Yorkicystis, el extraño antepasado de las estrellas de mar que perdió su esqueleto

Una de las obsesiones que tenemos los paleontólogos es entender o tratar de dar vida a organismos extintos. En este caso, Yorkicystis nos supuso un reto importante ya que no se conoce ningún animal parecido.

Yorkicystis es un equinodermo fósil del Cámbrico, de hace más de 500 millones de años. El hallazgo del fósil lo realizó un paleontólogo aficionado, Chris Haefner, cuando excavaba en busca de fósiles en el jardín de una iglesia en York (Pensilvania, USA).

La rareza de Yorkicystis es que carece de esqueleto en una parte importante de su cuerpo. Este hallazgo ha permitido comprender cómo algunos de los primeros equinodermos perdieron su esqueleto, y cuáles fueron las razones de ello.

La familia de los erizos y estrellas de mar

Pero para entender la importancia de Yorkicystis debemos comenzar la historia por el principio; y para ello entender lo que es un equinodermo, o lo que es lo mismo, el filo animal que incluye a organismos como el erizo o la estrella de mar. Estos animales son exclusivamente de hábitats marinos y se encuentran desde las costas hasta los fondos abisales.

Una de sus principales características es que tienen un esqueleto interno formado por placas de calcita muy porosa cuya microestructura se conoce como estereoma.

Gracias a los avances de la biología molecular y del estudio de los genes, hoy sabemos que hay una batería concreta de genes que se encargan de la formación del esqueleto calcítico en los equinodermos.

Prácticamente todos los equinodermos actuales, salvo raras excepciones, tienen esqueleto; aunque este está ausente por ejemplo en algunos grupos concretos de pepinos de mar o holoturias, y es muy fino en algunos equínidos con hábitos endobentónicos (viven enterrados).

Mientras que el proceso de esqueletización se conoce relativamente bien, se sabe muy poco de por qué y cómo algunos equinodermos han perdido parte del esqueleto.

La explosión del Cámbrico y el origen del esqueleto

El Cámbrico se extiende desde los 541 hasta los 485 millones de años, cientos de años antes de la aparición de los primeros dinosaurios. Este periodo marcó un cambio radical en la vida que dominaba nuestro planeta.

El registro fósil muestra que antes del Cámbrico las formas de vida eran predominantemente simples, organismos microscópicos, como bacterias, además de otras formas enigmáticas de mayor tamaño y que se conocen como fauna de Ediacara .

Sin embargo, durante el Cámbrico empiezan a aparecer por primera vez, y en unos pocos millones de años, animales complejos con partes duras (ej. esqueletos y conchas). Estos incluían representantes de la mayoría de los grupos actuales de animales.

Esta aparición brusca, en términos geológicos, de los principales grupos de organismos que dominarían la Tierra se conoce como la “Explosión Cámbrica”. El proceso conllevó la esqueletización de la mayoría de los grupos actuales de organismos. No están claras las causas de por qué se produjo, pero un cambio importante en la química de los océanos, con una mayor concentración de carbonato cálcico, debió jugar un papel fundamental.

Los equinodermos aparecen en el registro geológico unos pocos millones de años más tarde que otros grupos, como braquiópodos o artrópodos, y ya sus primeros representantes tenían un esqueleto de calcita bien formado.

Fósiles excepcionales

Algunos de los hallazgos más significativos de fósiles en el Cámbrico vienen de lo que se conocen como Lagerstätten, lugares donde aparecen fósiles excepcionalmente conservados. A veces conservan hasta las partes más delicadas, como los músculos, el estómago o el cerebro. Burgess Shale en Canadá, o Chengjiang en China pertenecen a este selecto grupo de yacimientos excepcionales y muy apreciados por los paleontólogos.

Estos lugares conservan especies que no se conocen en ninguna otra parte del mundo, además de formas comunes a otros lugares como, por ejemplo, los trilobites. Ni tan siquiera en los Lagerstätten se han encontrado equinodermos carentes de esqueleto.

Los primeros equinodermos

Los primeros equinodermos eran organismos extraños si los comparamos con sus representantes actuales. Algunos, como los Edrioasteroideos, tenían una estructura similar a las formas recientes, con cinco radios que irradian desde la boca para dar lugar a una simetría pentámera imperfecta.

Los Eocrinoideos también presentaron la misma simetría y se parecen superficialmente a los crinoideos actuales, pero eran de menor tamaño y algunos tenían pequeños poros respiratorios.

La simetría pentámera en el Cámbrico, como los cinco brazos de las estrellas de mar actuales, fue la excepción, y muchos grupos carecían de radios o tenían menos de cinco.

