Uno de los hitos definitorios en la evolución de los mamíferos fue el desarrollo de una audición altamente sensible. Los mamíferos modernos dependen de un oído medio que incluye un tímpano y varios huesecillos diminutos, un sistema que permite detectar una amplia gama de sonidos a diferentes volúmenes. Esta capacidad probablemente otorgó a los primeros mamíferos, muchos de los cuales eran nocturnos, una ventaja crucial para desenvolverse en entornos dominados por los dinosaurios.
Nuevos hallazgos de paleontólogos de la Universidad de Chicago sugieren que esta forma avanzada de audición apareció mucho antes de lo que se creía. Utilizando tomografías computarizadas (TC) detalladas del cráneo y la mandíbula de Thrinaxodon liorhinus, un ancestro de los mamíferos que vivió hace unos 250 millones de años, los investigadores aplicaron simulaciones basadas en principios de ingeniería para probar cómo el sonido habría viajado a través de su anatomía. Sus resultados indican que Thrinaxodon probablemente tenía un tímpano lo suficientemente grande como para detectar el sonido aéreo de manera eficiente, retrotrayendo el origen de este rasgo casi 50 millones de años.
“Durante casi un siglo, los científicos han intentado 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 sólidas”, afirmó Alec Wilken, estudiante de posgrado que lideró el estudio, publicado recientemente en PNAS. “Ahora, con nuestros avances en biomecánica computacional, podemos empezar a hacer afirmaciones fundamentadas sobre lo que la anatomía significa para la forma en que este animal podía oír”.
Revisitando una Idea Consolidada Sobre la Audición de los Primeros Mamíferos
Thrinaxodon pertenecía a un grupo llamado cinodontos, animales del Triásico temprano que muestran una mezcla de características reptilianas y de mamíferos. Estas incluían dientes especializados, cambios en el paladar y el diafragma que favorecían una respiración y un metabolismo más eficientes, y probablemente características como la sangre caliente y el pelaje. En los cinodontos tempranos, incluido Thrinaxodon, los huesos del oído (martillo, yunque, estribo) aún estaban conectados a la mandíbula. Más adelante en la evolución, estos huesos se separaron para formar el oído medio distinto que se observa en los mamíferos modernos, un cambio considerado crucial para una audición mejorada.
Hace unos 50 años, el paleontólogo Edgar Allin de la Universidad de Illinois Chicago propuso que los cinodontos como Thrinaxodon podrían haber tenido una membrana estirada sobre una parte en forma de gancho del hueso de la mandíbula, sirviendo como una versión temprana del tímpano de los mamíferos. En ese momento, la mayoría de los investigadores pensaban que estos animales detectaban principalmente el sonido a través de la conducción ósea, o a través de la llamada “audición mandibular”, colocando sus mandíbulas inferiores contra el suelo para sentir las vibraciones. La idea de Allin era intrigante, pero no había forma práctica de probar si dicha membrana podía realmente transmitir el sonido aéreo.
Convirtiendo Fósiles Antiguos en Sujetos de Prueba Digitales
Los avances en la tecnología de imagen han transformado la paleontología, permitiendo a los científicos extraer información detallada de los fósiles sin dañarlos. Wilken y sus colegas, Zhe-Xi Luo, PhD, y Callum Ross, PhD, ambos profesores de Biología y Anatomía Organísmica, escanearon un espécimen bien estudiado de Thrinaxodon del Museo de Paleontología de la Universidad de California Berkeley en el Laboratorio PaleoCT de la UChicago. Los escaneos produjeron un modelo 3D de alta resolución del cráneo y la mandíbula, capturando las formas, ángulos y dimensiones precisas necesarias para evaluar cómo podría funcionar un posible tímpano.
El equipo utilizó entonces un software de ingeniería llamado Strand7 para ejecutar un análisis de elementos finitos. Este método divide una estructura compleja en muchos componentes pequeños, cada uno con propiedades físicas específicas. Se utiliza comúnmente para estudiar cómo los puentes soportan el peso, cómo los aviones resisten el estrés o cómo el calor se mueve a través de los motores. En este caso, los investigadores simularon cómo el cráneo y la mandíbula de Thrinaxodon responderían a diferentes presiones y frecuencias de sonido, basándose en datos conocidos sobre el grosor, la densidad y la flexibilidad de los huesos, los ligamentos, los músculos y la piel de los animales vivos.
Evidencia de la Audición Aérea Temprana
Las simulaciones produjeron un resultado claro. Un tímpano posicionado dentro de una sección curva del hueso de la mandíbula habría permitido a Thrinaxodon oír los sonidos aéreos de forma mucho más eficaz que depender únicamente de la conducción ósea. El tamaño y la forma modelados de la membrana generaron vibraciones lo suficientemente fuertes como para mover los huesos del oído, estimular los nervios auditivos y detectar un rango de frecuencias de sonido. Aunque la detección de vibraciones basada en la mandíbula probablemente aún desempeñó un papel, el tímpano habría manejado la mayor parte de la audición del animal.
“Una vez que tenemos el modelo TC del fósil, podemos tomar las propiedades de los materiales de los animales existentes y hacer como si nuestro Thrinaxodon cobrara vida”, dijo 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 enfatizó que las herramientas modernas finalmente hicieron posible probar una pregunta de décadas de antigüedad. “Por eso este es un problema tan interesante de estudiar”, dijo. “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, titulado “Biomecánica del oído medio mandibular del cinodonte Thrinaxodon y la evolución de la audición de los mamíferos”, contó con el apoyo de la UChicago, los Institutos Nacionales de la Salud y la Fundación Nacional de Ciencias. Chelsie C. G. Snipes de la UChicago también fue autora.
