, alimentándose por fotosíntesis o pequeñas cadenas alimenticias. Esta matriz alimenticia puede ser filtrada si se tienen los medios para hacerlo, por ejemplo, los arcos branquiales pueden filtrar las partículas alimenticias del agua y dirigirlas al canal alimenticio, esto hace a la alimentación por filtración una alternativa energéticamente viable en el agua. De hecho, este fue el método de alimentación de los primeros peces. Los animales que se alimentan por suspensión dependen de la mucosa asociada a las hendiduras branquio-faríngeas para hacer que los nutrientes filtrados avancen hacia el canal gastrointestinal.

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Figura 26.3. La alimentación por filtración hace que las hendiduras faríngeas realicen su función ancestral, filtrar el agua para capturar las partículas de alimento con la ayuda de las vellocidades o branquias

  26.3 Tragar en el agua

Una vez que la presa ha sido capturada o mordida, el siguiente paso es tragar, y eso generalmente se realiza de forma completa, en otras palabras, en el agua los animales generalmente se tragan completas a sus presas. Esto es cierto para la mayoría de los depredadores excepto los mamíferos marinos que aún deben masticar su alimento.

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Figura 26.4. Los tiburones emplean la succión, pero en su caso se trata simplemente de morder duro y tragarse lo que obtuvieron rápido, si la presa se desangra continúan mordiendo, y sino, también. El punto es morder, tragar y no masticar.

  26.4 Alimentación en el aire

La alimentación en el aire en la mayoría de los anfibios y los lagartos involucran el uso de proyectiles pegajosos como el empleo de la lengua. A pesar de lo anterior, muchos otros animales capturan las presas mediante aprehensión, en la cual el depredador captura rápidamente a la presa mediante el uso de las mandíbulas o los quiridios modificados para tal fin, como las extremidades inferiores de las aves de presa. La alimentación en el suelo se realiza por métodos similares a los del aire ya que se encuentran básicamente en el mismo medio. Sin embargo, muchos animales como los topos han degenerado sus ojos y en su lugar emplean el tacto como principal órgano sensorial bajo tierra.

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Figura 26.5. La lengua accionada por piezas del cráneo puede usarse como mecanismo de captura de presas.

Una vez capturada la presa, el depredador debe tragarla. En la mayoría de los tetrápodos el proceso involucra tragarse grandes cantidades de alimento sin procesarlo demsaidao. Los mamíferos y las tortugas muelen el alimento y en consecuencia han requerido desarrollar el paladar secundario para no ahogarse mientras mastican. El paladar secundario también es importante a la hoja de poder mamar, si existe un solo paladar, la cría se ahogaría, teniendo que detenerse constantemente para poder consumir la leche materna.

Una vez masticado, el alimento se transforma en el bolo alimenticio, el cual es tragado con el apoyo de la lengua. Las aves depredadoras por su parte tragan pequeñas cantidades de su presa, pero tampoco mastican.

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Figura 26.6. Muchos tetrápodos emplean sus mandíbulas para efectuar mordidas precisas, algunas incluso hasta venenosas para subyugar a sus presas.

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Figura 26.7. Otros animales renuncian al uso del cráneo para matar, por ejemplo, las águilas emplean sus quiridos posteriores "patas" para apuñalar a la presa, la cual junto con el impacto inicial quedará inconsciente y lista para ser devorada.

27. El cráneo de los primeros peces

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El cráneo es una estructura compuesta derivada de tres fuentes diferentes: el condrocráneo, el esplancnocráneo y el dermatocráneo. Para mayor facilidad los podemos distinguir cualitativamente como: cráneo cartilaginoso original, cráneo faríngeo o branquial y cráneo dérmico. Cada componente del cráneo proviene de un origen filogenéticamente diferente, por tal razón planteamos los nombres significativos de cada uno de los tres cráneos. Algunos elementos provienen del cráneo cartilaginoso original, que no es otro que los elementos anteriores del esqueleto axial –las primeras vertebras. Otros elementos provienen de la modificación de los cartílagos que rodean las hendiduras de la faringe (hendiduras branquiales), las cuales en sentido último también son generadas por el esqueleto axial. Estas dos fuentes al provenir del esqueleto axial reciben el nombre genérico de componentes provenientes del endoesqueleto. La última serie de componentes del cráneo provienen del exoesqueleto, placas de hueso generadas originalmente por la piel y que se internalizan durante el desarrollo embrionario y/o juvenil de los diversos linajes. Debido a esto se lo denomina esqueleto dérmico y es sinónimo de componentes provenientes del exoesqueleto (Figura 25.17).

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Figura 27.1. Los ostracodermos eran peses de esqueleto externo muy pesados y poco manibrables.

Los procesos intermedios o “como” de la evolución del cráneo es complejo, especialmente porque no es algo lineal, existen tendencias tanto a la complejización como a la simplificación. En otras palabras, mientras las tendencias generales parecen ser muy claras, los detalles específicos aún siguen siendo tema de trabajo para la comunidad científica de paleontólogos y fisiólogos comparativos. A continuación, analizaremos las tendencias evolutivas en algunos linajes notables de vertebrados. En la actualidad los parientes más cercanos al ancestro común de los vertebrados –es decir, los casi-vertebrados más antiguos conocidos –son: Haikouella y Haikouichthys. Un problema con los primeros vertebrados y protovertebrados es que su esqueleto en principalmente cartílago, un material orgánico que muy difícilmente deja registros fósiles, por lo que los especímenes son pocos. En estos animales se observan estructuras semejantes a las vértebras, pero sin cráneos, lo cual hace pensar que las vértebras anteceden filogenéticamente al cráneo. Sin embargo, el que sean semejantes a las vértebras no las hace vertebras en sentido estricto. Los demás animales que serán descritos de aquí en adelante si pueden considerarse como vertebrados:

  27.1 Los ostracodermos

Los ostracodermos un grupo de peces ancestrales en los que ya se encuentra un esqueleto mixto, una parte es de cartílago y otra de hueso sólido. El esqueleto de hueso proviene de la dermis formando un dermatoesqueleto externo –exoesqueleto óseo – que protege la cabeza con unas cuantas aperturas para ojos, olfato y glándula pineal. Paralelo a los lados del cráneo se encuentran pequeñas aberturas con órganos ciliares, posiblemente encargados de percibir pulsos eléctricos o el flujo de corrientes.

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Figura 27.2. Reconstrucciones de la cabeza de Hemicyclaspis indican que debajo del dermatocráneo ventral se ubica una placa de cartílago formando el piso de la faringe.

La boca y las branquias se ubican en la superficie ventral, ya que el dermatoescudo cubre toda la superficie dorsal, para atacarlos, los depredadores necesitarían primero, voltear al pez para que la superficie ventral quedase expuesta –o ser lo bastante fuertes para aplastar el dermatoescudo. Lo anterior implica que los ostracodermos tenían un modo de vida ligado al lecho oceánico, como aspiradoras rastrean el suelo para alimentarse de pequeños invertebrados. El dermatoescudo también se proyecta ventralmente, pero debe dejar espacio para una boca blanda –sin mandíbula –y para las hendiduras branquiales. El dermatoescudo forma el piso sobre el cual la faringe mantiene los arcos branquiales secuenciales –que son más de nueve. En medio de las hendiduras branqulaes las lamelas o vellosidades branquiales se unen a las paredes faríngeas como en la mayoría de los peces. El mecanismo de alimentación sería literalmente el de una aspiradora, el animal succiona las partículas del suelo oceánico, las cuales son filtradas por la boca, la faringe e incluso las lamelas branquiales, mientras que los desechos serían emitidos ya fuera por las hendiduras faríngeas o pasarían por el tracto digestivo y saldrían por el ano.

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Figura 27.3. La cabeza de Hemicyclaspis "imagen siguiente" con algunas partes blandas inferidas en base a la anatomía comparada. Las branquias son totalmente internas, cubiertas por dos placas, una de cartílago y otra de hueso externo, su apertura al ambiente externo se da por medio de poros.

Los anaspidos son otro grupo de ostracodermos en los que el dermatoesqueleto no está compuesto por grandes placas, sino por una serie de escamas endurecidas más pequeñas. Los ojos se ubican lateralmente, y la boca hacia el frente. Adicionalmente el cuerpo es mucho más hidrodinámico lo que sugiere un estilo de vida más activo y alejado del suelo marino.

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Figura 27.4. En los anápsidos la estructura del cráneo es más cercana a los de los vertebrados con mandíbulas, sus arcos branquiales recuerdan a las redes branquiales de los ciclóstomos como las lampreas. En cualquiera de las dos configuraciones, los ostracodermos carecen de mandíbula, en consecuencia, no podían morder o aplastar, por lo que su alimentación estaría siempre limitada a partículas muy pequeñas.

  27.2 Ciclóstomos

Los ciclóstomos son el único linaje de los peces sin mandíbulas que sobrevivió hasta nuestros días y es representado por dos subgrupos, las lampreas y los mixinos. A pesar de mantener el carácter ancestral de una boca sin mandíbula, el cuerpo de los ciclos tomos modernos es muy especializado, especialmente en lo que se refiere a sus esqueletos, por lo que son muy diferentes a los ostracodermos. Un ejemplo son los mixinos, en ellos no hay vertebras, pero si existe un cráneo. Este taxón generalmente es incluido en una superclase parafilética denominada agnatos “peces sin mandíbulas”, que también incluye a los ostracodermos. La mayoría de los agnatos fósiles se encuentran más cercanamente emparentados con los vertebrados con mandíbulas como en el caso de los galespidios, telodontios y osteostracanios (Kuraku, Ota, & Kuratani, 2009; WenJin & Min, 2007). Los ciclóstomos aparentemente evolucionaron antes de la aparición del hueso dentario que está presente en los gnatos y en muchos agnatos como en los conodontios (Baker, 2008).

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Figura 27.5. (Arriba) Mixino o pez bruja (Abajo) lamprea.

El problema ciclostomo es tan serio que muchos biólogos cuestionan el hecho de que el término ciclostomo posea validez filogenética, dividiéndose la discusión en varias hipótesis. La hipótesis vertebrada sostiene que las lampreas se encuentran más cercanamente emparentadas a los gnatostomos que a los mixinos. La hipótesis clclostoma sostiene que el taxón ciclostoma si es válido y monofilético (Delarbre, Gallut, Barriel, Janvier, & Gachelin, 2002; Potter, Gill, Renaud, & Haoucher, 2015; Stock & Whitt, 1992).

Se podría pensar que el cráneo surge evolutivamente antes de las vértebras, pero esto no concuerda con la evidencia fósil que muestra lo opuesto, ni con los análisis genéticos, por lo que en la actualidad se considera que la falta de vertebras en los mixinos se debe a una perdida secundaria del carácter. Ambos grupos de ciclostomos retienen únicamente el cartílago como principal elemento constructor de sus esqueletos, y se especializan en modos de vida parasíticos, lo cual a su vez induce a pérdidas o especializaciones fisiológicas que los hace ver más simples de lo que probablemente fueron sus ancestros.

28. Peces con mandíbulas extintas

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Todos los vertebrados vivos excluyendo a los ciclóstomos poseen mandíbulas articuladas, y se agrupan dentro del linaje de los gnatostomos “boca con mandíbula”. Algunos biólogos relacionan la evolución de las mandíbulas como una transición fundamental que permitió a los vertebrados conquistar una mayor variedad de nichos ecológicos. Los poderosos músculos y el movimiento en bisagra le permiten a la boca mandibulada morder y aplastar, permitiendo que los vertebrados se convirtieran en habidos depredadores, capaces de abatir a animales de un tamaño superior. Antes de la evolución de las mandíbulas (Documental Evolución de la Mandíbula), los peces ostracodermos estaban condenados a un estilo de vida dependiente de la superficie, alimentándose de partículas muy pequeñas, es decir, filtrando el suelo oceánico. En los siguientes artículos analizaremos los diferentes grupos concretos de vertebrados, específicamente en lo que corresponde a su cráneo.

  28.1 Placodermos

En los placodermos la parte anterior –frontal –de animal se encuentra cubierta por un pesado dermatoesqueleto externo, este se extiende desde un tercio hasta casi la mitad en algunas especies. El dermatoesqueleto cubre el condrocráneo y los arcos branquiales. El resto del cuerpo estaba cubierto por pequeñas escamas óseas. Las placas en la cabeza se encuentran estrechamente unidas, al punto en que esta región es denominada craneoescudo.  Aunque el patrón de las placas del craneoescudo ha sido comparado a las escamas anteriores de los peces óseos, su organización es lo suficientemente diferente como para impedir la identificación de homologías evolutivas; y en tal caso se justifica un sistema de nomenclatura diferente. Lo opuesto ocurre con el endoesqueleto, el cual si tiene una organización típica de condrocráneo y esplancnocráneo.

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Figura 28.1. En el modelo tenemos el cráneo de los placodermos y como muestra las tres partes del cráneo de los vertebrados: el cráneo cartilaginoso original o condrocráneo (azul); el cráneo faríngeo-branquial (amarillo); y el cráneo dérmico envolvente (rosa).

