El origen de los mamíferos como nunca lo habías visto

En este artículo nos centraremos en la evolución de los mamíferos a partir de los primeros vertebrados. Es decir, todo el proceso en el que la primera célula, LUCA (Last Universal Common Antecesor), evolucionó desde un organismo procariota unicelular hasta un animal vertebrado será omitido. Por lo tanto, el punto de partida de nuestro viaje será el periodo Devónico de la era Paleozoica, hace entre 420 y 375 millones de años. ¡Comencemos!

En el periodo Devónico, los océanos se fueron poblando de peces depredadores cada vez más diversos en formas y tamaños. Eran muy comunes animales que se parecerían a los tiburones y rayas actuales. Los placodermos, peces de unos 6 metros de largo equipados con cabezas acorazadas y gruesos dientes, se encontraban en la cumbre de la cadena trófica. Los invertebrados (principalmente artrópodos) estaban relegados a nichos muy concretos. Algunos se volvieron más pequeños, otros se desarrollaron fuertes caparazones, pero otros grupos, tomaron ejemplo de los primeros vertebrados y se volvieron más astutos. Es aquí cuando aparecieron los cefalópodos, los ancestros de los actuales pulpos. Sin embargo, la estrategia más radical de supervivencia de los invertebrados fue escapar del océano en masa. Empujados por la depredación constante, muchos artrópodos se alejaron de sus hogares y se adentraron en tierra firme. Gracias a las pequeñas plantas terrestres sin hojas que habían crecido en la costa, pudieron colonizar un nuevo nicho. En el periodo Devónico, aparecieron plantas terrestres con hojas (para mejorar su absorción de la luz solar) y semillas (para expandirse). Las primeras plantas se parecían mucho a los árboles actuales ya que mediante la expansión de sus raíces crearon suelos estables en los pudieran vivir los artrópodos de las cercanías. Aunque al principio del periodo Devónico, las plantas no medían más de 30 cm, para finales del periodo alcanzaban los 30 m de altura. El planeta empezó a adquirir su característico tono verde, y las plantas terrestres se expandieron por toda la superficie de la Tierra. La vida para los invertebrados se convirtió en un paraíso celestial en la tierra (literalmente). Sin embargo, como vemos con el actual cambio climático que sufre nuestro planeta, la biosfera es implacable con aquellos que se reproducen de forma rápida e insostenible. El exceso descontrolado de vida vegetal y de artrópodos, desencadenó una extinción global que eliminó cerca de la mitad de toda la vida en la Tierra.

Placodermos del período Devónico

La marcha terrestre de las plantas avanzó de manera muy veloz para que la evolución equilibrara las enormes demandas de CO2 con más animales productores de este gas. Por ello, los niveles de CO2 se desplomaron, causando una bajada de las temperaturas (hoy ocurre lo contrario al aumentar los niveles de CO2). Los océanos se congelaron y se volvieron inhabitables para la vida. Esto es lo que se conoce como la extinción del Devónico, y aunque existen numerosas teorías para explicar las causas, muchas de ellas concuerdan en que la razón principal fue la hiperproliferación de las plantas. En cualquier caso, fue a partir de estas tumbas gélidas de esta tragedia que nuestros ancestros emergieron del océano. Antes de la extinción, la mayoría de los peces se alejaban de las costas para evitar la situación de “varado mortal” en la que quedaban atascados en la tierra. Sin embargo, las costas también ofrecían una gran recompensa nutritiva en los cálidos charcos terrestres repletos de pequeños insectos y vegetación. Nuestros ancestros fueron los primeros peces en desarrollar la capacidad de sobrevivir fuera del agua, desarrollando pulmones que les permitían extraer el oxígeno del aire. Con la extinción del Devónico tardío y la congelación de los océanos, estos peces que caminaban torpemente con sus aletas fueron de los pocos que lograron sobrevivir. Como el suministro de alimento y el agua cálida escaseaban en los océanos, nuestros ancestros vivieron cada vez más tiempo en los charcos terrestres. Perdieron sus branquias y sus aletas dieron lugar a manos y patas con dedos. De esta forma, se convirtieron en los primeros tetrápodos, y ya entonces se asemejaban a un anfibio moderno similar a una salamandra.

Mientras un linaje evolutivo de los tetrápodos mantuvo su estilo de vida durante cientos de millones de años dando lugar a los anfibios, otro de los linajes evolutivos abandonó las sobreexplotadas costas adentrándose hacia el interior en busca de alimento. Este fue el linaje de los amniotas: los animales que desarrollaron la capacidad de poner huevos de cáscara coriácea que podían sobrevivir fuera del agua. Probablemente estos primeros amniotas se parecieran a un lagarto actual. Como los insectos y la vegetación eran muy abundantes tierra adentro, los amniotas se expandieron y diversificaron por todos los rincones de la Tierra. Las dos siguientes eras (el Carbonífero y el Pérmico) desde hace 350 millones de años a 250 millones de años, presenciaron una explosión de amniotas, pero tuvieron que enfrentarse a algunos nuevos desafíos.

