Enfoque Fósil: Los primeros mamíferos

Por Elsa Panciroli1

Introducción:

El estudio de los primeros mamíferos es una parte apasionante de la paleontología, que nos habla no sólo de extraños animales que vivieron en la Tierra, sino también de cómo evolucionaron nuestros propios antepasados junto a los dinosaurios. Los fósiles de los primeros mamíferos son muy raros y a menudo sólo encontramos unos pocos dientes y huesos, pero podemos saber mucho sobre la ecología y la evolución de los animales a partir de estos restos. Los descubrimientos de esqueletos más completos, sobre todo en China, revelan ahora que los primeros mamíferos tenían más éxito y diversidad de lo que se sospechaba. Se especializaron para explotar nuevos hábitats, dietas y formas de vida que les llevarían al éxito final.

Quiero dar una visión general de los primeros mamíferos: mamíferos de la época de los dinosaurios. Veremos lo que define a un animal como mamífero; su anatomía; algunos de los grupos de mamíferos que vivían en la época de los dinosaurios; y, por último, lo que las últimas investigaciones científicas están revelando sobre estos primos nuestros extintos de la era mesozoica.

Los «reptiles parecidos a los mamíferos»:

Los mamíferos pertenecen a un grupo más amplio de animales llamados cinodontos. Los primeros cinodontes se denominan a veces «reptiles parecidos a los mamíferos», porque evolucionaron a partir de los reptiles y seguían teniendo muchos rasgos de reptil en su esqueleto, pero ya eran notablemente parecidos a los mamíferos. Los primeros cynodontes probablemente tenían pelo y bigotes, y casi seguro que ponían huevos. Tenían arcos cigomáticos anchos (pómulos); esto es importante porque muestra que tenían una mayor cantidad de músculos alrededor de las mandíbulas, lo que les daba más control sobre la masticación y la mordida que sus antepasados más reptiles.

Los primeros dientes de los cinodontes tenían una forma compleja, no sólo simples clavijas o púas como los dientes de los reptiles. Los cinodontes también tienen un paladar secundario, el hueso que forma el techo de la boca y que permite a estos animales respirar por la nariz mientras mastican la comida. Estos cambios en su forma de comer son importantes para la posterior evolución de los mamíferos, ya que permitieron a los cinodontes procesar los alimentos de forma más eficiente -masticarlos en trozos más pequeños- y obtener más energía de lo que comían. Esto probablemente les ayudó a ser más activos y de sangre caliente, con metabolismos más altos. Sin embargo, los primeros cinodontes no tenían una articulación mandibular dentado-cuadrangular (ver más adelante), por lo que no eran verdaderos mamíferos.

Los cinodontes aparecieron por primera vez a finales del Pérmico, mucho antes que los primeros dinosaurios. Sobrevivieron a una extinción masiva que se produjo hace 252 millones de años, marcando el final del Pérmico y el inicio del Triásico. Tuvieron éxito durante todo el Mesozoico, pero a menudo se pasa por alto su éxito porque tendemos a concentrarnos en los dinosaurios y en los reptiles marinos y voladores que poblaron el mundo durante este periodo. Los primeros mamíferos aparecieron en el Triásico Tardío y se fueron diversificando con el tiempo. El último grupo de cinodontos no mamíferos, los trilodontos, sobrevivió junto a los mamíferos hasta principios del Cretácico, antes de extinguirse. Esto los convierte en uno de los grupos de cinodontes más exitosos (Figura 1).

¿Qué es un mamífero?

Antes de seguir adelante, tenemos que preguntar qué es exactamente un mamífero. Si alguien le preguntara qué hace a un mamífero hoy en día, probablemente enumeraría características como el pelaje o el pelo, la producción de leche y ser de sangre caliente. Sin embargo, para un paleontólogo de mamíferos del Mesozoico -que estudia los primeros mamíferos y sus antepasados desde el Triásico hasta el final del Cretácico- es muy difícil saber si estos animales extinguidos hace tiempo tenían alguna de estas características. Los paleontólogos deben basarse en el registro fósil para obtener pruebas, y características como el pelaje y la sangre caliente no suelen conservarse directamente en el registro rocoso, por lo que debemos fijarnos en lo que sí se conserva: los huesos y los dientes.