A diferencia de los ostracodermos, en los placodermos el condrocráneo no es cartilaginoso, sino que es hueso sólido, y en la mayoría existe una articulación bien definida como la primera vertebra. Debido a que el aparato hioides no se encuentra vinculado al aparato masticador, su hendidura faríngea es funcional como cualquiera, en consecuencia, no se la considera como espiráculo. El agua que ingresa por la boca emerge en una articulación abierta entre los escudos del cráneo y el tronco. La mayoría de los placodermos llegaron a alcanza 1 metro de largo, pero algunas especies lograron pasar los 6 metros, entre estos titanes vale la pena mencionar al más famoso y más grande encontrado hasta la fecha, el Dunkleosteus terreli que se encuentra ilustrado en las siguientes imágenes.

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Figura 28.2. Dunkleosteus spp., (alemán: Dunkle «oscuro» + griego antiguo: osteos «hueso») es un género de peces placodermos artrodiros2​ que existieron a finales del período Devónico, desde hace aproximadamente 380 hasta 360 millones de años, en el Frasniense y Fameniense. De algunas especies descritas se han hallado numerosos fósiles en Norteamérica, Polonia, Bélgica y Marruecos.

  28.2 Acantodios

Los acantodios o tiburones espinosos representan uno de los grupos de vertebrados con mandíbulas más antiguos, de hecho, no son verdaderamente tiburones ya que poseen ciertas diferencias anatómicas de importancia, entre ellas la posesión de un esqueleto mixto cartilaginoso-óseo. Al no ser tiburones verdaderos preferimos el nombre traducido de acantodios "Acanthodii".

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Figura 28.3. Los acantodios o falsos tiburones espinosos fueron un grupo de peces que se encontraron en la transición entre cartílago a hueso.

La mayoría de los acantodios eran pequeños, de apenas unos pocos centímetros de largo y cuerpos hidrodinámicos, lo cual sugiere un estilo de vida activo. Los cuerpos de los acantodios estaban cubiertos por placas dérmicas no sobrelapantes con forma de diamante. Estas escamas eran de tipo óseo, y en la región de la cabeza se alargaban hasta formar pequeñas placas –exoesqueleto. El patrón de las placas craneales recuerda a la que se presenta en los peses óseos de aleta radiada, pero al igual que en los placodermos reciben una nomenclatura no homologa. Algunas especies poseían un opérculo, es decir, una placa ósea que cubre las hendiduras branquiales. Los ojos eran grandes, sugiriendo que su estilo de vida dependía de la información visual. El linaje de los acantodios en la actualidad presenta especímenes más antiguos que el de los condrictios y peces óseos, además presentan una serie de características anatómicas intermedias entre los placodermos y los demás peces, lo cual los convierte en excelentes casos de fósiles transicionales.

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Figura 28.4. En el modelo anterior podemos contemplar la anatomía del cráneo de un acantodio tipo “Acanthodes sp.”, en amarillo el esplancnocráneo, en azul el condrocráneo y en rosa el dermatocráneo. (a) se presenta un detalle de la mandíbula compuesta por el autopalatino, el cuadrado y el metapterigoides, el cartílago de Meckel y el sueso mandibular. Se observan algunos detalles del aparato hioides relacionado con las branquias. (b) la misma imagen, pero retirando los huesos de la mandíbula, lo cual permite ver al aparato hioides en su plenitud, especialmente al cartílago ceratohial que apoya la base de la boca y la mandíbula inferior.

Una de las especies más conocidas, pero también relativamente reciente, ya que proviene de una era en la que ya debía convivir con los peces óseos y los peces cartilaginosos es Acanthodes. Acanthodes poseía la fisura craneal lateral, una hendidura que divide parcialmente la fisura craneal lateral. Esta fisura es un rasgo característico de los peces óseos de aleta radiada –actinopterigios –donde permite la salida del décimo nervio craneal. El arco mandibular que forma las mandíbulas es simular al que se encuentra en los condrictios y los osteoictios. En este sentido la mandíbula superior está compuesta por varios huesos, el palatalcuadrado de los placodermos se divide en este caso en tres, el cuadrado, el metapterigoides y el autopalatino. La mandíbula inferior se compone de dos estructuras, el cartílago de Meckel y una estructura en hueso denominada hueso mandibular. El aparato hioides es amplio y se encuentra vinculado tanto a la respiración como a la función mandibular.

29. El cráneo en los peces modernos

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Si ya sé que las lampreas y los mixinos también son modernos, pero ellos quedaban en un mejor contexto con sus parientes fósiles, aunque en las lampreas es discutible, siguen careciendo de mandíbulas, así que es mejor seguir la tradición en ese aspecto por el momento.

  29.1 Condrictios

Los condrictios o peces cartilaginosos son un linaje que agrupa a todos los peces que perdieron la capacidad de formar armaduras de hueso en casi la totalidad de sus esqueletos “especialmente alrededor del condrocráneo”, excepto en los huesos que conforman la mordida, es decir las mandíbulas superior e inferior.

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Figura 29.1. En el modelo anterior podemos ver detalles del esqueleto de Cladoselache. Condrocráneo en azul y esplancnocráneo en amarillo. A pesar de lo antiguo, este género muestra la ausencia de dermatocraneo. Su condrocráneo por otra parte no es semejante al de los tiburones modernos, teniendo un hocico de forma tal que la mandíbula se encuentra en el frente.

Aunque ordinariamente se dice que los condrictios casi no han evolucionado desde su aparición evolutiva, los primeros ejemplares del grupo como Cladoselache spp retan esa concepción popular. Se trata de uno de los géneros de tiburones más ancestrales conocidos, aunque son reconocibles algunas sinapomorfias retenidas por linajes posteriores, algunos de sus rasgos son muy diferentes, y tal vez el más notable es la estructura del hocico y de la mandíbula inferior.

En general los condrictios perdieron su dermatocráneo. Sin dermatocráneo estos animales dependen exclusivamente de un condrocraneo expandido hacia los lados y hacia arriba para generar una bóveda craneana no homóloga con el resto de los vertebrados –en este sentido podemos denominarla una sinapomorfia de los condrictios. Normalmente se nos dice que los tiburones no han cambiado durante su historia evolutiva, sin embargo, esto no es del todo cierto. En los tiburones primitivos la unión de la mandíbula con el cráneo es directa y se encuentra apoyada por la hiomandíbula. Los tiburones más recientes usualmente carecen de una unión directa entre el aparato hioides y el palatalcuadrado.

En otras palabras, la mandíbula está unida al cráneo por ligamentos fuertes. En consecuencia, el arco hioides en los tiburones primitivos es poco menos que un arco branquial más con una hendidura faríngea normal y probablemente funcional. A medida que el arco hioides avanzó para transformarse en el aparato hioides asociado a la mandíbula, sus huesos se alargaron y la hendidura faríngea asociada se hizo más pequeña hasta dejar un pequeño orificio llamado espiráculo.

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Figura 29.2. Detalle del cráneo de un tiburón moderno "Squalus acanthias". Condrocráneo en azul y esplancnocráneo en amarillo. A diferencia de los tiburones primitivos, el aparato hioides está fuertemente involucrado con las mandíbulas, y el condrocráneo está hiperdesarrollado, de forma tal que la región etmoides se encuentra por delante de la mandíbula, generando la típica cara de tiburón con nariz alargada. El condrocráneo está formado por tres regiones: octico-occipital, orbital y etmoide.

Algunos tiburones famosos como los makos, los cabezas de martillo o los grandes blancos, así como a mayoría de los peces óseos han desarrollado su hiomandíbula a tal punto que el espiráculo ha desaparecido completamente.  El espiráculo, es una hendidura branquial vestigial del aparato hioides, en algunos tiburones ni siquiera está presente. "Nota, tenga en cuenta su posición homóloga en un vertebrado terrestre, pues si no se ha dado cuenta es la del oído".

Dado que la mandíbula de un tiburón está sujeta por ligamentos, es fuertemente afectada por la gravedad. Generalmente cuando un tiburón depredador avanza, su hocico puntiagudo se encuentra en posición frontal con respecto a la boca, en este caso la mandíbula se encuentra muy cercana al condrocráneo. Cuando el animal va a cazar debe levantar su hocico, pero en ese instante la gravedad jala la mandíbula, la cual aleja del cráneo, y de esta forma se proyecta hacia el frente.

La Figura 29.4 muestra el funcionamiento de la quinesis mandibular de los tiburones. (a) arriba, posición normal de la mandíbula en descanso, la región etmoides del cráneo forma una punta hidrodinámica que apoya el nado.

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Figura 29.3. El espiráculo es un arco branquial que se ha degenerado en la mayoría de los vertebrados.

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Figura 29.4. Funcionamiento de la quinesis mandibular de los tiburones.

(a) abajo, posición de ataque de la mandíbula, tanto la mandíbula superior como inferior se proyectan hacia adelante de forma tal que la región etmoides del cráneo no interfiera con el ataque y que los dientes tengan una posición efectiva para hincarse y desgarrar. (b) posiciones interpretadas de las mandíbulas en descanso y en ataque. Estas posiciones contrastan con la de los primeros tiburones que la tenían fija en la posición b, la posición b es buena para morder, pero mala para nadar, y viceversa. La quinesis mandibular le permite al tiburón obtener lo mejor de las dos configuraciones mediante una geometría variable.

  29.2 Peces óseos de aleta radiada

Los peces óseos de aletas radiadas son el linaje más antiguo de los osteocitios. Los primeros representantes de estos grupos tenían ojos relativamente grandes, pero con capsulas nasales pequeñas. A diferencia de los tiburones en los que el cráneo se expande por delante de las mandíbulas, en los osteoictios son las mandíbulas las que se expanden por delante del cráneo formando un hocico. Las mandíbulas portan numerosos dientes y una placa de hueso llamada opérculo cubre las hendiduras branquiales, incluyendo el espiráculo que puede estar presente o ausente. El aparato hioides tiene una función más cercana al trabajo mandibular. El problema real para la comparación anatómica es el dermatocráneo.

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Figura 29.5. Eliminando a 15 y a 8, todos los demás peces son actinopterigios con mandíbulas diferentes para funciones diferentes. Un aspecto que puede analizarse es que la mayoría de estas mandíbulas funciona como bombas de vacío, cuando el animal abre la boca, el volumen en su cavidad bucal se expande, generando una presión negativa que succiona a la presa al interior. La velocidad con la que el pez abre succiona y cierra es muy rápida.

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Figura 29.6. De todos los vertebrados, los actinopteriogios –peces de aletas radiadas –son los que presentan una plasticidad evolutiva más alta y extraordinaria. Es difícil generalizar a cerca de las tendencias del cráneo debido a las muchas especializaciones derivadas presentes en los peces actuales.

Como habíamos mencionado anteriormente, el pico de complejización estructural del cráneo lo han alcanzado los actinopterigios, en ellos el cráneo es más complejo, proliferan una gran cantidad de huesos dérmicos, lo cual impide señalar las homologías con los placodermos o los acantodios de forma sencilla. Muchos de estos huesos se pierden en linajes posteriores de peces, como el de los tetrápodos. A pesar de la gran diversidad de cráneos, algunos huesos son claramente identificables como homólogos como se puede apreciar en la Figura 29.6.

Si existiera una tendencia común entre los cráneos de los actinopterigios sería la liberación de elementos óseos para servir a nuevas funciones en la obtención de alimento. También cabe señalar que en estos linajes el cartílago de Meckel se osifica, pasando a ser denominado hueso mental o articular-angular, el cual compone la parte posterior de la mandíbula inferior.

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Figura 29.7. En el modelo anterior se puede apreciar como detrás del hueso opercular se ubica una estructura llamada cintura pectoral que apoya los músculos hiomandibulares para mover la boca con mayor efectividad.

  29.3 Peces de aleta lobulada

En los peces pulmonados primitivos, la mandúbula superior compyuesta por el palatalcuadrado estaba fusionada con la bóveda craneada osíficada, formando una unidad sólida, con dientes planos. Lo anterior sugiere una dieta de animales de concha dura como artrópodos de tipo crustáceo o de moluscos. Un segundo linaje de peces de aleta lobulada fueron los ripidistios, los cuales también poseían mandíbulas fuertes, pero en esta ocasión sus dientes eran pequeños y puntiagudos. Estos dientes se diferencian de los demás peces con un fuerte plegamiento interno, produciendo una estructura de la dentina en forma de laberinto, a lo cual tradicionalmente se le ha denominado el diente laberintodonto. En el modelo siguiente podemos apreciar el cráneo de un ripidistio extinto del orden de los celacantos "Macropoma lewesiensis". La cintura pectoral o escapular en verde articula con el aparato hioides y la mandíbula, así como la aleta pectoral. En esta especie el hueso opercular es pequeño y permite ver con claridad a la cintura pectoral.