Los cambios de temperatura que genera el ciclo día-noche, son muy atenuados en el mar, pero tienen una gran importancia para los organismos terrestres. Como los amniotas eran de sangre fría (al igual que los peces) su única forma de conservar el calor corporal fue moviéndose a lugares más cálidos. Pero como no se puede escapar del frío nocturno, los primeros amniotas permanecían inmóviles durante la noche. Las temperaturas eran demasiado bajas para que su metabolismo funcionara de forma eficiente, por lo que simplemente se “apagaban”. El hecho de que los primeros amniotas permanecieran apagados durante un tercio de su vida, presentó una oportunidad: los animales podían cazar de noche y darse un enorme festín de lagartos inmóviles. Es aquí donde apareció el otro linaje de los amniotas, y nuestros ancestros, los terápsidos. La principal diferencia que mostraban respecto a los reptiles de la época, fue que desarrollaron “sangre caliente”, los terápsidos fueron los primeros en utilizar energía para producir su propio calor. Aunque parezca una adaptación muy útil, también es una apuesta arriesgada. Requiere mucho más alimento para sobrevivir ya que necesitan un extra de energía para la producción de su calor interno. En el periodo Pérmico, cuando la Tierra rebosaba de reptiles (inmóviles por la noche) y artrópodos, la apuesta dio sus frutos y los terápsidos se convirtieron en los animales terrestres más exitosos. Crecieron hasta alcanzar el tamaño de un tigre moderno y comenzaron a desarrollar pelo para conservar mejor el calor. Aunque hay algo que se repite en toda la historia evolutiva (y humana) de la Tierra: todos los reinados llegan a su fin. Los terápsidos no fueron ninguna excepción, y la extinción masiva del Pérmico-Triásico (hace 250 millones de años), la extinción más mortal de la historia de la Tierra (desaparición del 96% de animales terrestres), acabó casi por completo con estos terápsidos.

Representación de Alopecognathus angusticeps un terápsido del periodo Pérmico (Fuente: Wikipedia)

En este momento, cuando el acceso a alimentos se encontraba muy restringido, la sangre caliente era más una desventaja que una ventaja. Los reptiles y sus dietas escasas se vieron mejor adaptados para sobrellevar la tormenta de la extinción del Pérmico-Triásico. Durante los siguientes 5 millones de años, la vida sobrevivió en pequeños sectores del mundo. Entre los terápsidos, solo sobrevivieron los de pequeño tamaño que se alimentaban de plantas como los cinodontes excavadores. La casi erradicación completa de este grupo dejó vía libre a sus escamosos primos, los reptiles. Durante los siguientes 150 millones de años, los reptiles dominarían el mundo. Los pequeños lagartos del Pérmico, se convirtieron en enormes arcosaurios con inmensos dientes y garras, así como en pterosaurios (arcosaurios voladores), los primeros en desarrollar alas y cazar desde el cielo. Para sobrevivir ante estas enormes bestias depredadoras, los cinodontes se volvieron cada vez más pequeños hasta que alcanzaron no más de 10 cm de largo. Se mantenían escondidos en madrigueras o árboles durante el día, para salir en busca de insectos y plantas en las frías noches donde los arcosaurios permanecían inmóviles. Así nacieron los primeros mamíferos. En algún punto de este reinado de dinosaurios, los pequeños mamíferos que permanecían escondidos en sus madrigueras, desarrollaron una nueva habilidad cognitiva, una de las innovaciones más grandes de la historia evolutiva de la vida.

Aunque estos primeros mamíferos similares a roedores no eran capaces de escapar de los ataques de los depredadores, su estilo de vida arbóreo o de excavación les otorgó una ventaja singular: eran ellos quienes daban “el primer paso”. Escondidos detrás de una rama o en una cueva subterránea, podía mirar a su alrededor y detectar un depredador en la lejanía y un insecto delicioso y decidir si valía la pena salir en su búsqueda. De esta forma, la región de la corteza del cerebro de los mamíferos se transformó en un nueva región llamada neocorteza. Esta nueva región cerebral, otorgó a los pequeños mamíferos un superpoder: la capacidad de simular acciones antes de que sucedieran. Fueron capaces de aprender antes de actuar; es decir, aprendieron con la imaginación. Puede que pienses que muchas especies se habían encontrado ante la situación de “el primer paso”, cangrejos que se esconden detrás de una piedra, peces que se esconden entre las algas… Entonces, ¿por qué se desarrolló la simulación solo en los mamíferos?

Representación de Brasilitherium riograndensis del clado de los cinodontes (Fuente: Wikipedia)

Para que la simulación evolucionara fueron necesarios varios requisitos. En primer lugar, una visión de largo alcance para ver lo que te rodea y simular los diferentes caminos hacía un objetivo, un suculento insecto por ejemplo. En la tierra, aunque sea de noche, puedes ver hasta 100 veces más lejos que fuera del agua, lo cual elimina a los peces y los cangrejos de ser susceptibles de desarrollar la simulación. En segundo lugar, es necesaria la presencia de sangre caliente. Simular acciones resulta enormemente costoso en términos computacionales, y por lo tanto, consume mucha energía. Como la activación de las neuronas es muy sensible a la temperatura, (las neuronas se disparan más lento a temperaturas frías) los cerebros de los animales de sangre caliente funcionaban con mayor rapidez que los cerebros de animales de sangre fría como los reptiles, peces y anfibios. Por esto los reptiles, a pesar de su visión de largo alcance, no fueron capaces de desarrollar la neocorteza. Solo los mamíferos y las aves (ambos de sangre caliente) pudieron recibir el regalo de la simulación.

Este fue el gran salto adelante que permitió a los mamíferos colonizar la Tierra (además de la extinción del Jurásico). A lo largo de los cientos de millones de años de evolución animal, desde los primeros peces a la aparición de los dinosaurios, hubo una gran diversificación de formas, tamaños y órganos, pero hubo una estructura que permaneció inalterable: el cerebro. Los cerebros se mantuvieron durante mucho tiempo en una edad oscura neuronal, que explica por qué los cerebros de los peces y reptiles modernos son tan parecidos, a pesar de los cientos de millones de años de evolución que los separan. La única chispa de innovación que se encendió en medio de esta eternidad de estancamiento neuronal fue en los primeros mamíferos, en donde la neocorteza les brindó la capacidad de simular y adueñarse del mundo.

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