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Para verte mejor: ¿por qué la vida salió del agua para aterrizar?

La vida en la Tierra comenzó en el agua. Por lo tanto, cuando los primeros animales llegaron a tierra, tuvieron que cambiar sus aletas por extremidades y branquias por pulmones para adaptarse mejor al nuevo entorno terrestre. Recientemente, apareció un nuevo estudio, que mostró que la transición a los pulmones y las extremidades no revela la imagen completa de la transformación de estas criaturas. Cuando salieron del mar, recibieron algo, quizás incluso más valioso que el aire oxigenado: información. En el aire, los ojos pueden ver mucho más lejos que bajo el agua. Según Malcolm McIver, neurólogo e ingeniero de la Universidad Northwestern, el mayor rango de visibilidad proporcionó a los animales información adicional sobre las fuentes de alimentos ricos cerca de la costa.


Makiver tenía una hipótesis interesante, pero estaba mirandoevidencia Por lo tanto, se asoció con Schmitz, que tenía experiencia en la interpretación de las células oculares de los tetrápodos fosilizados de cuatro patas (uno de los cuales era tiktaalik), y dos científicos pensaron en la mejor manera de probar la idea de Makiver.

McIver y Schmitz primero analizaron cuidadosamenteun registro fósil para identificar cambios en el tamaño de las cuencas de los ojos, que indican los cambios correspondientes en los ojos, ya que son proporcionales al tamaño de las cuencas. Los científicos recolectaron 59 cráneos de las primeras cuatro patas, que tuvieron lugar durante el período de transición entre el agua y la tierra, que estaban lo suficientemente intactos como para medir tanto la órbita del ojo como la longitud del cráneo. Luego descargaron estos datos en un modelo de computadora para extrapolar el cambio en el tamaño de la cuenca del ojo durante muchas generaciones y tener una idea de la deriva genética evolutiva de esta característica.

Resultó que un aumento notable en el tamaño de los ojosrealmente observado, tres veces, de hecho, durante el período de transición. El tamaño promedio de la cuenca del ojo antes de la transición era de 13 milímetros, y después de 36 milímetros. Además, para aquellas criaturas que salieron del agua para aterrizar y regresaron al agua, como el pez cueva mexicano Astyanax maxicanus, el tamaño promedio de la órbita del ojo se redujo a 14 milímetros, es decir, casi regresó a su estado anterior.

Estos resultados tuvieron un problema. Inicialmente, Makiver sugirió que el aumento se produjo después de que los animales se convirtieran completamente en tierra, ya que las ventajas evolutivas de la visión a larga distancia en tierra conducirían a un aumento en el tamaño de la órbita. Pero el cambio ocurrió antes de que se completara la transición del agua a la tierra, incluso antes de que las criaturas desarrollaran extremidades rudimentarias en sus apéndices de peces. ¿Cómo podría estar en tierra impulsar un aumento gradual en el tamaño de la órbita del ojo?

Cuando Makiver y Schmitz analizaron datos sobreCon el tamaño de los ojos en el registro fósil, notaron que las órbitas cambiaron de posición durante el período de transición, desplazadas de las partes laterales del cráneo a la parte superior, donde se fijaron en las protuberancias óseas. También notaron pequeñas incisiones cerca de la región del oído, los espiráculos, que ayudaron a las cuatro patas a respirar aire. En resumen, estas criaturas comenzaron a parecerse a los cocodrilos. De repente, todo cayó en su lugar.

"No esperaba que estas criaturas usaranvisión aérea mientras todavía está flotando ", dice McIver. "Supuse que la visión aérea es igual a estar en tierra". Esto no es asi. Más bien, se suponía que los tetrápodos de transición cazaban como cocodrilos escondidos en aguas poco profundas en la orilla, cuando solo sus ojos miraban por encima de la superficie en busca de sabrosas presas.

En este caso, "parece cazar, comoun cocodrilo era una puerta de entrada a la tierra ", dice McIver. "Al igual que la información precede a la acción, la aparición en tierra probablemente se debió a la gran ganancia de visión debido a los ojos que sobresalen del agua, que puede ver una fuente de presas intactas, y se encontraron extremidades después de eso".

Esta opinión es consistente con el trabajo de Jennifer Clack,un paleontólogo de la Universidad de Cambridge, que es famoso por el fósil Pederpes finneyae, es el "pie destinado a caminar sobre tierra" más antiguo que se conoce, que no era completamente tierra. Aunque los primeros tetrápodos fueron predominantemente acuáticos, y más tarde los tetrápodos se convirtieron claramente en tierra, los paleontólogos creen que esta criatura pasó tiempo tanto en el agua como en tierra.

Al determinar qué tan grandes son tus ojos,Makiver decidió calcular hasta dónde podían ver los animales con ojos grandes. Adaptó el modelo ecológico existente, que tiene en cuenta no solo la anatomía de los ojos, sino también otros factores, como el medio ambiente. En el agua, un ojo más grande solo aumenta el alcance visual de poco más de seis metros a casi siete metros. Pero aumente el tamaño de los ojos en el aire, y la mejora crecerá de 200 a 600 metros.