Los dientes grandes eran portados por el hueso dentario de la mandíbula inferior y a lo largo de los huesos laterales superiores denominados vómer, palatino y actopterigoides. Los huesos del dermatocráneo se asemejaban al de los peces con aletas radiadas, y al igual que estos el hueso palatalcuadrado articulaba en el frente con la capsula nasal y lateralmente con el maxilar. El hueso maxilar o premaxilar conformaba la punta de la mandíbula superior como en los peces con aleta radiada.

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Figura 29.8. Empezamos a ver una tendencia, y es que los huesos se fusionan y el cráneo se simplifica.  El cráneo de un ripidistio moderno perteneciente al orden de los celacantos "Latimeria spp". En este caso se señala la unidad etmoides "de la punta y hocico" y la región octioccipital "en la región homóloga a la nuca", en otras palabras, fusión y simplificación, lo cual se convertiría en una tendencia más marcada en sus parientes terrestres.

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Figura 29.9. Al igual que en los actinopterigios, la cintura pectoral se encuentra altamente asociada al aparato hioides y a la mandíbula inferior, reforzando la potencia de la mordida. Por lo general, la cintura pectoral de estos peces se encuentra por debajo del hueso opérculo, por lo que en presencia de este no puede apreciarse la posición de la cintura pectoral.

A diferencia de los peces con aleta radiada y los peces pulmonados modernos, los ripidistios tenían dos núcleos craneales de hueso, uno que se formaba hacia la punta, formalmente conocida como región anterior y a los huesos de esta región se los denomina la unidad etmoide “es el mismo hueso que forma la punta del hocico de un tiburón”. La región posterior o trasera presentaba en segundo núcleo de osificación, denominado unidad otioccipital. La unión entre las dos unidades era cartilaginosa y permitía a la región etmoides moverse de forma independiente, lo cual probablemente permitió una quinesis mandibular particular para la alimentación. En la actualidad el único linaje que ha retenido este rasgo es el de los celacantos.

30. El cráneo en los tetrápodos primitivos

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La sección anterior termina con los peces de aleta lobulada, y la presente debe iniciar también con ellos, después de todo, los vertebrados terrestres descienden de los peces de aleta lobulada, básicamente dedicaremos esta sección a la transición agua tierra y como este modo de vida se conservó en un linaje moderno, los anfibios.

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Figura 30.1. Los tetrápodos eran peces con características intermedias con vertebrados terrestres.

  30.1 Bóveda craneana

Los tetrápodos son un clado de peces ripidistios “más sus descendientes terrestres” que emergió durante el devónico. Su rasgo más importante fue la organización de los huesos de la aleta, los cuales recuerdan al quiridio de los vertebrados terrestres.  En este orden de ideas, los tetrápodos más primitivos son peces ripidistios y en consecuencia retienen muchos de los rasgos de un cráneo de ripidistio. A medida que las formas transicionales aparecen en el tiempo, ciertas tendencias evolutivas parecen hacerse más claras, una de ellas de la simplificación de las partes del cráneo, las cuales comenzaron con la fusión de los huesos de la nariz. La mayoría de los cráneos de los tetrápodos primitivos son planos, semejantes a los de los cocodrilos, lo cual indica que su estilo de vida se basaba en ambientes de litorales de ríos en donde emboscaban a artrópodos terrestres. Sus dientes heredados de los ripidistios eran cónicos y su dentina retuvo la típica característica laberíntica “laberintodontos”.

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Figura 30.2. En los modelos anteriores podemos apreciar los cráneos de algunos tetrápodos fósiles "no a escala", se señala preferentemente las posiciones que van adquiriendo las dos aberturas del espiráculo asociado a la primera hendidura formada por el sistema hioides y el primer arco branquial. En los vertebrados posteriores el espiráculo pasa a cumplir una función auditiva y se denomina trompa de Eustaquio.

  30.2 Mandíbula

La mandíbula también experimenta un proceso de simplificación, en este proceso varias piezas del esplancnocráneo quedan libres de la ancestral fusión de masticación, especialmente el aparato hioides y la cintura pectoral. El aparato hioides pasa a cumplir una función de transmisión de vibraciones en el aire. Para esto emplea un orificio que había estado allí siempre, el espiráculo, y de este punto en adelante uno de sus huesos pasa a denominarse estribo o columella. Sin embargo, es bueno enfatizar que el estribo de los tetrápodos primitivos era aún un hueso muy robusto que estaba unido a los aun macizos cuadrado “yunque” y articular “martillo”, los cuales si tienen que ver aun con la mandíbula en todos los vertebrados terrestres menos en los mamíferos y parientes cercanos.

  30.3 Cintura pectoral

Aunque esto parece tema del esqueleto apendicular el asunto es que originalmente la cintura pectoral hacía parte del cráneo, de hecho, así sucede en los peces modernos, no existe un cuello.

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Figura 30.3. La cintura pectoral está fusionada al cráneo en los peces modernos.

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Figura 30.4. Tiktaalik rosae es el primer fósil que sepamos, presenta la separación entre el cráneo y la cintura pectoral.

Por otro lado, desde Tiktaalik (Shubin, Daeschler, & Jenkins, 2014) en adelante la cintura pectoral pierde tanto su asociación los músculos del hueso dentario, como su unión sólida con el cráneo a la altura de la nuca, lo cual permitió al cráneo moverse de forma independiente al resto del eje del cuerpo, había nacido el cuello. En la actualidad ningún pez posee un cuello que pueda moverse de forma independiente del eje del cuerpo, esto incluye a los tiburones en los que la cintura pectoral tampoco está fusionada al cráneo, pero debido a que los tejidos circundantes son rígidos no pueden mover sus cráneos con facilidad. Por otro lado, e cartílago en medio de la unidad etmoides y la unidad octo-occipital del cráneo se pierde, lo cual hace que el cráneo se torne más sólido y pierda algo de movilidad en comparación con los ripidistios. La separación del cráneo y la cintura pectoral se manterá en otros cuasi-peces como Ichthyostega spp.

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Figura 30.5. Reconstrucción de Ichthyostega sp.

  30.4 Limitaciones paleontológicas

Cabe destacar que mucho de lo que sabemos a cerca de los tetrápodos primitivos provienen de especies adaptadas a la vida de ríos o ambientes de agua dulce, sin embargo, hace unos pocos años en Polonia se descubrieron unas huellas en un ambiente marino (Niedźwiedzki, Szrek, Narkiewicz, Narkiewicz, & Ahlberg, 2010). Estas huellas son importantes debido a que posicionan el origen de los vertebrados terrestres mucho antes de lo esperado, lamentablemente ningún fósil ha sido asociado a estas huellas aún.

Es posible que en los primitivos ambientes oceánicos del devónico aún se encuentren fósiles magníficos de los tetrápodos terrestres que nos permiten mejorar nuestro entendimiento a cerca de la evolución de los tetrápodos, después de todo es nuestro propio linaje evolutivo. Cabe destacar que ya algunos actinopterigios poseen su dermatocráneo escondido debajo de una capa de piel o tejido, lo cual lo convierte ya en un endoesqueleto de igual forma que el esqueleto axial o apendicular. Dado que los familiares más cercanos a los ripidistios fósiles poseen su dermatocráneo interno, nuestras descripciones del dermatocráneo de los tetrápodos primitivos también los representan de esta forma.

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Figura 30.6. Las huellas de Polonia "arriba" fueron dejadas por un tetrápodo primitivo con 6 dígitos claros, tal vez semejante a Acanthostega o Ichthyostega, pero mucho más atrás en el tiempo, lo cual obliga a repensar los cladogramas de los tetrápodos con respecto al tiempo. Un aspecto importante es que mientras todo el cuerpo fósil conocido hasta ahora es de animales de rio, las huellas de Polonia son de un ambiente oceánico, lo que hace pensar que la evolución de los tetrápodos está conectada al océano y no a los ríos.

  30.5 Los primeros Ripidistios

A parte de la especialización de la aleta y la presencia de pulmones, Eusthenopteron spp. es un pez bastante corriente, el cráneo se encuentra fusionado a la cintura especular por lo que no hay cuello "igual que en los peces modernos".  El hueso hioides se encuentra fusionado a la mandíbula por lo que se denomina hiomandíbula tal como ocurre en los peces modernos, hay presencia de opérculo y otras formaciones óseas en el cráneo (Coates, Ruta, & Friedman, 2008). Otra característica importante que vincula a Eusthenopteron spp con los tetrápodos, o por lo menos con los tetrápodos primitivos son sus dientes laberintodontos (Clack, Ahlberg, Blom, & Finney, 2012).

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Figura 30.7. En el modelo anterior tenemos una representación del esqueleto axial y apendicular anterior de Eusthenopteron fordii. (Verde) hueso hioides, (azul) arcos branquiales, (morado) dermatocráneo, (naranja) columna vertebral, (amarillo) aleta pectoral y (transparente) cintura escapular/pectoral.

El término laberintodonto refiere a un modo como se pliega la dentina y el esmalte, el cual por suerte también se fosiliza. Lo importante de este tipo de plegamiento es que, es extremadamente común en la gran mayoría de "anfibios en sentido laxo" más primitivos, por lo que es un carácter fuertemente tetrapodomorfo.

  30.6 Panderichthys y otros elpistostegalios

De este tipo de peces se sabe en la actualidad que existieron dos linajes principales, el primero, que es el más conocido, evolucionó en un ambiente de agua dulce, probablemente de lagos, lagunas riachuelos u charcas que se desecaban estacionalmente. Estos organismos tienden a poseer cráneos aplanados y a poseer una dentadura predatoria al igual que sus ancestros ripidistios. El segundo grupo, que solo se conoce por fragmentos o huellas habitó los océanos poco profundos (Niedźwiedzki, Szrek, Narkiewicz, Narkiewicz, & Ahlberg, 2010). Debido a la ausencia de fósiles directos del segundo grupo, que a pesar de ser el menos conocido, sí que es el más antiguo, deberemos presentar los rasgos de los elpistostegalios en base al grupo que habitó los ambientes de agua dulce. Evidentemente esperamos que algún día se descubran elpístostegalios en ambientes marinos que corroboren las huellas de Polonia.  De momento proseguiremos con lo que si tenemos. Unos de los fósiles que se acerca más a la fisonomía de los tetrápodos terrestres que a Eusthenopteron spp., es Panderichthys spp., quien es conocido por dos especímenes, uno incompleto que preserva parte del cráneo, y otro más completo (Boisvert, 2005).

La parte ósea superior de la hiomandíbula es mucho más corta que en Eusthenopteron spp, aunque aún se encuentra conectada a la mandíbula por medio de los arcos branquiales (Brazeau & Ahlberg, 2006). La estructura externa del cráneo es semejante a otros elpistostegalios más cercanos a los tetrápodos, pero eso es solo la forma, su estructura interna posee rasgos mucho más cercanos a los del Eusthenopteron spp (Ahlberg, Clack, & Luk&sbreve, 1996).

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Figura 30.8. En la imagen anterior presentamos un modelo del cráneo y el esqueleto anterior  de Panderichthys: (Verde oscuro) el hueso hioides, (verde claro) hiomandíbula, (azul) arcos branquiales, (púrpura) condrocráneo, (amarillo) quiridio, (naranja) columna vertebral, (rosa) escapulocoracoides, (blanco) cintura pectoral, (transparente) dermatocráneo.

En términos filogenéticos, este fósil representa una reliquia evolutiva que eras pasadas, en términos muy anacronísticos, es un fósil, que para su tiempo era un fósil viviente. Esto se debe a las muy mencionadas huellas de Polonia, que con seguridad nos indican la presencia de tetrápodos anteriores a Panderichthys spp. Los elpistostegalios pueden considerarse como peces con patas-aletas, de estos solo se han encontrado dos con sus quiridios, Panderichthys spp. y Tiktaalik roseae. Se conoce cierta diversidad de elpistostegalios con patas-aletas, pero la mayoría de los fósiles son fragmentos del cráneo o la mandíbula, por lo que se puede decir que se conoce más de la evolución del cráneo o de la mandíbula que de las extremidades. A parte de Panderichthys spp., las especies mejor conservadas son Tiktaalik sp., y Ventastega sp.

  30.7 Tiktaalik rosae

Muy semejante a Panderichthys spp., a simple vista, aunque posee características más de tetrápodo en algunas cosas y más de pez en otras, si lo sé, es confuso, pero los procesos de diversificación de los seres vivos pueden ser todo lo que ustedes deseen, menos lineales o con alguna "finalidad". Aunque pueda sonar repetitivo, lo importante de un fósil transicional son sus características, pues en ningún momento se asume que, Tiktaalik roseae sea el ancestro común de los tetrápodos posteriores (Shubin, Daeschler, & Jenkins, 2014).