Una característica o rasgo que los paleontólogos observan en el esqueleto o los dientes se denomina carácter. Estos se utilizan para describir las diferencias entre distintos grupos de animales. Hay cuatro caracteres esqueléticos y dentales importantes que definen a los primeros mamíferos:

– Cambios en la mandíbula – una articulación dentario-escamosa
– Cambios en el oído – la formación del oído medio
– Cambios en los dientes – reemplazo dental difodonto, especialización de los tipos de dientes y oclusión dental precisa
– Cambios en el tamaño del cráneo y el cerebro – modificaciones en el cráneo, especialmente en las regiones frontal y parietal, debido al aumento del tamaño del cerebro

Todos estos cambios en la estructura del esqueleto están relacionados entre sí, y a menudo uno evoluciona junto a otro, o hace posible el siguiente cambio. Veamos estos caracteres esqueléticos definitorios y averigüemos en qué consisten y por qué fueron vitales para la evolución de los mamíferos.

Cambios en la mandíbula:

Para entender este cambio, debemos fijarnos primero en la mandíbula de los reptiles, que está formada por varios huesos, entre ellos el dentario, el angular y el articular (Figura 2). La articulación de la mandíbula de los reptiles se encuentra entre el articular y el hueso del cráneo llamado cuádriceps.

Por el contrario, en los ancestros de los mamíferos, la dentaria aumentó de tamaño hasta constituir la mayor parte de la mandíbula, mientras que los demás huesos de la mandíbula se hicieron mucho más pequeños. Las diferentes partes del cráneo también se reorganizaron. Con el tiempo, esto significó que la articulación de la mandíbula cambió. Los mamíferos desarrollaron una articulación entre el hueso dentario de la mandíbula y el escamoso del cráneo (Figura 2). Esto se conoce como la articulación dentario-escamosa, y todavía se encuentra en los mamíferos modernos, incluidos los seres humanos.

Aunque tenían la articulación dentario-escamosa definitoria de los mamíferos, algunos de los primeros mamíferos también conservaron su articulación cuadrado-articular de la mandíbula; tenían ambas al mismo tiempo. La articulación cuadrado-articular acabó perdiéndose por completo en los mamíferos.

Cambios en el oído:

¿Qué ocurrió entonces con los otros huesos de la mandíbula, el angular y el articular (figura 2)? En los mamíferos, estos huesos se fueron reduciendo progresivamente hasta desprenderse de la mandíbula e incorporarse al oído.

Un reptil tiene un hueso estribo en el oído, que transmite el sonido desde el tímpano hasta el oído interno (Figura 2). En los mamíferos, el cuádriceps y el articular se hicieron más pequeños y se desplazaron junto al estribo, y estos tres pequeños huesos se utilizaron para transmitir el sonido desde el tímpano hasta el oído interno. Estos huesos forman el oído medio, y los dos huesos que solían estar en la mandíbula son el martillo (articular) y el yunque (cuadrado).

La disposición del oído de los mamíferos es mucho más sensible al sonido que la de los reptiles. Eso habría tenido grandes implicaciones para cazar o buscar comida, escapar de los depredadores y comunicarse. Tener una mejor audición en diferentes frecuencias probablemente contribuyó a la diversidad ecológica de los mamíferos (ver más adelante).

Cambios en los dientes:

Hay tres características importantes de los dientes de los mamíferos que contribuyeron al éxito del grupo. La primera es la dentición difiodonte. Esto significa que el primer conjunto de dientes «de leche» es sustituido por un conjunto adulto permanente (como en los humanos). A veces los dientes de leche se denominan dientes de leche, porque el momento en que se sustituyen está relacionado con el tiempo que las crías se alimentan de la leche de sus madres. La producción de leche es otra característica única de los mamíferos. Los mamíferos crecen muy deprisa cuando son jóvenes, sobre todo su cráneo, para tener espacio para desarrollar una dentadura adulta lo antes posible. Una vez que tienen estos dientes, ya no dependen de la leche de sus madres y pueden alimentarse con comida de adultos. Muchos otros animales, incluidos los reptiles, son polifiodontes, lo que significa que reemplazan sus dientes continuamente a lo largo de su vida, apareciendo otros nuevos cada pocos meses.

