De la tierra al agua: el origen de los Cetáceos

Querida hija:

El ser humano se ha sentido siempre fascinado por la perfecta adaptación que los Cetáceos han desarrollado al medio acuático. En efecto, las ballenas y los delfines están tan absolutamente adaptados al medio acuático que no pueden sobrevivir fuera de él. Y tal vez por eso los humanos también se asombran cuando se dan cuenta de que los ancestros más lejanos de los Cetáceos eran animales terrestres de cuatro patas. El proceso evolutivo de transición de aquellos cuadrúpedos terrestres a esos leviatanes acuáticos es uno de los más fascinantes que se han podido documentar. Voy a explicártelo a continuación.

El origen de los Cetáceos ha sido un misterio durante mucho tiempo

El lugar de los Cetáceos en el Árbol de la Vida.

Tradicionalmente, los Cetáceos han sido clasificados como un Órden propio e independiente dentro de los Mamíferos. Pero desde finales del siglo XIX, y basándose en estudios embriológicos, se empieza a sospechar que entre los Cetáceos y los Artiodáctilos existe una relación. Sí, los Artiodáctilos, esos animales de pezuñas pares: bóvidos, camélidos, hipopótamos, jabalíes...etc. Y los estudios morfológicos posteriores no hicieron más que ir confirmando esa sospecha.

En efecto, existen indudables similitudes morfológicas entre los Cetáceos y los Artiodáctilos. Por ejemplo, la anatomía del estómago y del pene, similitudes en la dentición y el astrágalo (hueso del pie que se articula con la tibia y el peroné) de Cetáceos fósiles con Artiodáctilos. Pero tenemos que esperar hasta comienzos de los años 1990 para que los estudios moleculares demostrasen sin ningún género de dudas que los Cetáceos, en efecto, están estrechamente relacionados con los Artiodáctilos.

Cladograma de los Artiodáctilos, mostrando el lugar de los Cetáceos en él

Pero...¿qué tan relacionados?. Existe un debate abierto entre los taxónomos. Según una corriente de opinión, los Cetáceos SON Artiodáctilos de pleno derecho, constituyéndose como grupo "hermano" de los hipopótamos, que serían sus parientes vivos más cercanos. La segunda corriente de opinión defiende que los Cetáceos constituyen un grupo "hermano" del resto de Artiodáctilos. Esto tiene implicaciones en la consideración de los Artiodáctilos como grupo coherente. Según la primera opinión, habría que agrupar a Cetáceos y Artiodáctilos en un grupo llamado Cetartiodactyla. Según la segunda opinión, se podrían reagrupar pero manteniendo el nombre de Artiodáctilos, entendiendo que incluye también a los Cetáceos.

La morfología del astrágalo es clave para determinar la relación entre Artiodáctilos y Cetáceos

Aunque me estoy adelantando un poco, parece que las evidencias fósiles apuntan en la segunda dirección. Se ha definido una familia de Artiodáctilos fósiles, la familia Raoellidae, que sería la rama hermana de los Cetáceos. Y este clado formado por Raoellidae y Cetacea sería, a su vez, "hermano" del resto de Artiodáctilos. Tengamos en cuenta que los primeros Cetáceos aparecen hace unos 53 millones de años, mientras que los primeros hipopótamos aparecen hace 15 millones de años. Existe, pues, un amplio hiato temporal del cual no hay fósiles que lo rellenen. Por eso, el descubrimiento de los Raoellidae ha supuesto un paso importante para dilucidar la relación entre Cetáceos y el resto de Artiodáctilos.

Independientemente de esto, si observas el esqueleto de cualquier Cetáceo te vas a dar cuenta de la existencia de vestigios de su anterior "vida" terrestre. En primer lugar, el esqueleto de las "manos", externamente parecidas a aletas, revela la existencia de "dedos" independientes con sus falanges. Por otro lado, si bien los Cetáceos actuales han perdido las extremidades traseras, en algunas especies aún se conservan restos de sus huesos actualmente desconectados de la pelvis. Y, desde luego, en todos los embriones de Cetáceos aparecen inicialmente las cuatro patas, para luego desaparecer las traseras durante el desarrollo embrionario.