La característica más gloriosa de Tiktaalik roseae es que la cintura escapular se encuentra desconectada del cráneo, lo que le permitía a este moverse utilizando las vértebras de la columna (Daeschler, Shubin, & Jenkins, 2006), a esto normalmente se le denomina cuello, ningún pez moderno posee tal característica aparentemente única de los vertebrados terrestres, pero tenemos aquí a un pez óseo que la posee. Varios huesos como los huesos cleitro del dorso y los occipitales se pierden durante el proceso, por lo que, en términos de complejidad, la nueva cintura escapular de Tiktaalik roseae es más simple que la de los demás peces óseos. El cráneo tiene una forma similar a la de Panderichthys spp, pero es más grande, aplanado y con cavidades oculares más grandes.

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Figura 30.9. Representación de la región anterior de Tiktaalik, se puestra con claridad la posición del cuello, y la separación entre el cráneo y la cintura escapular con los huesos cleitro, escapulocoracoides y el quiridio primitivo.

Desaparece el opérculo y varios huesos del hocico se fusionan. Los peces tienden a tener una gran cantidad de huesos en la punta del cráneo y la presencia de opérculo, mientras que los tetrápodos tienden a tener huesos fusionados sin opérculo. El hueso hioides presenta una reducción comparado con Panderichthys spp, y el sistema respiratorio es diferente (Daeschler et al., 2006).

  30.8 Ventastega

No tan conocido como la mayoría de los aquí expuestos, tal vez sea por el hecho de que de él solo se conoce el cráneo y algunos elementos de sus dos cinturas, aunque por lo menos bastante completo. Inicialmente a Ventastega curonica se lo descubrió por solo su mandíbula, esto se debe al hecho de que las mandíbulas inferiores de todos los tetrápodos primitivos son bien características y bien diferentes de las de los peces (Ahlberg, Clack, Lukševičs, Blom, & Zupiņš, 2008; Per E Ahlberg & Luksevics, 1998).

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Figura 30.10. Ventastega curonica, al igual que T.roseae poseía un cuello flexible, pero la ausencia del quiridio impide saber si sus dígitos portaban radios dérmicos o no.

El tamaño, la forma y la configuración del cráneo son prácticamente intermedias entre Tiktaalik roseae y Acanthostega spp, en especial en cuanto al oído se refiere, antes se pensaba que el paso del oído entre los ancestros de T. rosae y Acanthostega sp., habían presentado un salto morfológico súbito, V. curonica sugiere que fue un proceso completamente gradual.

  30.9 Acanthostega gunnari

 En los tetrápodos el hueso hioides no se encuentra unido a la mandíbula, en ellos, se encuentra unido a una cavidad del cráneo llamada fenestra ovalis o fenestra vestibuli (Clack, 1992, 1994). En Acanthostega gunnari puede observarse claramente que el hueso hioides ya se encuentra anclado a la fenestra.

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Figura 30.11. En la siguiente figura mostramos el modelo de la parte anterior del esqueleto de A. gunnari. (Púrpura) el dermatocráneo-condrocráneo, (Verde) el aparato hioides unido a la fenestra craneana, (azul) arcos branquiales reducidos, (Anaranjado) Esqueleto axial con huesos intercostales reforzados, (Rosa) el escapulocoracoides unido al  (blanco) resto de la cintura escapular, (amarillo) el quiridio con ocho dígitos, (transparente) la mandíbula.

  30.10 Ichthyostega y otros tetrápodos primitivos

A finales del devónico también vivió otro tetrápodo con adaptaciones más marcadas para la vida en tierra firme, nos referimos a Ichthyostega spp. Su columna vertebral es robusta y diferenciada en diferentes secciones (Ahlberg, Clack, & Blom, 2005). La cintura pélvica es grande y robusta, con puntos de anclaje para músculos más grandes, lo que sugiere capacidad para incursionar en tierra seca (Coates & Clack, 1990). La construcción de las extremidades es similar a la de Acanthostega gunnari, con siete dedos (Laurin, Girondot, & de Ricqlès, 2000), y con uniones al tobillo no muy aparentes. (Coates and Clack 1990). La arquitectura general de los brazos permite más el movimiento en aguas someras que la caminata impulsada en tierra, algo semejante a como se mueven los peces saltarines de fango modernos Periophthalmus spp., (Coates and Clack 1990). Otro tetrápodo semejante, aunque conocido solo por fragmentos es Elginerpeton pancheni (Ahlberg, 1995).

31. El cráneo en los anfibios modernos

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Los cráneos de los anfibios modernos son versiones muy simplificadas en comparación de los tretrápodos primitivos y de los primeros anfibios que poblaron la tierra durante el periodo carbonífero, muchos de los huesos dérmicos se pierden o se fusionan para formar huesos compuestos.  El cráneo de los anfibios primitivos recuerda más al de los tetrápodos como Ichthyostega spp. que a los anfibios modernos, tratándose de cráneos aplanados, complejos y pesados “Figura 31.1”.

  31.1 Cecilias

En las cecilias los cráneos son compactos y están firmemente osificados “Figura 31.2”, a pesar de que el patrón de los huesos del dermatocráneo puede llegar a ser muy variable. En cualquier caso, el rasgo que se observa en los peces de aleta lobulada modernos y en algunos rasgos fósiles se observa ya con estricta claridad en los anfibios, el dermatocráneo se ha internalizado convirtiéndose en parte del endoesqueleto general.

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Figura 31.1. Cráneo de un anfibio primitivo, se caracteriza por ser semejante al de los tetrápodos, siendo complejo y pesado.

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Figura 31.2. Las cecilias muestran el cráneo con caracteres más ancestrales de entre todos los anfibios, siendo un cráneo sólido y complejo, aunque no tan aplanado.

  31.2 Salamandras

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Figura 31.3. En el modelo podemos apreciar detalles del cráneo de la salamandra "Nectururs spp" a la izquierda se encuentra el dermatocráneo "rosa", el esplancnocráneo "amarillo" y el dondrocráneo "azul", a la derecha solo se observa el esplancnocráneo y el dondrocráneo.

En las salamandras el condrocráneo consiste en un anillo formado por los huesos occipitales en la parte trasera, los huesos ócticos en la parte lateral trasera, los cartílagos trabeculares en los laterales y la placa etmoides formando el hocico en la región delantera. Cabe destacar que algunas regiones de este condrocráneo son literalmente de cartílago “condros”. El piso de la bóveda craneana está compuesto por dermatocráneo, específicamente el hueso maxilar, debido a que el condrocráneo forma una enorme fenestra, en otras palabras, el condrocráneo forma las paredes del cráneo, pero no su piso.

  31.3 Sapos y ranas

En los anuros la osificación del condrocráneo es muy variable, usualmente solo con cinco huesos presentes, mientras que los demás componentes son cartílagos. Los huesos nasales de los anuros son más simples que en las salamandras, presentando una menor cantidad de huesos.

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Figura 31.4. En la imagen anterior tenemos el movimiento de la cintura escapular y del aparato hioides a la hora de abrir la boca en un anfibio. A pesar de que ambas estructuras ya no conectan a la mandíbula inferior por músculos o ligamentos, la presión que hacen contra los músculos y la piel ayudan a incrementar el volumen interno de la garganta, lo cual crea la presión negativa para succionar a la presa.

Tanto en las ranas como en las salamandras un solo hueso se expande para formar el paladar “y el piso de la bóveda craneana”, el cual se encuentra coronando el resto de los huesos del paladar único. En la siguiente figura podemos apreciar el modelo del cráneo de una rana: dermatocráneo "rosa", condrocráneo "azul" y esplancnocráneo "amarillo". Hay que señalar como el hueso estribo "Stp" es el único componente del oído medio, dado los homólogos del martillo y el yunque aun hacen parte de la mandíbula. El esplancnocráneo, que es uno de los componentes principales del cráneo de los peces reduce su funcionalidad en los anfibios, como habíamos mencionado anteriormente, ya en los tetrápodos su función como apoyo al aparato masticador se pierde, rasgo retenido en los anfibios. El movimiento masticador se encuentra en manos del aun importante hueso cuadrado que articula a una pieza importante del dermatocráneo, el hueso dentario.

Los arcos branquiales se manifiestan de forma funcional, incluyendo al arco hioides como soporte de las branquias externas en los renacuajos, pero al igual que en los dipnoos –y probablemente en los tetrápodos primitivos –al llegar la etapa de la metamorfosis ocurre una simplificación, las branquias se pierden, el animal emplea la respiración pulmonar y en consecuencia los arcos branquiales se reducen para fusionarse al aparato hioides que ahora se encuentra asociado a un pliegue muscular muy potente, la lengua. Las salamandras usualmente emplean la alimentación por succión cuando son renacuajos, en este sentido su boca se expande generando un vacío, el cual genera un flujo de agua hacia el interior de la boca arrastrando consigo a la presa.

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Figura 31.5. En la imagen anterior tenemos el movimiento de la cintura escapular y del aparato hioides a la hora de abrir la boca en un anfibio. A pesar de que ambas estructuras ya no conectan a la mandíbula inferior por músculos o ligamentos, la presión que hacen contra los músculos y la piel ayudan a incrementar el volumen interno de la garganta, lo cual crea la presión negativa para succionar a la presa.

En este sentido el aparato hioides aun ayuda a presionar la tráquea hacia abajo, permitiendo una mayor amplitud de la boca.  A pesar de que las branquias de las salamandras e estado de renacuajo son externas, aun poseen las ancestrales hendiduras branquiales, aunque en este caso las denominamos hendiduras faríngeas ya que no están asociadas a las branquias. Resulta interesante el hecho de que las hendiduras faríngeas son empleadas con una de las funciones ancestrales. Esta función es la de eliminar el exceso de agua que ingresa por la boca generando un flujo unidireccional para el filtrado. Los peces también emplean un flujo unidireccional de agua al alimentarse, filtrando el alimento del agua u otros líquidos. De hecho, es común que cuando un tiburón se encuentra en medio de un frenesí alimentario, que la sangre de su presa salga por sus hendiduras faríngeo-branquiales. Cuando las salamandras experimentan la metamorfosis, las hendiduras faríngeas se cierran junto con la perdida de las branquias y de los arcos branquiales. Esto cierra la salida de agua. En tal sentido las salamandras acuáticas deben expulsar por la boca el exceso de agua, por lo que se dice que, en su proceso de alimentación, el flujo de agua es bidireccional. En la tierra los anfibios emplean comúnmente una lengua larga impulsada por un aparato hioides fuertemente desarrollado. Dicha lengua se encuentra cubierta por secreciones pegajosas que atraen a la presa, que usualmente es un artrópodo hasta la boca, donde los músculos y los dientes “de estar presentes” terminan el trabajo.

32. El cráneo en los amniotas primitivos

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Los primeros amniotas eran pequeños y en muchos sentidos prácticos, si viéramos uno reptando por nuestros pisos lo confundiríamos fácilmente con lagartijas. Sin embargo, a partir de los amniotas se separan dos líneas principales, la que da a los reptiles y aves; y la que da a los mamíferos.

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Figura 32.1. El cráneo de Paleothyris, un amniota primitivo, se resalta su carencia de fenestras “huecos craneales que poseen los reptiles modernos”, lo cual lo convierte en un típico anápsido, y lo diferencia de los reptiles modernos como las lagartijas que presentan un orificio secundario detrás de las cuencas oculares en la posición del hueso escamoso "Sq".

  32.1 La fenestración

En los amniotas uno de los rasgos evolutivos más importantes, y que en sus diferentes rasgos se emplean como sinapomorfias para delinear los procesos evolutivos y dar nombre a los grupos taxonómicos es la fenestra. La fenestra es una abertura del cráneo justo por detrás de las aberturas para los ojos y que no tiene ninguna relación con el espiráculo octico. En general los tetrápodos primitivos tienen cráneo de anfibio-pez, es decir no poseen fenestras, las únicas aberturas en los cráneos son las cuencas oculares, las narinas y el orificio pineal.

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Figura 32.2. La falta de fenestración puede ser ancestral o derivada de ancestros fenestrados: los mamíferos y las aves han fusionado sus fenestras con otros orificios o con los bordes del cráneo haciendo que sean anapsidos secundarios, mientras que las tortugas no se sabe si son anápsidas por ancestría directa o por modificación secundaria, aunque parece ser que la segunda hipótesis es la más probable.

En estos animales el hueso cuadrado en la parte posterior de la mandíbula se encuentra separado del epipterigoides, ambos mucho más pequeños de lo que se encuentra en los peces. El aparato hioides se encuentra reducido, y los arcos branquiales ausentes. Al igual que en los anfibios adultos el aparato hioides cumple dos funciones, la primera es darle apoyo a la lengua y la segunda formar el hueso estribo, que permite la transmisión del sonido, desde el oído medio hasta el oído interno. Con respecto a la fenestra, estos orificios se encuentran asociados a una mayor musculatura o a tendones más voluminosos, lo cual fortalece la fuerza de la mordida, lo cual compensa en cierta medida las pérdidas del aparato hioides y la cintura pectoral en la función del aparato masticador. Esto le permitió a los diferentes grupos de amniotas morder con potencia y alimentarse de presas más fuertes y duras que un simple artrópodo.