La segunda característica es que los dientes de los mamíferos tienden a estar especializados en diferentes tipos (Figura 2). En los reptiles, los dientes suelen tener todos una forma similar en cualquier parte de la boca. Esto hace que sirvan para un solo propósito: agarrar la comida. En los mamíferos, los dientes se especializaron de manera que había dientes para agarrar la comida en la parte delantera de la boca (incisivos), dientes para morder (caninos) y dientes para cortar y triturar en la parte trasera de la boca (premolares y molares).

Esto nos lleva a la tercera característica de los dientes de los mamíferos: la oclusión precisa. Esto significa que los dientes encajan estrechamente entre sí, y permite a los mamíferos procesar los alimentos de forma sofisticada, porque la comida se tritura o se corta a medida que los dientes se mueven unos contra otros.

Las tres características van juntas: si los dientes se sustituyen una sola vez, pueden crecer para ocluir con precisión, lo que significa que pueden especializarse para picar, moler, cortar y masticar en diferentes partes de la boca. Todo esto permite a los mamíferos procesar su comida de forma eficiente, lo que les permite convertirse en alimentadores especializados y obtener la máxima energía de lo que comen.

Cambios en el cráneo:

Los cerebros de los mamíferos son notablemente más grandes que los de otros animales en comparación con el tamaño del cuerpo. Por término medio, el cerebro de un mamífero moderno es unas diez veces mayor que el de un reptil con una masa corporal similar. Los primeros mamíferos tenían cerebros aproximadamente una vez y media más grandes que los de sus parientes más cercanos, los cynodontes no mamíferos (véase más arriba). Las diferencias son especialmente notables en la parte delantera del cerebro, que no sólo es más grande, sino también más compleja y plegada que en otros animales. Una de las razones es que los sentidos de los mamíferos se volvieron más sofisticados, en particular su sentido del olfato. El bulbo olfativo, la zona del cerebro que procesa el olor, era mucho mayor en los primeros mamíferos que en sus antepasados. Es probable que muchos de los primeros mamíferos fueran nocturnos, por lo que pueden haber necesitado un buen sentido del olfato para cazar, evitar a los depredadores y encontrarse en la oscuridad.

El cráneo tuvo que cambiar de forma para acomodar los cambios en el tamaño del cerebro, especialmente en las regiones parietal y frontal (Figura 3). Mientras tanto, los cambios en los dientes y las mandíbulas de los mamíferos significaron que los músculos de la masticación y la mordida también se movieron a diferentes posiciones y se expandieron, por lo que el cráneo también alteró su forma para permitirlo. El resultado fue un cráneo exclusivamente mamífero, diferente al de cualquier otro animal que hubiera vivido antes.

Grupos de mamíferos primitivos:

Hay muchos términos utilizados para hablar de los primeros mamíferos: mammaliamorfos, mammaliaformes, mamíferos madre, mamíferos primitivos, Mammalia. Puede resultar muy confuso. Lo importante es recordar que todos estos son animales del enorme y ramificado árbol al que también pertenecemos, con sus raíces en el Triásico.

Los primeros mamíferos probablemente tenían pelaje, y casi seguro que ponían huevos como sus antepasados. Eran mucho más pequeños en promedio que sus ancestros inmediatos, los cinodontes no mamíferos. La mayoría de los mamíferos siguieron siendo del tamaño de un ratón o un tejón hasta la extinción de los dinosaurios hace 66 millones de años. Probablemente eran mayoritariamente nocturnos y se alimentaban de insectos al principio, pero en los periodos Jurásico Medio y Cretácico (entre hace 174 millones y 66 millones de años) se dividieron en muchos grupos diferentes con distintos estilos de vida, o ecologías.