Evolución de los Cetáceos

En principio, no hay nada extraño en el hecho de que un mamífero cuadrúpedo terrestre "regrese" al medio acuático. Los mamíferos han hecho esto por tres vías diferentes: los propios Cetáceos, los Sirenios (manatíes) y, desde los Carnívoros, surgieron los Pinnípedos (focas, morsas y leones marinos). La pregunta no es ¿por qué?, sino más bien ¿por qué no?.

El medio acuático es una fuente de comida y de protección, y merece ser explotado por cualquier animal al que le sea evolutivamente ventajoso hacerlo. No tienes más que mirar a tu alrededor para darte cuenta de que los mamíferos siguen explotando el medio acuático en diversos grados: nutrias, hipopótamos, castores, ratas de agua...¿quiere decir esto que todos estos animales se convertirán en algo parecido a ballenas durante la evolución futura?. Evidentemente, no. Esto va a depender de muchos factores. Para algunos, será ventajoso seguir profundizando en un medio de vida acuático. Para otros, será ventajoso seguir como están. ¿Cómo sucedió este proceso en el caso concreto de los Cetáceos?

Los Arqueocetos son los Cetáceos más primitivos

El origen de los Cetáceos hay que buscarlo en un lugar muy concreto: el actual subcontinente indio (Pakistán e India), donde se localizan los primeros fósiles en los años 1970 del siglo XX, y corresponden a un intervalo de tiempo bien definido: el periodo Eoceno, hace entre 55 millones de años (aparición de los primeros antepasados cuadrúpedos conocidos de los Cetáceos) y 37 millones de años (aparición de los primeros Cetáceos completamente adaptados a la vida acuática).

Los Cetáceos evolucionan en el llamado Mar de Tetis, que en la zona del actual subcontinente indio se trataba de un mar de carácter tropical y de aguas someras, y que se hallaba en un lento periodo de cierre. Estos primeros Cetáceos cuadrúpedos se agrupan bajo el nombre Arqueocetos ("ballenas antiguas"). Y antes de entrar en materia con estos Arqueocetos, retomo aquí a los Raoellidae, el grupo artiodáctilo hermano de los Cetáceos. Indohyus fue descubierto en Cachemira en 1971, pero no fue hasta 2007 cuando se determina que se trata del pariente más cercano de los Cetáceos. Se trataba de un ungulado del tamaño de un gato, y con extremidades delicadas terminadas en pezuñas, y una cola larga y fina. Data de hace 48 millones de años.

Indohyus

Se ha determinado que Indohyus pasaba parte de su tiempo en el agua, pero no era un animal nadador, sino que caminaba sobre el fondo. Se cree que podría usar el agua como forma de refugiarse ante la persecución por parte de algún depredador, como hacen hoy día algunos ciervos-ratón. No obstante, la densidad de los huesos de sus extremidades hacen pensar también en cierta adaptación para evitar la flotación.

Pero los primeros verdaderos cetáceos fósiles conocidos son los Pakicétidos, animales encontrados en 1979 en depósitos fluviales en el Norte de Pakistán y Noroeste de India. Eran animales de un tamaño máximo de un lobo, con piernas y cola largas. Se han clasificado como Cetáceos debido a la estructura de su oído. Se ha estudiado que este oído les permitía ya oír bajo el agua. Al igual que Indohyus, la densidad de sus huesos sugiere que, si bien no eran nadadores, estaban adaptados para no flotar fácilmente. El clima seco y cálido en el que vivieron hace 50 millones de años, y los sedimentos en los que han sido encontrados, sugieren que aprovechaban someras corrientes fluviales estacionales o temporales, en los que caminaban sobre el fondo como hacen hoy las aves zancudas. Se conocen tres géneros de Pakicétidos: Ichthyolestes, Pakicetus y Nalacetus.