  32.2 Taxonomía y evolución

A partir de los primeros amniotas evolucionaron muchos otros grupos, a los cuales tratamos de diferenciar por su patrón de fenestración. En este sentido es bueno resaltar cierta nomenclatura para los grupos taxonómicos. Los grupos con la forma ancestral se denominan anápsidos totales en los cuales no existe fenestra ni ningún otro tipo de estructura análoga que cumpla la misma función.

  32.3 Anápsidos secundarios

Luego están los anápsidos modernos como las tortugas. En las tortugas una hendidura del borde posterior del cráneo “una cuerva en la región occipital” cumple la misma función de la fenestra, pero al tratarse de una estructura que emerge de huesos diferentes se la considera una analogía evolutiva y no una homología, ergo las tortugas se siguen clasificando como sin fenestras “anápsidos”.

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Figura 32.3. Cráneo de tortuga.

  32.4 Eurápsidos y sinápsidos

Si tienes fenestra la puedes tener en la parte superior del hueso escamoso o en la parte inferior del hueso escamoso, y en consecuencia te clasificas respectivamente como euriápsido o sinápsido. Pero si tienes dos fenestras tanto arriba como abajo del escamoso te clasificas como un diápsido. Los euriápsidos no duraron mucho, pero los diápsidos y los sinápsidos vivieron para contar nuevas historias, historias de modificaciones secundarias. Por ejemplo, el linaje de las lagartijas modernas se caracteriza por tener una fenestra enorme más grande que la cuenca ocular “Figura 32.4

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Figura 32.4. En los reptiles del linaje de las lagartijas se aprecian dos fenestras craneales postoculares claras.

En las serpientes la fenestra inferior se alarga hasta crear una sola apertura al fusionarse con la fosa ocular.  En los lagartos diápsidos el borde del paladar anterior se pierde haciendo que la fenestra inferior y la apertura ocular, queden abiertas hacia la garganta del animal. Las aves sufren un destino similar a las serpientes, la fenestra inferior se agranda y se fusiona con la fosa ocular. Esta fusión no se ve en las primeras aves como Archaeopteryx spp., donde la fenestra es visible fácilmente “Figura 32.5”, pero en las aves modernas la fenestra se ha fusionado con la cuenca ocular.

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Figura 32.5. En dinopollos como Archaeopteryx se puede apreciar un cráneo de dinosaurio-reptil. Los cráneos de los dinosaurios tenían muchas más fenestras que los lagartos, pero las aves modernas las han perdido casi todas.

Los sinápsidos solo mantuvieron la fenestra en las formas ancestrales como en los pelicosaurios, los mamíferos modernos por el contrario experimentan un agrandamiento de la fenestra, la cual se fusiona con la fosa ocular, para luego reducirse en algunos linajes el orificio completo, dando la apariencia de una bóveda cerrada. Hay que destacar que la estructura del cráneo humano es la típica de un mamífero y por eso tenemos la tendencia a pensar que todos los cráneos son bóvedas cerradas. En los grandes felinos se puede apreciar claramente el espacio de la fenestra postocular y el de la cuenca ocular, esta fenestración es importante ya que, nuevamente, allí se anclan músculos poderosos para la mordida de los gatos “Figura 32.6”.

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Figura 32.6. En los mamíferos las fenestras postorbitales se fusionaron con las cuencas oculares, aunque en los carnívoros, estas hendiduras aún se mantienen como surcos donde se anclan músculos poderosos, en los primates como el humano solo nos sirven para tener mejillas adorables.

33. El cráneo en los reptiles

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Los reptiles son un grupo muy antiguo, su evolución en la actualidad se rastrea hasta el periodo carbonífero donde eran representados por pocas especies, el periodo en que experimentaron una fuerte radiación fue durante el pérmico, donde sus adaptaciones a los rigores de la vida en el suelo seco les favorecieron enormemente. Debido a su enorme diversidad resulta complicado hacer referencia a un solo cráneo reptiliano. Sin embargo, la distinción de la fenestración y otros  rasgos nos permiten plantear una hoja de ruta para nuestro análisis.

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Figura 33.1. Por un lado, tenemos que los dos principales linajes de los amniotas que lograron sobrevivir hasta el día de hoy fueron los saurópsidos o reptiles en sentido estricto y los sinápsidos (B) que dieron lugar a los mamíferos. Dejando de lado los mamíferos, el linaje de los saurópsidos puede dividirse en dos grupos principales, el de los anápsidos (A) y el de los romeriidos. Los anápsidos (A) son aquellos reptiles amniotas que retinen el rasgo ancestral de no presentar una fenestra craneana detrás de los ojos, allí se clasifican a todos los saurópsidos más cercanos a las tortugas que a las serpientes. Por otra parte los romeriidos agrupan a todos los diápsidos (C) junto con linajes más cercanos a estos que a las tortugas.

Uno de los temas principales cuando se analiza la anatomía y la fisiología comparativas de los reptiles en sentido estricto es la quinesis craneana, la cual dota a estos animales de enormes capacidades para mover sus mandíbulas reacomodándolas según la necesidad, y aunque las serpientes son las que presentan las adaptaciones más impresionantes, no son las únicas. A continuación, examinarlos los tipos de quinesis craneana de los saurópsidos y posteriormente analizaremos los cráneos de algunos reptiles tipo sin olvidar que, algunos linajes han experimentado adaptaciones que los alejan de estas descripciones.

  33.1 Quinesis craneana de los reptiles

Los elementos craneanos de los reptiles exhiben una gran variabilidad de movimientos. Los cráneos con mayor quinesis se encuentran en cierto grupo de lagartos que evolucionó a una forma sin patas y con cuerpos muy largos, de decir, las serpientes. Existe un rasgo distintivo denominado articulación transcraneal, el cual actúa como una bisagra transversa que se extiende a través de la pared craneal. Dependiendo de la posición de esta bisagra se aplican tres nombres diferentes. Cuando la bisagra pasa por detrás del cráneo, permitiendo la rotación del neurocráneo y el dermatocráneo externo, el cráneo se denomina metaquinético.

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Figura 33.2. En el modelo anterior podemos ver la idea de la bisagra craneana, el neurocráneo es representado como la parte más interna del cráneo, su piso y su pared posterior "huesos occipitales", el cual puede permanecer inmóvil con respecto al dermatocráneo "metaquinesis", en otros casos el neurocráneo parece como si se hubiese partido, si el corte se encuentra detrás de los ojos se denomina mesoquinesis y si es delante de los ojos es proquinesis.

Si la articulación pasa a través del dermatocráneo como si este estuviera partido con un cuchillo justo detrás de los ojos se lo denomina como mesoquinético. Si la articulación pasa a través del dermatocráneo como si este estuviera partido con un cuchillo justo delante de los ojos se lo denomina como proquinético. El cráneo puede tener una bisagra “monoquinético” o dos bisagras “diquinético”. Adicionalmente, un solo cráneo puede tener más de un tipo de bisagras, si solo tiene una se lo denomina monoquinético, y si tiene dos diquinético. La mayoría de los reptiles modernos son diquinéticos, y de las tres quinesis la más común es la proquinesis, especialmente en las serpientes y en las aves.

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Figura 33.3. Básicamente la estreptostilia es cuando el hueso cuadrado puede rotar con respecto al dermatocráneo aumentando la movilidad del hueso angular.

En los reptiles el hueso cuadrado se encuentra involucrado en el sistema masticador, al punto de incrementar el radio de rotación de la mandíbula, esta tendencia evolutiva se opone a su destino en los mamíferos donde termina siendo parte del aparato auditivo. A la capacidad del hueso cuadrado de incrementar la movilidad de la mandíbula se la denomina estreptostilia.

  33.2 Tortugas, anápsidos

Tradicionalmente el término de reptiles anápsidos y anápsida se han empleado como sinónimos, como si se tratara de un grupo monofilético en el cual, los reptiles anápsidos representan los antecesores evolutivos de los anápsidos modernos, más los demás amniotas fenestrados, en la actualidad se piensa que la condición sin fenestra “anápsida” de las tortugas obedece a una reversión evolutiva secundaria, más que a la adquisición directa del rasgo ancestral.

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Figura 33.4. Vista dorsal del cráneo de una tortuga donde se muestran las emarginaciones en la parte posterior del cráneo "la nuca".

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Figura 33.5. Vista lateral del cráneo de una tortuga, estos cráneos son altamente sólidos por lo que muchos huesos parecen estar fusionados, como los de las mandíbulas "dentario (D) o angular-articular (AN-AR), el cuadrado-jungal (QJ) también es un hueso relativamente grande.

En otras palabras, el cráneo sin fenestra es el rasgo ancestral para todos los amniotas y no puede emplearse para definir evolutivamente a sus descendientes. Lo anterior implica que los ancestros evolutivos de las tortugas pueden ser diápsidos como todos los demás romeriidos. Sin importar que se trate de una condición secundaria u original, todos los anápsidos poseen una condición análoga a la fenestra que reemplaza su función y es la emarginación craneal. Las fenestras son orificios en el cráneo que aumentan la superficie de unión y almacenamiento a ligamentos y músculos que van a la mandíbula. Para compensar la falta de fenestras y aun así poseer una mordida potente las tortugas poseen emarginaciones en el borde posterior del cráneo.

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Figura 33.6. A pesar de que las tortugas carecen de dientes, sus labios se encuentran altamente queratinizados para formar placas muy duras, las cuales permiten realizar una mordida potente. A diferencia de estas, la mayoría de los anápsidos fósiles presentan dientes con una gran variabilidad.

  33.3 Tatuaras

Una gran cantidad de reptiles modernos son los miembros sobrevivientes de la radiación de los diápsidos, su nombre sinónimo es el de saurópsidos, que significa con cara de reptil. Cladísticamente este grupo incluye a las aves en cualquiera de sus hipótesis evolutivas, ya sea la descendencia por arcosaurios o por dinosaurios, pero en los libros de texto las aves se las trata como una clase diferente en un capítulo independiente.

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Figura 33.7. Vista de 3/4 del cráneo de una tatuara donde se observa con claridad las fosas nasales, oculares y las cuatro fenestras, pero el orificio pineal no.

Ya trabajamos a las tortugas y excluyendo a las aves, tenemos que los principales grupos de saurópdidos a describir son los lepidosaurios y los cocodrilianos más cercanos a los cocodrilos que a las aves. Los lepidosaurios son representados por los lagartos, las serpientes, las tatuaras y los anfisbénidos. De estos solo nos preocuparemos por el cráneo de las tatuaras –en el presente artículo– y por el cráneo de los lagartos y las serpientes en los siguientes artículos.

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Figura 33.8. En esta vista sdorsal si se alcanza a apreciar el orificio pineal.

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Figura 33.9. El maxilar de una tatuara también se caracteriza por (A) una hilera doble de dientes cónicos que son extensiones del propio maxilar y (B) por dientes frontales en forma de cuña.

Las tatuaras presentan algunos de los rasgos más ancestrales de todos los lepidosaurios, tanto en sus especímenes fósiles como en sus descendientes actuales, en este sentido las dos especies sobrevivientes pueden clasificarse como fósiles vivientes a pesar de que otros rasgos si han experimentado variación. Sus cráneos presentan una morfología diápsida típica, aunque la fenestra superior solo se aprecia en una vista dorsal. Sus cráneos poseen una quinesis limitada cuando se los compara con otros reptiles lepidosaurios, por ejemplo, carecen de la bisagra transcraneal o de un paladar móvil. En consecuencia, su dermatocráneo es rígido. A pesar de lo anterior, presentan un hueso cuadrado que amplifica la movilidad del hueso dentario –la mandíbula inferior –lo cual permite que la mandíbula pueda reorientarse de forma efectiva hacia las presas.

  33.4 Squamata, lagartos

Nuevamente, hablaremos de squamata excluyendo a las serpientes, que serán el foco de la siguiente sección.

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Figura 33.10. Anatomía lateral del cráneo de un lagarto.

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Figura 33.11. Cráneo de lagarto monitor, se observa como la fenestra inferior abre directamente al hueso surungular/angular/articular, mientras que la fenestra superior se encuentra en la región de la nuca en una posición dorsal.

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Figura 33.12. El cráneo de un camaleón también muestra como la fenestra inferior conecta a la mandíbula, mientras que la fenestra superior se encuentra en posición dorsal-posterior.

El cráneo de los lagartos es semejante al de las tatuaras excepto por un pequeño detalle, el hueso se encuentra por debajo de la fenestra inferior, llamado barra temporal inferior no está presente. La pérdida de este hueso hace que el cráneo pierda rigidez, permitiendo la estreptostilia completa, en la que el hueso cuadrado puede moverse con mayor libertad aumentando la rotación de la mandíbula. Adicionalmente, la perdida de la rigidez del cráneo promueve que este pueda experimentar la mesoquinesis.