Los primeros grupos de mamíferos incluyen a los morganucodontanos, docodontanos y multituberculados, así como los grupos que aún tienen miembros vivos en la actualidad, los australosfénidos (los ancestros de los monotremas, como el ornitorrinco) los metaterios (marsupiales) y los euterios (mamíferos placentarios) (Figura 4).

Morganucodonta:

Los morganucodontanos incluyen muchas de las primeras especies de mamíferos. Probablemente evolucionaron en algún lugar de las masas terrestres septentrionales a finales del Triásico, y a principios del Jurásico estaban más o menos extendidos por todo el mundo. Se conservan muy pocos esqueletos completos, pero los que se conservan nos dicen que los morganucodontinos tenían el tamaño de un ratón o de una rata (con un peso de hasta 200 gramos) y que eran buenos comedores de insectos. Son más conocidos por sus distintivos dientes molares, que tenían tres cúspides (las protuberancias puntiagudas en la superficie de los dientes) en una fila (Figura 4).

Docodonta:

Los docodontes son un grupo de mamíferos especialmente interesante. Vivieron desde el Jurásico medio hasta el Cretácico temprano, y la mayoría eran del tamaño de una rata o un hurón. Tenían dientes molares más complejos que la mayoría de los otros mamíferos primitivos (Figura 4), con superficies de corte y molienda que evolucionaron de nuevo en grupos de mamíferos posteriores. Son una rama de los mamíferos que no dejaron descendientes, pero lo que los hace tan fascinantes es su amplia gama de estilos de vida. Los hallazgos de China revelan que algunos docodontanos evolucionaron para ser acuáticos, como las nutrias, y pueden haber comido pequeños peces. Otros eran excavadores especializados, como el topo moderno, mientras que otros eran arborícolas y podían comer savia (Figura 5). Esto demuestra que los mamíferos florecían para explotar diferentes oportunidades en sus ecosistemas (véase más adelante), lo que contribuye a nuestra comprensión de la diversidad de los primeros grupos de mamíferos.

Multituberculados:

Los multituberculados reciben su nombre por los múltiples «tubérculos» (protuberancias) de sus dientes molares (Figura 4). Tenían cráneos muy parecidos a los de los roedores y sus dientes eran especialmente eficaces para triturar la comida. La mayoría tenían el tamaño de un ratón o una rata, y algunas especies más grandes, del tamaño de un gato doméstico. Los multituberculados son algunos de los mamíferos más longevos de la historia de la Tierra; aparecieron a mediados del Jurásico, sobrevivieron a la extinción de los dinosaurios y otros reptiles gigantes (la extinción K-Pg, véase más adelante), y persistieron hasta hace unos 40 millones de años.

Mamíferos euterios:

Los humanos pertenecemos al grupo Eutheria, y nuestros orígenes se remontan a la época de los dinosaurios (Figura 4). Los mamíferos euterios son placentarios, lo que significa que alimentan a su bebé en desarrollo en el útero a través de una placenta, y dan a luz a crías vivas en lugar de poner huevos. Tienen caracteres únicos en su esqueleto que los distinguen de otros grupos de mamíferos. Uno de los primeros fósiles de euterios que se conocen es Eomaia scansoria, que significa «madre del amanecer que trepa» (Figura 5).

Las últimas pruebas fósiles – diversidad ecológica:

Hasta hace poco, la mayoría de los primeros fósiles de mamíferos eran sólo dientes y mandíbulas individuales, y se conservaban muy pocos esqueletos completos. En consecuencia, la gente solía pensar que todos los mamíferos primitivos eran muy similares: pequeños, de aspecto más o menos parecido al de un ratón y principalmente insectívoros.

Sin embargo, en los últimos 20 años se han producido muchos descubrimientos de fósiles nuevos, especialmente en China (Figura 5). Algunos de ellos son esqueletos completos, que incluso muestran impresiones de pelaje. Estos fósiles nos dicen que los primeros mamíferos eran mucho más de lo que los paleontólogos sospechaban. En el Cretácico, algunos mamíferos tenían el tamaño de un tejón; algunos comían pescado, otros fruta y algunos incluso comían crías de dinosaurios.