Pakicetus

Otro grupo de Arqueocetos, que dio un paso adelante en la evolución cetácea hacia la vida acuática fue la familia Ambulocetidae. Conocidos también en Pakistán e India, comprende los géneros Ambulocetus, Gandakasia e Himalayacetus, considerada como la ballena más antigua con sus 53,5 millones de años. Los Ambulocétidos ya alcanzaban el tamaño de un cocodrilo, y son consideradas como las más bésales de las "ballenas" ya acuáticas. Conservaban sus cuatro patas y los sedimentos donde se encontraron indican que vivían en ambientes costeros someros, como estuarios o bahías. El análisis de los isótopos depositados en sus huesos indica una cierta dependencia aún del agua dulce, pues los dos primeros géneros consumían presas terrestres, mientras que Himalayacetus podría ya alimentarse de presas marinas, si bien bebía agua dulce.

Los Ambulocétidos tenían grandes manos y pies, y se interpreta como que se impulsaban en el agua batiendo las extremidades traseras. Como esto no les permite alcanzar grandes velocidades, se piensa que eran depredadores de emboscada, como los cocodrilos de hoy en día. El análisis del hueso de la mandíbula indica que podría estar diseñado para la transmisión de sonidos bajo el agua, como en los Cetáceos modernos.

Ambulocetus

El siguiente grupo que quiero que conozcas es Remingtonocetidae. Si bien su hábitat era el mismo que los Ambulocétidos (bahías o pantanos someros), su morfología da un paso al frente: han sido comparados como "cocodrilos mamíferos", pues su cuerpo es alargado, con una cola larga, potente y aplanada que podría servirles como medio de impulsión para nadar, si bien eran capaces de caminar en tierra con sus cuatro extremidades, ya en un franco proceso de acortamiento. El rostro era estrecho y alargado, y las marinas (aberturas nasales) estaban en un avanzado proceso de migración hacia lo alto del cráneo, en este caso en la parte anterior del cráneo.

Los géneros conocidos de este grupo son: Remingtonocetus, Andrewsiphius, Attockicetus, Dalanistes, Kutchicetus (su esqueleto es el mejor conservado del grupo), y Rayanistes, cuyo descubrimiento en Egipto, en 2016, sugiere que estos antepasados de los Cetáceos habían empezado ya un proceso de expansión a lo largo del Mar de Tetis, desde el actual subcontinente indio hacia el Oeste.

Kutchicetus

Hace entre 47 y 41 millones de años vivieron los Protocetidae. Si bien no parece que presenten demasiadas novedades morfológicas con respecto a los grupos anteriores, sus fósiles han sido encontrados en África, Asia, Europa, Norte y Sudamérica. Es decir, la primera oleada de expansión de los Cetáceos. Se han encontrado sus fósiles asociados a depósitos de carbono, con lo que la teoría es que vivieron en aguas cálidas, tropicales, de poca profundidad y donde podría haber arrecifes de coral. Usaron, pues, el Mar de Tetis como "autopista" para llegar al resto del mundo. Esto implica que eran grandes nadadores y presumiblemente más adaptados aún a la vida marina, pero su vida era todavía anfibia: se ha descubierto un esqueleto de Maiacetus con un feto en su interior. Su cabeza estaba dirigida hacia afuera, lo que indica que daban a luz en tierra. Si dieran a luz en el mar, como los Cetáceos modernos, la cola estaría dirigida hacia afuera.

Recientemente, se ha hecho público el descubrimiento de una "ballena" de cuatro patas en Perú. La especie descrita se llama Peregocetus pacificus, y es también un Protocétido. Si bien se conocen veinte géneros, sólo se conservan esqueletos relativamente completos de Rodhocetus, Artiocetus, Maiacetus y Georgiacetus.

Maiacetus

Finalmente, la serie de los Arqueocetos se cierra hace entre 45 y 35 millones de años con los Basilosauridae. Este grupo constituye el más antiguo de Cetáceos obligadamente acuáticos. En efecto: la transición hacia la vida acuática se ha completado, se alimentan de pescado, no tienen ninguna relación con agua dulce, las piernas se han atrofiado ya hasta hacerse infuncionales, mientras que las manos se han transformado en aletas. El tamaño empieza a aumentar, pues Basilosaurus alcanza los 17 - 18 metros de longitud. Pero el cráneo aún no se ha especializado, manteniendo la dentición de los grupos anteriores, y la no existencia de ecolocación. Antes se consideraba al género Dorudon, más pequeño, como un basilosáurido, pero hoy se le considera en un grupo aparte.