Los lagartos más primitivos poseían un cráneo monoquinético con una bisagra en la región occipital, haciendo de su cráneo metaquinético. Los reptiles modernos poseen una segunda bisagra generalmente antes de las fosas oculares, generando un cráneo móvil de dos bisagras. El sistema en total opera como si estuviera constituido por cuatro barras a cada lado que permiten alterar la forma de la mandíbula como si se tratara de una llave inglesa.

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Figura 33.13. En el modelo anterior podemos ver el fenómeno de llave inglesa del cráneo de los lagartos formalmente llamado sistema de doble bisagra del cráneo de un lagarto, en el cual la forma de la mandíbula puede cambiar para ejercer la mayor fuerza posible en una presa sin que escape.

Lo anterior permite que la mandíbula reorganice la posición de sus dientes, de forma tal que toda la fuerza de la mordida sea aplastante, si este cambio de postura no pudiera realizarse, la fuerza de mordida tendría una componente que empujaría a la presa hacia el exterior de la boca, incrementando la tasa de fallas en las cacerías. A pesar de que los cráneos de algunos lagartos especializados, especialmente herbívoros presentan un cráneo monoquinético, dicha condición parece deberse a una perdida secundaria de la doble bisagra, esto se explica por el hecho de que las plantas no escapan, y en consecuencia la doble bisagra no es necesaria.

Hay que recordar que estas adaptaciones tienen dos problemas, la primera es que cuestan energía metabólica para producirlas o traen otros inconvenientes secundarios, como una fragilidad del cráneo en los combates, si los beneficios de una adaptación desaparecen y solo quedan sus perjuicios, esta es rápidamente suprimida a través de la selección natural.

  33.5 Squamata, serpientes

En las serpientes, el techo de los huesos frontal y parietal han crecido hacia abajo alrededor de los lados del cráneo para formar las paredes de la bóveda craneana real. En otras palabras, a diferencia del cráneo de los demás lagartos que es prácticamente un mal chiste en términos de protección, debido al enorme tamaño de sus fenestras, en las serpientes si existe un verdadero sistema envolvente para el cráneo. La hipertrofia de los huesos frontal y parietal absorbe fusionando a muchos otros huesos del dermatocráneo. Debido a esta alta especialización, la quinesis del cráneo de las serpientes también es diferente, ellas son proquinéticas, es decir, la bisagra que aumenta la movilidad del cráneo se encuentra frente a las fosas oculares y detrás de las fosas nasales.

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Figura 33.14. Las serpientes pueden dividirse en dos tipos, aquellas que poseen la quinesis de un lagarto como las boas constrictoras, cuyo cráneo vemos a continuación

A pesar de lo anterior, hay que admitir que el espacio entre los ojos y las fosas nasales de una serpiente no es muy largo, la mayor parte de la movilidad de sus cráneos proviene de una reconfiguración de los huesos laterales del cráneo. Tanto las barras de la fenestra superior como inferior se pierden, generando una superfenestra con una abertura hacia la mandíbula. El hueso cuadrado aún conserva su alta movilidad, aunque la articulación con el hueso articular es más débil. El sistema de movilidad del cráneo de las serpientes, especialmente de las víboras venenosas es muy complejo y puede ser modelado como un sistema de ocho barras móviles en lugar de cuatro como en los demás lagartos.

Los huesos dentarios no se encuentran fusionados en su vértice anterior, lo cual permite que cada lado pueda moverse de forma independiente como si se tratara de pequeños brazos en la boca. Esto es especialmente importante durante la alimentación, ya que las serpientes carecen de brazos reales, los huesos dentarios crean un movimiento independiente que ayuda a que la presa sea tragada con facilidad, mientras que la tráquea al encontrarse casi en la punta de la boca no se obstruye.

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Figura 33.15. Y el cráneo de las víboras venenosas con una quinesis superior, como la que vemos a continuación.

No es verdad que las serpientes disloquen sus mandíbulas al tragar, el punto es que su sistema mandibular es tan complejo que lo pueden rotar y expandirlo para acomodarlo a la forma de la presa, en este sentido vuelve a jugar la analogía con una llave inglesa en la que la mandíbula se adapta a la forma de la presa. Es solo que en este caso se conformaría una llave doble con articulaciones extra.

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Figura 33.16. El modelo anterior trae un error, y es que el hueso dentario no se encuentra fusionado en el mentón. Esto les permite abrir sus mandíbulas (YouTube1 / YouTube2).

  33.6 Cocodrilos

 Los cocodrilos junto con las aves representan los únicos arcosaurios sobrevivientes, los demás linajes como los pterosaurios y los dinosaurios no aviares perecieron en la catástrofe del cretáceo-terciario hace 65 millones de años. El cráneo de los cocodrilos no es muy complejo con respecto a lo que ya hemos estudiado, siendo una combinación de condro-, esplancno- y dermatocráneo, aunque este último es el que tiende a predominar. El condrocráneo es el cráneo más interno y se encuentra en la región posterior –occipitales –del cráneo. Los componentes provenientes del esplancnocráneo son principalmente cuatro, el aparato hioides, el hueso estribo del oído medio, el hueso cuadrado y el hueso articular que a pesar de ser relativamente pequeños, aun hacen parte del sistema masticador y de la articulación entre el cráneo y la mandíbula.

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Figura 33.17. Vista ventral del paladar secundario o techo de la cavidad bucal de un cocodrilo

A diferencia de los lagartos, las barras que separan tanto las fenestras entre sí, como la fenestra inferior de la mandíbula están presentes, asemejándose en este sentido al cráneo de las tatauras. Esto hace del cráneo de los cocodrilos muy rígido y no existe evidencia de quinesis. De hecho esto explica porque los cocodrilos en lugar de masticar, simplemente giran cuando muerden. A pesar de lo anterior, existe evidencia de que los ancestros de los cocodrilos si poseían un cráneo quinético, sugiriendo que su linaje perdió este rasgo a lo largo de su proceso evolutivo, lo cual vuelve a mostrarnos que estos llamados fósiles vivientes si se distinguen de sus antecesores evolutivos, aunque sea en su estructura interna.

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Figura 33.18. En la imagen siguiente podemos apreciar la compleja anatomía de un del cráneo de un cocodrilomorfo, en azul el condrocráneo, en amarillo el esplancnocráneo y en rosa el dermatocráneo.

Tal vez el rasgo más desconcertante en el cráneo de los cocodrilos y parientes cercanos es la presencia de un paladar secundario, generado por la extensión hacia el interior de la cavidad bucal de los huesos premaxilar “el que está en la punta del hocico hasta la nariz” maxilar “productor de dientes en la mandíbula superior” y palatino, los cuales se fusionan en la región esfenoide. Junto con el hueso pterigoides estos huesos marginales producen un paladar secundario de hueso que crea dos cavidades, una nasal y otra bucal. Los cocodrilos modernos presentan otra fenestra, esta vez en los huesos angular y surungular, este es el secreto detrás de la mítica potencia de su mordida, pues igual que la fenestra del cráneo, este orificio es un sitio de anclaje para musculatura extra.

34. El cráneo en las aves, dinosaurios y pterosaurios

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Originalmente la anatomía comparada de Kardong, texto del cual baso estos escritos principalmente nos deja un enorme orificio en su explicación sobre los cráneos, y es la historia entre las aves y los cocodrilomorfos.

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Figura 34.1. Muchos cocodrilos primitivos si poseían la fenestra anteorbital como en el caso de Proterosuchus spp (Charig & Reig, 1970).

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Figura 34.2. El cráneo de un petorsaurio cuenta con las fenestraciones típicas de un arcosaurio "de hecho es un diápsido" pero carece de las fenestras mandibulares como en los dinosaurios.

Este espacio es llenado por los demás arcosaurios como los cocodrilomorfos primitivos, los pterosuairos y principalmente por los dinosaurios, así como las aves que si están en el texto. Uno de los rasgos comunes de los cráneos de las aves, los dinosaurios y los primeros arcosaurios es la presencia de una tercera fenestra, pero en esta ocasión justo en frente de los ojos denominada fenestra ante-orbital “las fenestras que hemos descrito hasta el momento son postorbitales ya que están detrás del orificio ocular” (Williams, 1997). A pesar de ser un rasgo ancestral de todos los arcosaurios, solo las aves lo conservan, mientras que los cocodrilomorfos modernos lo han perdido.

  34.1 Los dinosaurios

En el siguiente modelo podemos echar un vistazo general a las cavidades principales del cráneo de un dinosaurio, este cráneo representa a un saurópodo, pero sus fenestras son aplicables también a los terópodos.

Por otra parte, la cantidad de fenestras en los saurópodos aumenta en la medida que el linaje se hace más carnívoro, lo cual es un tema recurrente en los diápsidos, a mas carnivoría mas fenestras para una mordida más potente. Por ejemplo, el gran T. rex que tenemos en la siguiente imagen. De hecho, es característico de los dinosaurios depredadores tatanureos la presencia de una quinta fenestra ubicada justo antes de la fenestra ante-orbital denominada fenestra maxilar. En grupos como los tiranosaurios es relativamente grande, pero en otros como los dromeosaurios es una abertura relativamente pequeña.

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Figura 34.3. La fenestra anteocular o anteorbital es el rasgo más representativo, sin embargo, un grupo de dinosaurios carecía de él y fue el de los ornitisquios o dinosaurios con falsas caderas de ave.  En el modelo anterior tenemos a un saurisquio saurópodo en A que posee la tercera fenestra acumulando cuatro orificios evidentes en el cráneo, mientras que en el ornitisquio tenemos solo dos fenestras. Todos los ornitisquios conocidos son herbívoros y presentan un hueso extra en la mandíbula conocido como pedentario que ayudaba a moler la fibra vegetal.

El cráneo de los dinosaurios y arcosaurios primitivos posee la barra que separa las dos fenestras temporales “la inferior ubicada lateralmente y la superior ubicada dorsalmente”, por lo que se los puede clasificar como típicos diápsidos con fenestras extra.

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Figura 34.4. Fenestración del cráneo del T.rex.

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Figura 34.5. Velociraptor mongoliensis poseen el cráneo típico de un dinsaurio, pero su mandíbula posee dos fenestras mandibulares.

  34.2 Las aves modernas

Las aves también pertenecen al grupo de los diápsidos, de hecho, también pertenecen al gran grupo de los arcosaurios junto con los cocodrilos, a pesar de que la controversia de la descendencia arcosaurioa basal o la descendencia dinosauriana. Independientemente a la solución de dicha controversia –frete a la cual este blogger se decanta por la de los dinosaurios como más confiable –el cráneo de las aves es un cráneo modificado de diápsido con algunos rasgos especializados de arcosaurio. Las aves son organismos extremadamente especializados, lo cual incluye sus cráneos, los cuales son muy poco semejantes a los de un diápsido como un lagarto. El cráneo forma una bóveda real para almacenar el cerebro de tejido óseo, el cual generalmente posee un volumen considerable con respecto al cuerpo, en consecuencia, las aves tienden a ser animales muy inteligentes como por ejemplo los cuervos.

Las suturas del cráneo son muy finas, y los huesos parecen fusionados en el adulto. Los huesos palatinos son muy variados, pero generalmente muestran algún nivel de redición y aligeramiento que ya se muestra en algunos dinosaurios tatanureos como los maniraptores.

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Figura 34.6. Los cráneos de un ave moderna y un avialan muy primitiva, en amarillo (QJ) el hueso cuadrado-jugal, en rojo (J) el hueso Jugal, en verte (l) el hueso lacrimal y en azul (m) el hueso mandibular. Arriba tenemos un ave moderna y abajo al Archaeopteryx spp. Los dos huesos que experimentan cambios notables son el jugal y el maxilar. El jugal se hace más pequeño al igual que el mandibular, mientras que este último junto con el premaxilar y el dentario "que no se muestra" deja de producir dientes. (Derecha arriba) las partes del cráneo de un ave moderna.

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Figura 34.7. (Arriba) las partes del cráneo de un ave moderna. (Abajo)  la barra cuadradojugal es bastante evidente, así como la unión de las fosas oculares y de las fenestras postoculares en un solo orificio. También destaca la presencia de una fenestra preorbital justo antes de la fosa nasal.

Los huesos vómer y ectopterigoides son pequeños, los pterigoides son cortos y articulan generalmente con el hueso cuadrado que aun hace parte del aparato masticador, el hueso jugal es más delgado y pequeño que en otros maniraptores como Archaeopteryx app.

Al igual que las tortugas y algunos dinosaurios las aves modernas no poseen dientes, sus labios se queratinizan de forma que crean placas muy duras a las cuales llamamos picos. Este es sin embargo un rasgo extremadamente reciente, ya que muchas paleoaves tuvieron dientes incluso después de haber adquirido la mayoría de los rasgos que denominamos como estrictamente aviares.

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Figura 34.8. Cerraciones, estructuras análogas a los dientes, pero que no son de un origen anatómico común, las serraciones se derivan del pico que es un labio, los dientes reales.