Los Helicoplacoideos tenían un cuerpo en espiral con los radios de forma helicoidal. Los Ctenocystoideos tenían formas aún más extrañas, con tendencia a la simetría bilateral o a los Cincta y Soluta que son muy asimétricos.

Yorkicystis, el equinodermo sin esqueleto

Yorkicystis haefneri es el único equinodermo del Cámbrico que carece de esqueleto en una parte importante de su cuerpo (parte extraxial) y sólo sus brazos (o ambulacros) están mineralizados (parte axial).

Su cuerpo es muy diferente del de cualquier miembro de los equinodermos, y fue necesario hacer un estudio anatómico muy complejo, incluyendo técnicas de modelizado 3D, y réplicas de alta resolución para entender de qué se trataba.

Su cuerpo se compone de cinco brazos principales bien mineralizados que flotan sobre un cuerpo totalmente blando y carente de esqueleto.

En el fósil en concreto, los brazos están representados por unas estructuras amarillentas que corresponden a la mineralización de las estructuras ambulacrales. Sin embargo, el resto del cuerpo está formado por una pátina oscura, carbonosa, que corresponde a la parte sin mineralizar.

Al estudiar con más detalle sus brazos, observamos que estaban formados por unas placas basales perforadas y otras coberteras sobre las estructuras alimenticias.

La apertura de estas placas coberteras le permitían extender los tentáculos (o pies ambulacrales) para captar el alimento.

Este tipo de brazos, con esta estructura tan particular, se encuentra sólo en otro tipo de equinodermos del Cámbrico, los Edrioasteroideos. Por ello concluimos que Yorkicystis era un edrioasteroideo, aunque con una morfología muy particular.

Al incluir a Yorkicystis en un árbol evolutivo (filogenético) junto a otros equinodermos primitivos, obtuvimos una de las principales conclusiones del trabajo. Sorprendentemente y a pesar de su antigüedad, Yorkicystis era un equinodermo derivado, y por tanto, la pérdida de su esqueleto fue secundaria. Es decir, que mientras muchos organismos del Cámbrico tendían a formar esqueletos y estructuras de defensa más sofisticadas para evitar el ataque de sus depredadores, Yorkicystis hizo lo contrario, es decir, desmineralizar su esqueleto.

Los genes del esqueleto y la razón de su inhibición

Gracias a la biología molecular hoy sabemos que existen unos genes específicos que participan en la formación del esqueleto de calcita en los equinodermos. Estos genes aparecen en todos los grupos de equinodermos actuales y, por extensión, también debieron aparecer en todos los grupos extintos.

El hecho de que en Yorkicystis exista una marcada diferencia entre la calcificación de la parte axial y la decalcificación de la parte extraxial, plantea la hipótesis de que los genes encargados de formar el esqueleto en cada una de las partes actuaron de manera independientes, al menos en el Cámbrico.

Esta hipótesis basada en observaciones de fósiles abre una línea de trabajo muy importante para biólogos moleculares encargados de estudiar los genes responsables del esqueleto en este grupo de animales.

Dando vida a Yorkicystis

Una de las obsesiones que tenemos los paleontólogos es entender o tratar de dar vida a los organismos extintos. En este caso, Yorkicystis nos supuso un reto importante ya que no se conoce ningún animal parecido, ni actual ni fósil.

Para ello trabajamos con el paleoilustrador Hugo Salais, de Metazoa Studio; primero modelando en tres dimensiones cada parte del esqueleto de Yorkicystis, para luego crear una reconstrucción lo más fiel posible al organismo original.

Yorkicystis fue un animal parcialmente blando. Sólo sus brazos o ambulacros estaban calcificados, lo que protegía sus partes alimenticias. Una serie de plaquitas cubrían sus tentáculos y se abrían o cerraban durante la alimentación.

Creemos que gracias a la ausencia de esqueleto en una parte importante de su cuerpo, Yorkicystis conservaba energía para otros procesos metabólicos, además de potenciar la flexibilidad del cuerpo para una respiración más activa.

Se podría incluso especular que la falta de esqueleto estaría en relación con algún sistema de protección tipo urticante, como muestran por ejemplo las anémonas actuales; pero esto no puede contrastarse de momento con los fósiles.

En cualquier caso, Yorkicystis es un ejemplo claro de cómo, mientras unos organismos tendieron hacia el desarrollo del esqueleto en los albores de la Explosión Cámbrica, unos pocos eligieron el camino opuesto hacia la desesqueletización.

Samuel Zamora, Científico Titular (Paleontólogo), Instituto Geológico y Minero de España (IGME - CSIC)

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.

Te recomendamos METADATA, el podcast de tecnología de RPP. Noticias, análisis, reseñas, recomendaciones y todo lo que debes saber sobre el mundo tecnológico. Para escucharlo mejor, #QuedateEnCasa.