Makiver y Schmitz hicieron lo mismomodelado en una variedad de condiciones: luz diurna, noche sin luna, luz de estrellas, agua clara e incluso agua turbia. "No importa", dice McIver. - En todos los casos, el aumento en el aire fue enorme. Incluso si cazaban a plena luz del día en el agua y salían solo en las noches sin luna, desde el punto de vista todavía era beneficioso para ellos ".

Usando herramientas cuantitativas paraLa explicación de los patrones en el registro fósil presenta un enfoque completamente nuevo del problema. Cada vez más paleontólogos y biólogos evolutivos como Schmitz están utilizando estos métodos.

"La paleontología es en gran parte un estudiofósiles, seguidos de descripciones de cómo estos fósiles podrían encajar en un entorno particular ", dice John Long, un paleobiólogo de la Universidad de Flinders en Australia, que estudia cómo los peces evolucionaron en tetrápodos. “Este artículo contiene muy buenos datos experimentales para evaluar la visión en una variedad de entornos. Y estos datos corresponden a los patrones que vemos en el ejemplo de estos peces ".

Schmitz destacó dos eventos clave enenfoque cuantitativo que se ha producido en los últimos diez años. Primero, cada vez más científicos están adaptando los métodos de la biología comparativa moderna al análisis de los registros fósiles, estudiando la relación de los animales entre sí. En segundo lugar, existe un gran interés en modelar la biomecánica de las criaturas antiguas de una manera que pueda verificarse para determinar qué tan rápido podrían correr los dinosaurios, por ejemplo. Tal enfoque modelo para la interpretación de los fósiles se puede aplicar no solo a la biomecánica, sino también a la función sensorial, en este caso, para explicar cómo la salida del agua afectó la visión de los primeros animales de cuatro patas.

"Ambos enfoques aportan algo único, por lo tantodebe ir de la mano ", dice Schmitz. “Si tuviera que analizar la órbita del ojo en sí mismo, no entendería lo que realmente significa. Los ojos son más grandes, pero ¿por qué? El modelado sensorial puede responder estas preguntas cualitativamente, no cuantitativamente.

Schmitz planea explorar otras transiciones desdeagua en tierra en el registro fósil, no solo los primeros de cuatro patas, para buscar los aumentos correspondientes en el tamaño de los ojos. "Si observa otras transiciones entre el agua y la tierra, entre la tierra y nuevamente el agua, verá imágenes similares que podrían confirmar esta hipótesis", dice. Por ejemplo, los fósiles de reptiles marinos que dependen en gran medida de la visión también pueden mostrar un aumento en la órbita del ojo a medida que aterrizan.

Pensar de una nueva manera

La experiencia del neurólogo McGiver lo forzó inevitablementepensar en cómo todo esto podría afectar el comportamiento y las habilidades cognitivas de las cuatro patas cuando se mueven del agua a la tierra. Por ejemplo, si vives y cazas en el agua, tu rango de visión limitado, aproximadamente una longitud del cuerpo por delante, significa que vives en un "modo reactivo": solo tienes unos pocos milisegundos para reaccionar. Todo se reduce a un esquema. Comerás o serás comido, y es mejor tomar una decisión rápidamente.

Pero para un animal terrestre, la capacidad de verAdemás, significa que tiene mucho más tiempo para evaluar la situación y desarrollar una mejor estrategia de acción, ya sea un depredador o una víctima. Según McIver, probablemente los primeros animales terrestres comenzaron a cazar la producción terrestre de manera reactiva, pero con el tiempo, aquellos que pudieron ir más allá del modo jet y aprender a pensar estratégicamente obtuvieron una ventaja evolutiva. "Ahora tiene que evaluar varios resultados futuros y elegir rápidamente entre ellos", dice el científico. "Este es un viaje mental a través del tiempo, que se ha convertido en una parte importante de nuestras propias habilidades cognitivas".

Otros sentimientos probablemente también jugaroncierto papel en el desarrollo de una conciencia más desarrollada. "Es extremadamente emocionante, pero no creo que la capacidad de planificar repentinamente aparezca solo a través de la visión", dice Barbara Finlay, una neurofísica evolutiva de la Universidad de Cornell. Como ejemplo, señala cómo el salmón depende de su sentido del olfato durante su migración aguas arriba.

Hutchinson está de acuerdo en que sería útilconsiderar cuántos cambios sensoriales durante este período crítico de transición se combinan entre sí, y no estudiar la visión solo. Por ejemplo, "sabemos que el olor y el sabor se asociaron primero en el ambiente acuático y luego se separaron", dice. "Pero la audición ha cambiado drásticamente durante la transición de un entorno acuoso a uno seco, junto con el desarrollo de un oído externo adecuado y otras características".

Este trabajo tiene implicaciones para la evolución futura.conocimiento humano Tal vez algún día podamos dar otro salto evolutivo, superando lo que Makiver llama en broma "la paleoneurología de la estupidez humana". Las personas pueden comprender las consecuencias de las amenazas a corto plazo, pero la planificación a largo plazo, por ejemplo, mitigar los efectos del cambio climático, prácticamente no la asimilamos. "Quizás algunas de nuestras limitaciones en el pensamiento estratégico se remontan a cómo las diferentes condiciones afectan la planificación", dice. "No podemos pensar en una escala de tiempo geológico".

Su trabajo puede ayudarnos a identificar nuestros propios puntos ciegos.

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