Algunas aves han reemplazado la función de agarre de los dientes por estructuras especializadas del pico llamadas serraciones. Estas se consideran una analogía evolutiva, ya que a pesar de cumplir una función semejante y poseer una estructura externa semejante, provienen del reclutamiento de tejidos y órganos diferentes. En este caso para las serraciones, su origen está en los labios queratinizados o pico; mientras que los dientes verdaderos provienen de especializaciones del hueso maxilar y del hueso dentario.  En las aves con dientes reales el pico no genera dientes, sino el hueso maxilar y el hueso dentario. Dado que el dentario es más largo, este produce dientes hasta un punto más anterior del hocico del ave.

En cuanto a las fenestras, la barra que separa la fenestra superior de la fenestra inferior está ausente. La barra cuadradojugal que separa la fenestra de la mandíbula es larga y se extiende casi desde el pico hasta el eje de la mandíbula en el hueso cuadrado. El hueso cuadrado por su parte aun hace parte del aparato masticador, siendo el eje de mordida, adicionalmente posee una movilidad amplificada gracias a que es estreptostílico. No existe separación entre la fosa orbital y la fenestra postorbital, por lo que forman un solo orificio conjunto. La quinesis del cráneo de las aves es proquinética, es decir, existe una bisagra que permite a la región frente a los ojos elevarse de forma independiente al resto del cráneo, lo cual es muy funcional en las aves debido a que sus picos se extienden muy delante de sus ojos. Las aves son uno de los grupos de vertebrados más diversos, y la estructura de sus picos puede presentar diversas especializaciones secundarias, por ejemplo, en la rincoquinesis distal solo la punta del pico se abre para capturar presas que se encuentran alojadas en lugares muy estrechos.

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Figura 34.9. Los dientes reales se derivan de la gungivia, note que el pico presente en la mandíbula superior carece de dientes.

35. El cráneo en los sinápsidos

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Ahora iniciaremos con nuestro propio linaje familiar, los mamíferos evolucionarían a partir de los primeros anápsidos con apariencia reptiliana, y uno de sus principales rasgos fue una generación de adaptaciones para intentar regular la temperatura corporal.

  35.1 Los sinápsidos mamiferoides

Por ejemplo, los pelicosaurios eran sinápsidos o mal llamados “reptiles con rasgos de mamíferos”, aunque su apariencia externa recordara más a la de un saurópsido/diápsido. El cráneo de dimetrodon manifiesta una sola fenestra postocular que les da nombre como grupo “sinápsidos”. Un ejemplo típico de estos primeros reptiles con características de mamífero es Dimetrodón. En su cráneo se puede apreciar uno de los rasgos que distinguen a los sinápsidos de mamíferos posteriores y es la presencia de la barra del hueso postorbital que separa la fenestra de la fosa ocular, dicha barra desaparece en los mamíferos.

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Figura 35.1. (Arriba) Reconstrucción paleoartística de Dimetrodon; (Abajo) modelo del cráneo de Dimetrodon.

  35.2 Terápsidos

El linaje de los sinápsidos se encuentra asociado a otro linaje posterior, el de los terápsidos, los cuales experimentaron una radiación evolutiva con una enorme variabilidad en la forma del cráneo y más importante, en la estructura de los dientes. En los terápsidos comenzamos a observar cómo los dientes cónicos estándar de un euterio primitivo o de un diápsido son reemplazados por dientes especializados para funciones concretas, como por ejemplo los caninos desarrollados para penetrar las arterias de las presas como en Eotitanosuchia spp “Figura 35.2”.

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Figura 35.2. Reconstrucción paleoartística y cráneo de Eotitanosuchia.

Al contrario de lo que la cultura popular, obsesionada con la noción de la escala natural, los terápsidos no hacen parte de la fauna que prosiguió a la extinción de los dinosaurios, aun cuando los análisis cladísticos los posicionan como el linaje a partir del cual el nuestro derivó. Los terápsidos experimentaron su radiación evolutiva en las duras condiciones del desierto pérmico e incluso dominaron los ecosistemas del triásico temprano, hasta que los dinosaurios comenzaron a diversificarse y generar linajes dominantes a mediados y finales del triásico.

Algunos terápsidos eran depredadores y otros herbívoros. La sinapsis o fenestra única de los sinápsidos se encuentra enmarcada en su borde inferior por una conexión ósea entre el hueso jugal y el hueso escamoso que se arquean hacia el exterior del cráneo en la región de las mejillas. Esta barra compuesta por la fusión del hueso jugal y escamoso es denominada comúnmente como arco zigomático en la anatomía de los mamíferos y del ser humano. La fenestra tiende a hacerse más grande en los primeros sinápsidos, en los terápsidos y primeros mamíferos la barra que la separa de la fosa ocular desaparece, de forma tal que el cráneo adquiere una estructura anápsida convergente con solo dos aberturas en el cráneo.

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Figura 35.3. En el modelo anterior podemos apreciar una versión simplificada de los cráneos de algunos terápsidos hasta llegar a los primeros mamíferos y otros linajes paralelos. La fenestración es un rasgo que se conserva durante mucho tiempo en una gran cantidad de especímenes de terápsidos y que se pierde paulatinamente en los mamíferos y los tapinocelaios. En el linaje de los mamíferos la pérdida de la fenestra se debe no solo a la desaparición de su límite con la fosa ocular, sino a que el creciente cráneo empuja hacia el frente y hacia los lados, expulsando al hueso zigomático y la masa muscular hacia el exterior del cráneo.

36. El cráneo en los mamíferos

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Los huesos postparietales que son típicamente parejas especulares en los reptiles se fusionan en un único hueso, denominado interparietal medio en los terápsidos, el cual en los mamíferos puede incorporar “dependiendo del linaje” el hueso tubular con los huesos occipitales. Los monotremas son el linaje de mamíferos vivos más antiguo sobreviviente y retiene algunos rasgos ancestrales del cráneo sinápsido, incluyendo los huesos prefrontal, postfrontal y pleuroesfenoides, aunque sus huesos occipitales si se encuentran fusionados.

Sin embargo, el hecho de que retengan algunos rasgos ancestrales no implica que sean formas exactamente iguales a sus ancestros evolutivos, los monotremas también poseen rasgos especializados, por ejemplo, carecen de los huesos lacrimales de los mamíferos euterios, mientras que los huesos jugales son más pequeños y la estructura del oído medio es diferente tanto con los mamíferos euterios como con los sinápsidos.

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Figura 36.1. En el siguiente modelo tenemos a la izquierda el cráneo de un amniote primitivo y a la derecha el cráneo de un mamífero. En verde se señalan los huesos perdidos: (Prf) prefrontal, (Po) postorbital, (Po) postfrontal, (Qj) cuadradojugal, (St) supratemporal, (T) tubular, (Pp) postparietal.

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Figura 36.2. El cráneo del ornitorrinco muestra su falso pico de pato, este pico es una estructura análoga mas no homóloga con el pico de las aves.

El cráneo de los mamíferos representa un patrón de cráneo sinápsido altamente modificado en el cual la fenestra postorbital es, por un lado, fusionada a la fosa ocular y por el otro reducida debido al crecimiento de la bóveda craneana ocasionada por el crecimiento del cráneo. En los humanos el hueso zigomático genera una barra que discurre a través del borde posterior de cada una de las fenestras, separándola de la bóveda craneana. En cualquier caso, en los seres humanos la evidencia de fenestración es pobre debido a que la fosa ocular es muy grande. Algunos de los huesos perdidos durante este proceso de simplificación fueron el prefrontal, el postorbital “que separaba la fenestra de la fosa ocular”, el postfrontal, el cuadradojugal “que pasa a formar parte del zigomático”, el supratemporal y los occipitales.

  36.1 Los mamíferos euterios

Como se ha mencionado anteriormente, el concepto más relevante de la anatomía del cráneo mamífero es la bóveda rígida, lo cual trae dos tendencias evolutivas, la primera es la pérdida de las fenestras haciéndonos anápsidos secundarios, y la segunda es la fusión de los huecos para crear un cráneo más firme.

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Figura 36.3. Diagrama filogenético simple el proceso de pérdida de la fenestra postorbital. Dicha pérdida va a estar asociada a un desplazamiento de huesos para formar el oído medio óseo

En los mamíferos euterios “aquellos que poseen como principal sinapomorfia la presencia de un útero placentado”  el cráneo se caracteriza por poseer una serie de fusiones en centros separados de osificación, produciendo huesos compuestos, más grandes y más rígidos. El hueso occipital representa la fusión de los huesos basioccipital, los dos exoccipitales, el supraoccipital, el interparietal y tal vez partes del hueso tubular. El hueso occipital define los bordes del foramen magnum “el hueco por donde sale la médula” y compone la pared posterior de la bóveda craneana. El hueso esfenoides de los mamíferos, que compone las paredes laterales-frontales del cráneo también es una estructura compuesta por una variedad de huesos ancestrales como el orbitosfenoides, el presfenoides, el basisfenoides y el epilterigoides.

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Figura 36.4. A cada lado del cráneo, las paredes de la bóveda craneana hasta las orbitas están formadas el hueso temporal. El hueso temporal también es un hueso compuesto “imagen siguiente” por todas las partes ancestrales del cráneo “condrocráneo, esplancnocráneo y dermatocráneo”, las cuales son denominadas como porciones.

El dermatocráneo contribuye con el hueso escamoso y la bula timpánica “derivada del hueso angular” en muchos mamíferos. El condrocráneo contribuye con el hueso petroso, en sí mismo un derivado de los huesos proocticos y opistoticos. Cada uno de los tres huesos anteriores recibe el nombre de porción petrosa, porción timpánica y porción escamosa en el hueso fusionado. De las tres fuentes básicas tal vez el más interesante contribuyente es el esplancnocráneo, ya que este proporciona los tres huesos del oído medio “yunque, martillo y estribo”, así como con el hueso estiloides.

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Figura 36.5. Estructura y posición relativa de los huesos del oído medio en los amniotas primitivos a la izquierda y en los mamíferos a la derecha: Stapes "estribo", incus "yunque" y malleus "martillo".

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Figura 36.6. Placa cribriforme, sus poros permiten el paso de gases, los cuales a su vez atraviesan fácilmente la barrera hematoencefálica, por esto, las drogas consumidas como vapores de combustión llegan mas rápido al cerebro que a los pulmones.

En la mayoría de los tetrápodos la cápsula nasal permanece como una estructura de cartílago, pero no en los mamíferos endotérmicos. En ellos una porción del etmoides se osifica parcialmente para formar los huesos turbinados. Usualmente existen tres grupos de turbinados unidos a una serie independiente de huesos: nasoturbinado, maxiloturbinado y etmoturbinado. Las pares laberínticas de los turbinados apoyan una membrana mucosa al interior del pasaje nasal. El aire que ingresa es calentado y humedecido antes de ingresar a los pulmones, funciones que son particularmente importantes en los mamíferos ectodermos que habitan las regiones frías del planeta. ¿Han escuchado que un lápiz puede llegar al cerebro? Pues no es tan fácil como lo hacen ver en los Simpson ya que justo en el pasillo de la nariz y el cerebro existe una cápsula llamada mesetmoides que termina en un filtro llamado placa cribriforme “imagen siguiente resaltado en verde”.

Este elemento forma un tabique poroso “Figura 36.6” que separa la parte nerviosa que la parte respiratoria. Sus poros permiten el paso de los nervios que conectan al olfato, pero impiden que componentes cartilaginosos alcancen el cerebro en lesiones comunes como un tabique roto.

  36.2 El oído de los mamíferos

En artículos anteriores hemos hablado ya de la relación evolutiva entre elementos de la hiomandíbula y la mandíbula primitiva como el hueso articular y el hueso cuadrado con los tres huesos del oído medio en los mamíferos. En este artículo redondearemos algunas ideas al respecto. En primera instancia, cuando la idea de que el hueso articular y cuadrado estaban relacionados evolutivamente con los huesos martillo y yunque, esta pareció risible para muchos anatomistas, hasta que el registro fósil que apoyaba esta hipótesis presentó la tendencia de reducción paulatina innegable.

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Figura 36.7. Personalmente no me gustan los diagramas que muestran los procesos evolutivos linealmente, el objeto de esta sucesión en la cual se elige únicamente el linaje relacionado con los mamíferos es mostrar la gradualidad del proceso evolutivo de ciertas estructuras. En el modelo anterior tenemos a la izquierda una vista media y a la derecha una vista lateral de la mandíbula. En el eje (x) se encuentra el tiempo, hacia abajo está el pasado y las formas ancestrales y hacia arriba el presente y las formas más “mamíferoides”, en las que se ve claramente la disminución y desplazamiento de los huesos que darán origen al oído medio.

