Un nuevo estudio reescribe la cronología de la evolución de la audición en los mamíferos.
Uno de los pasos más importantes en la evolución de los mamíferos modernos fue el desarrollo de una audición altamente sensible.
El oído medio de los mamíferos, con un tímpano y varios huesecillos, nos permite escuchar una amplia gama de frecuencias y volúmenes, lo que fue de gran ayuda para los primeros ancestros mamíferos, en su mayoría nocturnos, mientras intentaban sobrevivir junto a los dinosaurios.
Una nueva investigación de paleontólogos de la Universidad de Chicago demuestra que este modo de audición moderno evolucionó mucho antes de lo que se pensaba.
Trabajando con tomografías computarizadas (TC) detalladas del cráneo y los huesos de la mandíbula de Thrinaxodon liorhinus, un predecesor de los mamíferos de hace 250 millones de años, utilizaron métodos de ingeniería para simular los efectos de diferentes presiones y frecuencias de sonido en su anatomía.
Sus modelos muestran que la criatura probablemente tenía un tímpano lo suficientemente grande como para escuchar sonidos aéreos de manera efectiva, casi 50 millones de años antes de lo que los científicos creían que había evolucionado esta capacidad en los primeros mamíferos.
“Durante casi un siglo, los científicos han estado tratando de averiguar cómo podían oír estos animales. Estas ideas han cautivado la imaginación de los paleontólogos que trabajan en la evolución de los mamíferos, pero hasta ahora no hemos tenido pruebas biomecánicas muy sólidas”, afirma Alec Wilken, estudiante de posgrado que lideró el estudio, el cual aparece en PNAS.
“Ahora, con nuestros avances en biomecánica computacional, podemos empezar a decir cosas inteligentes sobre lo que la anatomía significa para la forma en que este animal podía oír.”
Thrinaxodon era un cinodonte, un grupo de animales del Triásico temprano con características que comenzaban a hacer la transición de reptiles a mamíferos. Tenían dientes especializados, cambios en el paladar y el diafragma para mejorar la respiración y el metabolismo, y probablemente eran de sangre caliente y tenían pelaje.
En los cinodontes tempranos, incluido Thrinaxodon, los huesos del oído (martillo, yunque, estribo) estaban adheridos a sus huesos de la mandíbula. Más tarde, estos huesos se separaron de la mandíbula para formar un oído medio distinto, considerado un desarrollo clave en la evolución de los mamíferos modernos.
Hace cincuenta años, Edgar Allin, un paleontólogo de la Universidad de Illinois Chicago, especuló por primera vez que los cinodontes como Thrinaxodon tenían una membrana suspendida sobre una estructura en forma de gancho en el hueso de la mandíbula que era un precursor del tímpano moderno. Hasta entonces, los científicos que estudiaban la evolución de los mamíferos creían en su mayoría que los cinodontes tempranos oían a través de la conducción ósea, o mediante lo que se conoce como “escucha mandibular”, donde apoyaban sus mandíbulas en el suelo para captar las vibraciones.
Si bien la idea del tímpano era fascinante, no había forma de probar definitivamente si una estructura así podía funcionar para escuchar sonidos aéreos.
Las herramientas de imagenología modernas, como la tomografía computarizada, han revolucionado el campo de la paleontología, permitiendo a los científicos desbloquear una gran cantidad de información que no habría sido posible mediante el estudio de especímenes físicos únicamente.
Wilken y sus asesores, Zhe-Xi Luo y Callum Ross, ambos profesores de biología y anatomía de los organismos, tomaron un espécimen bien conocido de Thrinaxodon del Museo de Paleontología de la Universidad de California, Berkeley, y lo escanearon en el Laboratorio PaleoCT de la UChicago. El modelo 3D resultante les proporcionó una reconstrucción muy detallada de su cráneo y huesos de la mandíbula, con todas las dimensiones, formas, ángulos y curvas que necesitaban para determinar cómo podría funcionar un posible tímpano.
A continuación, utilizaron una herramienta de software llamada Strand7 para realizar un análisis de elementos finitos, un enfoque que descompone un sistema en partes más pequeñas con diferentes características físicas. Estas herramientas se utilizan habitualmente para problemas de ingeniería complejos, como predecir las tensiones en puentes, aviones y edificios, o analizar la distribución del calor en los motores. El equipo utilizó el software para simular cómo la anatomía de Thrinaxodon respondería a diferentes presiones y frecuencias de sonido, utilizando una biblioteca de propiedades conocidas sobre el grosor, la densidad y la flexibilidad de los huesos, los ligamentos, los músculos y la piel de los animales vivos.
Los resultados fueron claros: Thrinaxodon, con un tímpano ubicado en una curva de su hueso de la mandíbula, definitivamente podía oír de esa manera mucho más eficazmente que a través de la conducción ósea. El tamaño y la forma de su tímpano habrían producido las vibraciones correctas para mover los huesos del oído y generar suficiente presión para estimular sus nervios auditivos y detectar las frecuencias de sonido. Si bien todavía habría dependido de cierta escucha mandibular, el tímpano ya era responsable de la mayor parte de su audición.
“Una vez que tenemos el modelo de TC del fósil, podemos tomar las propiedades de los materiales de los animales existentes y hacer que nuestro Thrinaxodon cobre vida”, dice Luo. “Eso no había sido posible antes, y esta simulación de software nos mostró que la vibración a través del sonido es esencialmente la forma en que este animal podía oír.”
Wilken afirma que la nueva tecnología les permitió responder a una vieja pregunta transformándola en un problema de ingeniería.
“Por eso este es un problema tan interesante de estudiar”, dice. “Tomamos un problema de alto concepto, es decir, ‘¿cómo se mueven los huesos del oído en un fósil de 250 millones de años?’ y probamos una hipótesis simple utilizando estas herramientas sofisticadas. Y resulta que en Thrinaxodon, el tímpano funciona perfectamente por sí solo.”
El estudio recibió el apoyo de UChicago, los Institutos Nacionales de la Salud y la Fundación Nacional de Ciencias.
Fuente: University of Chicago