Ahora sabemos que había especies que podían planear, como el Volaticotherium, que utilizaba un colgajo de piel entre el brazo y la pata como hace una ardilla voladora en la actualidad. Había nadadores como Castorocauda, que tenía una cola aplanada como la de una nutria, y excavadores con forma de topo como Docofossor. Estos primeros mamíferos explotaban diferentes nichos ecológicos del entorno. Los cambios que se produjeron en sus esqueletos (véase más arriba) les permitieron adaptarse a nichos ecológicos únicos. Esto demuestra que, aunque los reptiles como los dinosaurios eran los animales más grandes de la Tierra en el Triásico, el Jurásico y el Cretácico, los mamíferos también tuvieron mucho éxito, ya que convivieron con los dinosaurios durante millones de años y acabaron sobreviviendo a ellos.

El fin de los dinosaurios – el surgimiento de los mamíferos modernos:

Al final del Cretácico, hace 66 millones de años, se produjo una extinción masiva llamada evento de extinción K-Pg (a veces todavía llamada por su nombre más antiguo, la extinción K-T). Ocurrió cuando un asteroide chocó contra la Tierra cerca de la costa de México y provocó un cambio climático global masivo. Los dinosaurios se extinguieron (aparte de las aves), al igual que los reptiles voladores, los reptiles marinos y muchos otros grupos de animales (incluidos muchos mamíferos). Sin embargo, los mamíferos que sobrevivieron se recuperaron muy rápidamente. Al desaparecer los demás grupos de animales, quedó un gran espacio ecológico vacío y los mamíferos se adaptaron rápidamente para llenarlo. Se hicieron más grandes y empezaron a especializarse como carnívoros, herbívoros, corredores y trepadores. En un plazo de 10 a 20 millones de años, muchos de los grupos de mamíferos modernos que conocemos hoy en día habían aparecido (Figura 6), incluyendo las primeras ballenas.

Algunas personas argumentan que los mamíferos podrían haber evolucionado en estos nichos ecológicos incluso si los dinosaurios no hubieran muerto. Esto probablemente no es cierto, porque los dinosaurios y los reptiles marinos llenaron con éxito la mayoría de estos nichos, especialmente los espacios más grandes para comer plantas y carne en el ecosistema. Es poco probable que los mamíferos los sustituyeran sin una causa impulsora, como el evento de la extinción. Pero es importante recordar que los mamíferos tuvieron mucho éxito durante la época de los dinosaurios.

Los mamíferos aparecieron más o menos al mismo tiempo que los dinosaurios, sobrevivieron junto a ellos durante 150 millones de años y luego superaron una extinción masiva que acabó con muchos de los otros grupos animales de la Tierra. Su anatomía única les permitió desempeñar funciones en el ecosistema que nunca antes habían sido cubiertas, y se han convertido en uno de los grupos de animales vertebrados más longevos y exitosos de la Tierra. Se han diversificado y han ocupado ecosistemas en todos los continentes, incluso han vuelto al mar y han tomado el aire.

Así que la próxima vez que alguien le diga que los mamíferos pequeños son aburridos, recuerde a los diminutos mamíferos pioneros que sobrevivieron incluso a los reptiles gigantes más poderosos… ¡y se apoderaron del mundo!

Sugerencias para seguir leyendo:

Hu, Y., Meng, J., Wang, Y. & Li, C. Large Mesozoic mammals fed on young dinosaurs. Nature 433, 149-152 (2005) DOI: 10.1038/nature03102

Kielan-Jaworowska, Z., Cifelli, R. L. & Luo, Z.-X. Mammals from the Age of Dinosaurs (Columbia University Press, 2004).

Luo, Z.-X. Transformación y diversificación en la evolución temprana de los mamíferos. Nature 450, 1011-1019 (2007). DOI: 10.1038/nature06277

Pond, C. M. The significance of lactation in the evolution of mammals. Evolution 31, 177-199 (1977). DOI: 10.2307/2407556

1Universidad de Edimburgo, Escuela de Geociencias, Kings Buildings, Edimburgo, Escocia, Reino Unido. Email: [email protected], Twitter handle: @gsciencelady