Debemos recordar que los huesos cuadrado y articular hacían parte del aparato masticador de los peces y hace parte del aparato masticador de los amniones diápsidos, ergo sirven para masticar. Es obvio, pero el hecho de que nosotros los usemos para escuchar implica necesariamente que nosotros masticamos diferente de los demás vertebrados. De hecho, si nos ponemos quisquillosos con el lenguaje podemos decir que la mayoría de los tetrápodos terrestres no mastican, ellos devoran grandes porciones de alimento como en los cocodrilos o en los peces sin moler la carne. Los mamíferos euterios masticamos a conciencia nuestro alimento, y esto requiere una serie de movimientos distintos.

Puesto en otras palabras, no es que para escuchar distinto tuviéramos que masticar distinto, por el contrario, al masticar, los huesos de la mandíbula tuvieron que reorganizarse para hacerlo cada vez mejor y eso expulsó de la mandíbula a los huesos posteriores articular y cuadrado. La reducción de los huesos articular y cuadrado se debieron inicialmente a una pérdida de su utilidad al masticar, ya que el proceso se vería favorecido si los músculos mandibulares se unían directamente al hueso dentario y no a los huesos postdentarios como el angular y el articular, es decir, la fuerza ejercida por el músculo mandibular es más eficiente si se aplica directamente en el hueso masticador. Este proceso está bien documentado en las transiciones de los sinápsidos como los pelicosaurios a los terápsidos que ya presentan una mandíbula inferior simplificada. En consecuencia, los huesos cuadrado y articular pierden funcionalidad y se reducen, pero al reducirse vibran con mayor facilidad, facilitando su reclutamiento al hueso del oído medio llamado columela o estribo. Este proceso fue muy lento como lo atestigua el registro fósil.

Un detalle a tener en cuenta es que el hueso articular y cuadrado forman el eje de la mandíbula en los sinápsidos, aun cuando sean pequeños, por lo que su cambio a huesos auditivos implica que la mandíbula cambió su punto de articulación, lo cual trae consigo algunos problemas lógicos. ¿Cómo va a operar un animal sin eje mandibular cuando los huesos mandibular y cuadrado son reclutados para escuchar? Esto fue conocido como la paradoja de Cuvier y aun es empleado como argumento por los creacionistas y opositores de la Teoría Sintética de la Evolución.

  36.3 Resolviendo la paradoja de Cuvier

Georges Léopold Chrétien Frédéric Dagobert Barón de Cuvier fue el primer gran promotor de la anatomía comparada y de la paleontología. Ocupó diferentes puestos de importancia en la educación nacional francesa en la época de Napoleón y tras la restauración de los Borbones. Fue nombrado profesor de anatomía comparada del Museo Nacional de Historia Natural de Francia, en París. Cuvier fue uno de los más prestigiosos e influyentes opositores de las teorías evolutivas, el mismo era un catastrofista que asumía que Dios había destruido y recreado a los seres vivos varias veces.

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Figura 36.8. Georges Léopold Chrétien Frédéric Dagobert Barón de Cuvier, uno de los primeros y más prestigiosos antidarwinistas.

Los mamíferos poseen un cráneo altamente especializado, con una gran cantidad de sinapomorfias de las cuales ya hemos hablado de forma concreta. En este artículo discutiremos una de las consecuencias lógicas de que los huesos del eje mandibular de los sinápsidos pasarán a hacer parte del sistema auditivo. La pregunta en este punto va con respecto a la transición evolutiva, y es de hecho una pregunta clásica hecha a cualquier forma transicional hipotética. En los mamíferos donde se dan los tres huesos del oído, el eje de suspensión de la mandíbula se da en otros huesos “dentario-temporal”, lo cual implicaría que ambos cambios “huesos del oído y el nuevo eje” deberían haber sucedido de forma simultánea, de lo contrario el hipotético organismo transicional seria teóricamente inviable. Pero al mismo tiempo, asumir que ambos eventos ocurren simultáneamente en una misma especie rompe uno de los lineamientos básicos del proceso evolutivo, el gradualismo morfológico. Para los anatomistas comparativos del siglo XIX que se oponían a Darwin como Georges Cuvier esta imposibilidad era absolutamente insalvable, y en consecuencia el proceso de evolución gradualista propuesto por Charles Darwin sería imposible. Muchos siguen asumiendo esta posición, es más, asumen que las formas transicionales son quimeras inviables como el ahora mítico crocopato, que resulta ser solo una parodia burda de lo que debe ser un organismo transicional.

El punto con lo anterior corresponde a: ¿es realmente imposible tal transicional hipotético? De no serlo, ¿cómo se resolvería este dilema de las mandíbulas? Si se asumiera la teoría evolutiva como incorrecta de plano nada sucedería, pero de ser correcta debemos buscar en el registro fósil un organismo con algún rasgo que permita el paso del viejo eje mandibular a los huesos del oído, mientras que al mismo tiempo el animal conserve algún eje mandibular funcional.

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Figura 36.9. La presencia de una articulación articular doble no fue exclusiva de Diarthrognathus spp, varios otros cinodontos como Probainognathus sp. “imagen anterior” y mamíferoides primitivos muestran esta misma adaptación, que permite justificar su existencia como fósiles transicionales (Shoshani, 2003), deshabilitando la paradoja de Cuvier.

La respuesta provino con el descubrimiento de los fósiles de Diarthrognathus broomi en 1958 por A.W. Crompton, un cinodonto bastante reciente “del triásico y no del pérmico como la mayoría”, con un rasgo derivado en su mandíbula bastante peculiar. Si sabe latín ya intuirá que Diarthrognathus debe poseer dos “di-” articulaciones “arthron-” en la mandíbula “gnathus-”. Este cinodonto presenta dos ejes mandibulares simultáneos, el primero proveniente del viejo eje entre el hueso angular y el hueso cuadrado, y el segundo entre el hueso dentario y el hueso escamoso, justo el eje que poseen los mamíferos posteriores. Recordemos que el hueso escamoso se hace parte del hueso temporal, por lo que en mamíferos como nosotros el eje de suspensión es el dentario-temporal.  El Segundo eje mandibular fue requerido probablemente para facilitar el proceso de masticación, lo que hizo poco a poco más obsoleto al viejo eje cuadrado-articular, el cual al hacerse más pequeño pudo transmitir las vibraciones, permitiendo su reclutamiento paulatino al sistema auditivo.

Por otra parte, la funciones que generan hipótesis evolutivas con respecto a un rasgo concreto pueden ser más diversas de lo que esperamos. Un ejemplo es el paladar secundario, este sirve para masticar, pero también sirve para poder alimentarse de leche materna mediante la succión de un pezón. Un animal con paladar simple no podría mamar de forma continua debido a que la leche obstruiría el canal buco-nasal único. Finalmente, hemos visto como el cráneo es una estructura compuesta, no solo a nivel filogenético, sino también a nivel genético, en el cual los arcos faríngeos de los embriones humanos son los que contribuyen a la formación de la mandíbula, el aparato hioides, los huesos del oído y las estructuras sonoras de las cuerdas bucales.

Un cráneo diseñado para la función craneal debería estar formado por estructuras únicas para él, y no por el reclutamiento de estructuras que cumplen otras funciones en otros vertebrados. Es por esta razón que por lo menos para el cráneo, la creación especial para funciones concretas o “Diseño Inteligente” no es un buen modelo explicativo para los procesos de diversificación de los seres vivos y fósiles.

  36.4 El paladar secundario

El cráneo de los mamíferos es una estructura altamente especializada en comparación con los amniotas o los diápsidos. El desarrollo de dientes especializados provocó no solo cambios en los hábitos masticadores que conllevaron a la expulsión y reclutamiento de los huesos postdentarios en la audición, adicionalmente la masticación requiere que el animal pueda tener la comida en la boca por mucho tiempo sin ahogarse. La estructura que sirve a estos propósitos es un paladar secundario que separa la cavidad nasal de la cavidad bucal “Figura 36.10”.

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Figura 36.10. A la derecha tenemos un animal con paladar simple, las fosas nasales abren directamente a la boca, por lo que este animal no puede masticar prolongadamente. A la izquierda un animal con paladar secundario que separa dos cavidades, una nasal y otra bucal, lo cual permite masticar o adherir la boca a algo sin dejar de respirar, lo cual es una ventaja a la hora de masticar el alimento o de permanecer unido al pezón de la madre al ser amamantado.

Un paladar es una estructura que forma el techo de la cavidad bucal y nasal de forma simultánea, en la mayoría de los tetrápodos. Las excepciones son algunos diápsidos como los cocodrilomorfos, algunos terápsidos y en los mamíferos. En ellos existen dos cavidades, la cavidad nasal y la cavidad bucal. Para que estas dos cavidades estén separadas se requiere de un tabique o placa en medio de ambas que separen las cámaras, y este es denominado el paladar secundario. Se lo denomina secundario porque es un derivado secundario evolutivo, mientras que el techo de la cavidad nasal es el mismo que el de la cavidad buco-nasal única de los peces y la mayoría de los demás tetrápodos.

El paladar secundario incluye dos partes, una dura o paladar duro y otro hecho de tejidos blandos o paladar blando. El paladar duro se forma por un crecimiento hacia adentro del borde de los huesos premaxilar, maxilar y palatino que se fusionan a la mitad de su viaje para formar una plataforma o tabique sólido. Este paladar duro solo da cuenta por la mitad de la boca, la otra mitad es rellenada por un tejido fibroso-cartilaginoso muy blando. Este detalle es muy importante cuando vas al odontólogo, cuando van a retirarte los dientes, frontales la inyección de anestesia es muy dolorosa debido a que la aguja debe penetrar en el paladar duro. Pero cuando van a retirarte un diente de la parte posterior como las muelas cordales/del juicio, la inyección es relativamente indolora porque no hay que aplicar mucha fuerza para que la aguja penetre el tejido del paladar blando.

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Figura 36.11. La falla en la fusión y formación del paladar secundario se denomina paladar hendido, si el paladar no se fusiona en el rostro se llama labio leporino. El hueso del paladar secundario puede ser destruido por otras causas, como esnifar cocaína.

  36.5 Masticación

La masticación en los mamíferos también creó una presión extra en la forma en que los dientes eclosionan y como es que estos se encuentran unidos a los huesos dentario, maxilar y premaxilar. Masticar requiere de dientes firmemente adheridos al cráneo, así como un cráneo sólido, por lo que los mamíferos perdieron dos rasgos, la quinesis craneana y la polifidontia. La quinesis craneana es la posibilidad de mover el cráneo por medio de bisagras, mientras que la polifidontia es la capacidad de reemplazar constantemente los dientes como ocurre en las mandíbulas de los tiburones “Figura 36.12”.

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Figura 36.12. Dientes polifiodontos reemplazables toda la vida.

Los mamíferos se caracterizan por dientes con formas y tamaños variables, rasgo heredado de los sinápsidos y terápsidos. Estos dientes especializados funcionan en parejas que se encuentran arriba y abajo, es decir, los dientes del maxilar especializados en la función A deben encontrarse con su contraparte para la misma función A cuando la mandíbula se cierra, un cráneo quinético no proporciona la seguridad de una mordida perfecta en la cual las parejas especializadas se encuentren. Para que los dientes especializados funcionen adecuadamente se requiere de un cráneo firme que permita alinear cada pareja de dientes superior e inferior de forma precisa. En consecuencia, cualquier bisagra o articulación suelta en el cráneo se pierde paulatinamente ya en los sinápsidos.

Otra consecuencia es que los dientes ya no son reemplazados de forma continua como si ocurre en los peces o en los diápsidos, también por la misma razón de la perdida de la quinesis, para que los dientes especializados puedan funcionar adecuadamente, estos deben estar firmes en su lugar por periodos de tiempo constantes. Los animales polifiodontos pierden dientes de forma regular, por lo que la efectividad de los dientes especializados se vería reducida. En su lugar los mamíferos son difiodontos, solo reemplazan sus dientes una vez, los primeros denominados dientes de leche o de las crías y los segundos los dientes de hueso o del adulto.  Los dientes de hueso permanecen escondidos al interior del maxilar, premaxilar y dentario “Figura 36.13”.

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Figura 36.13. Dientes de leche y de hueso en el cráneo de un joven humano.

Aunque la cadena de eventos que va desde el cambio en patrones de alimentación, la especialización dentaria a la masticación, no son necesariamente inevitables. Algunos peces también mastican su alimento reteniendo cráneos quinéticos y polifiodontia. Sin embargo, cuando hablamos de tetrápodos terrestres la cosa cambia, por ejemplo, las tortugas también mastican el alimento y en consecuencia han desarrollado un paladar secundario para no ahogarse mientras mastican.

Esto implica que las novedades evolutivas no aparecen de la nada y no aparecen EN la nada, el cambio en un rasgo afecta a los tejidos y órganos circundantes creando una evolución concertada, forzando en muchas ocasiones a convergencias evolutivas análogas u homólogas. El hecho que estos procesos sean lentos a nivel geológico o que en algunos linajes no se desarrollen completamente o que sigan rutas adaptativas independientes es lo que da testimonio de la variabilidad aleatoria del proceso, si el proceso fuera puramente determinista, como explicó Wallace en el siglo XIX, entonces las convergencias deberían ser perfectas.

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