Basilosaurus

A partir de los basilosáuridos, aparecen y evolucionan los dos grupos en los que se subdividen los Cetáceos modernos: los Odontocetos y los Misticetos. Por tanto, aquí paro mi explicación, pues ya han aparecido los Cetáceos tal como los conocemos.

Hasta aquí los hechos. Pero ahora tenemos que discutirlos y hacernos las siguientes preguntas: ¿Cómo y por qué se produjo esta transición tierra - agua?

Causas de un cambio

De todo lo anterior que te he contado se desprende una conclusión importante: los antecesores ungulados de los Cetáceos ya eran acuáticos. O, al menos, ya llevaban un género de vida anfibio, como Indohyus o Pakicetus. De este sencillo hecho, los especialistas han deducido que la aparición de los Cetáceos no se debió meramente a un cambio de un modo de vida terrestre a un modo de vida acuático, como podría pensarse. Como te razoné antes, no todos los mamíferos de hábitos acuáticos han evolucionado hacia algo parecido a ballenas, de modo que tiene sentido.

No. El factor clave que llevó a este grupo de ungulados anfibios a transformarse en ballenas fue un cambio de dieta. Si se examinan los cambios anatómicos experimentados por los Cetáceos arcaicos, y que tienen continuidad en los Cetáceos modernos, entre otros, se constata una progresiva reducción de la superficie maceradora de los dientes así como un alargamiento y estrechamiento de la región craneal postorbital y temporal. El primer factor nos lleva indefectiblemente a una dieta piscívora, y el segundo factor nos sugieren cambios en las funciones nerviosas de percepción así como en la forma de atrapar presas. Para esta conclusión y la siguiente, he seguido los trabajos de Hans Thewissen, Profesor de Anatomía en el Colegio de Medicina de la Universidad del Nordeste de Ohio, EEUU, uno de los grandes especialistas mundiales sobre evolución de Cetáceos.

Cronograma de la evolución de los Cetáceos

Esta conclusión no debe chocarte. Los primeros ungulados no eran los animales predominantemente herbívoros que son en la actualidad, sino que era un conjunto de especies herbívoras, omnívoras y también carnívoras, como los Mesoníquidos. Por tanto, es de esperar un buen grado de adaptabilidad y plasticidad en este grupo de animales.

El Profesor Thewissen y su equipo también ha estudiado el proceso por el cual los Cetáceos perdieron las extremidades traseras. En un primer paso, las piernas fueron reduciéndose de tamaño, pero manteniendo todos sus huesos, y sus proporciones entre ellos. La pérdida definitiva de las piernas se origina en un cambio genético que supuso la inactivación de un gen denominado Sonic hedgehog, que tiene una función clave en el crecimiento de las extremidades de los Vertebrados, entre otras cosas. Esta inactivación tiene lugar durante el primer cuarto del embarazo. En todos los Vertebrados, el gen Sonic Hedgehog es el responsable del crecimiento de las extremidades más allá de las articulaciones del codo y la rodilla.

Las investigaciones sugieren que las ballenas tenían piernas no funcionales, pero aún existentes al menos hasta hace 15 millones de años. Y se detecta que, en ese momento, empieza a faltar el concurso de este gen. A su vez, un gen denominado Hand2, que normalmente actúa como un "interruptor" para activar el Sonic hedgehog, dejó de dar esta orden de activación. Desde entonces, en los embriones de los Cetáceos, las extremidades traseras sólo se esbozan como unos abultamientos, para luego desaparecer.

De modo, pues, que cuando veas un Cetáceo en el mar...piensa también en toda la Historia evolutiva que lleva detrás, y comprenderás por qué está ahí.