Los exámenes dentales fósiles revelan cómo evolucionaron los colmillos: se originaron en “animales muy extraños” llamados dicinodontos

Reconstrucción de la vida del dicinodonte Dicynodon. Aparte de los colmillos en la mandíbula superior, la mayoría de los dicinodontos poseían un pico parecido a una tortuga que usaban para masticar su comida. Imagen de Marlene Hill Donnelly. Crédito: Marlene Hill Donnelly
Reconstrucción de la vida del dicinodonte Dicynodon. Aparte de los colmillos en la mandíbula superior, la mayoría de los dicinodontos poseían un pico parecido a una tortuga que usaban para masticar su comida. Imagen de Marlene Hill Donnelly. Crédito: Marlene Hill Donnelly

La mayoría de la gente imagina un elefante cuando imagina animales con colmillos. 

Pero muchos otros animales tienen colmillos, incluidos jabalíes, hipopótamos, morsas que habitan en el Ártico e incluso un animal de cinco libras con apariencia de conejillo de indias llamado hyraxes. 

Aunque el tamaño del animal y sus colmillos pueden variar, todos tienen una cosa única en común, ya que solo se encuentran en mamíferos: no se conocen peces, reptiles o aves con colmillos. 

A pesar de ser una característica icónica de los mamíferos modernos y fósiles, permanece el misterio de qué pasos evolutivos llevaron al desarrollo de este fenómeno dental y por qué los mamíferos son los únicos animales en la actualidad con colmillos.

En un nuevo artículo publicado el 27 de octubre de 2021, en Proceedings of the Royal Society B, los  investigadores rastrean los primeros colmillos hasta los antiguos parientes de mamíferos que vivieron antes de los dinosaurios y arrojan luz sobre la evolución de los colmillos de mamíferos al definir primero qué hace que un colmillo sea un colmillo.

“Los colmillos son una anatomía muy famosa, pero hasta que comencé a trabajar en este estudio, nunca pensé realmente en cómo los colmillos están restringidos a los mamíferos”, dijo la autora principal Megan Whitney, becaria postdoctoral en el Departamento de Biología Organísmica y Evolutiva de la Universidad de Harvard.

“Pudimos demostrar que los primeros colmillos pertenecían a animales que vinieron antes que los mamíferos modernos, llamados dicinodontos”, dijo Kenneth Angielczyk, coautor y curador del Field Museum de Chicago. “Son animales muy raros”.

Lado izquierdo del cráneo del dicinodonte Dolichuranus (NMT RB554) de Tanzania. 
El colmillo grande es visible en la parte inferior izquierda del espécimen. 
Crédito: Ken Angielczyk

Los dicinodontos, aunque no son mamíferos, son parientes lejanos y están más estrechamente relacionados con los mamíferos que los dinosaurios y otros reptiles. 

Los dicinodontos vivieron hace entre 270 y 201 millones de años e incluían una amplia gama de animales, desde diminutos dicinodontos parecidos a ratas hasta enormes dicinodontos del tamaño de un elefante. 

Son conocidos por tener una disposición de dientes muy peculiar. 

Una característica definitoria de estos animales, descubierta por primera vez hace 176 años, son los colmillos que sobresalen de sus mandíbulas superiores. 

La mayoría tenía dos colmillos superiores que descendían de la posición canina, pero rara vez tenían dientes adicionales. 

En cambio, los dicinodontos tenían un pico en la parte delantera de la boca que estaba hecho de queratina y se parecía al pico de una tortuga.

Los investigadores estaban tomando un descanso para almorzar durante una excavación paleontológica cuando se les ocurrió la idea del estudio. “Estábamos sentados en el campo en Zambia y había dientes de dicinodonte por todas partes”, recuerda Whitney. “Recuerdo que Ken los recogió y les preguntó por qué se llamaban colmillos, porque tenían características que los colmillos no tienen”.

Un cráneo de dicinodonte todavía en el suelo que se rompe para revelar las raíces de sus colmillos / dientes (las estructuras circulares blancas). 
Crédito: Foto de K. Angielczyk

No todos los dientes que sobresalen son técnicamente colmillos. “Para este artículo, tuvimos que definir un colmillo, porque es un término sorprendentemente ambiguo”, dijo Whitney. 

Los investigadores determinaron que para que un diente sea un colmillo debe extenderse desde la boca, estar hecho completamente de dentina, que carece del esmalte que se encuentra en la mayoría de los dientes de los mamíferos y está en constante crecimiento.

Los investigadores realizaron paleohistología (el estudio de los tejidos fósiles) en rodajas finas como el papel de dientes fosilizados de 19 especímenes de dicinodonte, que representan diez especies diferentes. 

Utilizaron micro-CT para examinar cómo los dientes se unían al cráneo y para ver si había alguna evidencia de crecimiento continuo.

Algunos de los colmillos de dicinodonte que el equipo observó en Zambia tampoco parecían ajustarse a la definición de colmillo: estaban recubiertos de esmalte en lugar de dentina. “Hay muchos tipos diferentes de dicinodontos y parece que la mayoría tienen colmillos”, dijo Whitney, “sin embargo, cuando miras los detalles microestructurales, son muy diferentes en esos grupos”. 

Los dientes de esmalte son más resistentes que la dentina, pero debido a la geometría de cómo crecen los dientes en la mandíbula, si se desea dientes que sigan creciendo a lo largo de su vida, no puede tener una cobertura de esmalte completa. 

Los animales como los humanos desarrollaron dientes duraderos pero difíciles de reparar; no hay reemplazo para la pérdida de un diente adulto. 

Los colmillos son menos duraderos que los dientes recubiertos de esmalte, pero crecen continuamente, incluso si se dañan.

Los Colmillos

Al analizar las secciones histológicas delgadas de especímenes de dicinodontes de Sudáfrica, la Antártida, Zambia y Tanzania, los investigadores encontraron que, al igual que los dientes humanos, estos animales parecían reducir la cantidad de dientes de reemplazo en la posición canina y tenían un tejido blando adherido a la mandíbula. 

Curiosamente, esta es una combinación de características que es exclusiva de los mamíferos. 

Los mamíferos, como los humanos, reemplazan los dientes de leche con dientes de adulto solo una vez, a diferencia de la mayoría de los otros vertebrados; por ejemplo, los tiburones tienen una producción continua de dientes. 

Los dientes de los mamíferos están unidos a la mandíbula por gomfosis, que es una unión de tejido blando o ligamento. 

La mayoría de los dientes de los vertebrados, sin embargo, están unidos a la mandíbula por anquilosis, que es una fusión de tejido duro de hueso a diente.

“Si tiene estas dos cosas, una cantidad reducida de reemplazo de dientes y un accesorio de tejido blando, un diente en constante crecimiento permite que el animal evite el hecho de que no puede reemplazar el diente. En cambio, evoluciona para depositar continuamente los mismos tejidos dentales ”, dijo Whitney. “Y a medida que el animal continúa depositando el tejido, el diente comienza a moverse fuera de la boca para volverse funcional”.

Un ejemplo de un colmillo verdadero en constante crecimiento en el dicinodonte Lystrosaurus. 
Cuando los investigadores cortan la cara de Lystrosaurus, la raíz de los colmillos se compone de una cavidad pulpar muy abierta que sugiere que la dentina se estaba depositando continuamente. 
Crédito: Imagen de M. Whitney

Los investigadores encontraron que la verdadera evolución de los colmillos solo ocurrió en una etapa posterior de la evolución en este grupo: los primeros miembros de este grupo tenían un diente grande en lugar de un colmillo verdadero. 

Al final de su historia evolutiva, los dicinodontos desarrollaron un verdadero colmillo que estaba en constante crecimiento y, sorprendentemente, lo hizo de manera convergente en múltiples tipos diferentes de dicinodontos. 

“Esperaba que hubiera un punto en el árbol genealógico en el que todos los dicinodontos comenzaran a tener colmillos, así que pensé que era bastante impactante que en realidad veamos a los colmillos evolucionar de manera convergente”, dijo Whitney. “Esta es una historia similar a lo que vemos en la evolución de los elefantes, ya que refleja muchos de los patrones que se han estudiado sobre cómo los elefantes obtuvieron sus colmillos”.

“Los dicinodontos eran los vertebrados más abundantes y diversos en la tierra justo antes de la época de los dinosaurios, y son famosos por sus ‘colmillos’. 

El hecho de que en realidad solo unos pocos tengan colmillos verdaderos y el resto tenga dientes grandes, es un hermoso ejemplo de evolución que podemos documentar. ¡Podemos ver cómo construir un colmillo! ” dijo el coautor Brandon Peecook, curador del Museo de Historia Natural de Idaho.

Evolución de los colmillos

Los investigadores dicen que el estudio, que muestra la primera instancia conocida de colmillos verdaderos, podría ayudar a los científicos a comprender mejor cómo funciona la evolución.

“Los colmillos han evolucionado varias veces, lo que hace que te preguntes cómo y por qué. Ahora tenemos buena información sobre los cambios anatómicos que debían ocurrir para que los dicinodontos desarrollaran colmillos. Para otros grupos, como los jabalíes o las morsas, el jurado aún está deliberando ”, dijo el coautor Christian Sidor, curador del Museo Burke de la Universidad de Washington .

Los diversos tipos de dientes que han evolucionado los animales pueden informar a los científicos sobre las presiones que esos animales enfrentaron y que podrían haber producido esos dientes. 

Por ejemplo, los colmillos pueden funcionar en una variedad de formas que incluyen defensa, competencia, excavación, selección sexual e incluso ayudar con la locomoción, como en la morsa que usa sus colmillos para elevarse sobre el hielo desde el agua. 

Un colmillo en continuo crecimiento puede haber permitido a estos dicinodontos superar los desafíos de tener un solo juego de dientes de reemplazo a lo largo de su vida.

“Realmente no sabemos qué funciones pueden haber tenido los colmillos de dicinodontos porque no podemos observarlos y ver qué estaban haciendo con ellos”, dijo Whitney. “Esa es una pregunta persistente sobre los dicinodontos, incluso más ahora”.

“Los colmillos de dicinodonte pueden decirnos mucho sobre la evolución de los colmillos de los mamíferos en general”, dice Angielczyk. “Por ejemplo, este estudio muestra que se necesitan tasas reducidas de reemplazo de dientes y un ligamento flexible que adhiera el diente a la mandíbula para que los verdaderos colmillos evolucionen. Todo va hacia arriba para darnos una mejor comprensión de los colmillos que vemos en los mamíferos de hoy “.

Referencia: “The evolution of the synapsid tusk: insights from dicynodont therapsid tusk histology” 27 October 2021, Proceedings of the Royal Society B.
DOI: 10.1098 / rspb.2021.1670

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