Descobreixen el secret hidrodinàmic dels primers vertebrats

Fa més de 400 milions d'anys, alguns vertebrats van desenvolupar estructures similars a les d'un avió en ple vol per a desplaçar-se amb major eficiència per l'aigua. Es tracta dels ostracoderms – peixos cuirassats sense mandíbula que van habitar els oceans de l'era paleozoica–. Així ho revela un estudi liderat per investigadors de la Universitat de València, que analitza com aquests vertebrats primitius van aprofitar els seus esquelets per a millorar la seua estabilitat i rendiment hidrodinàmic.

Els ostracoderms han sigut considerats tradicionalment criatures maldestres degut principalment a la presència de pesades closques òssies que cobrien el seu cap i a l'absència d'aletes parelles, equivalents als braços i cames de vertebrats posteriors. No obstant això, el present estudi publicat en Paleobiology posa en dubte aquesta visió. Gràcies a l'ús d'avançades tècniques de paleontologia virtual i simulació de dinàmica de fluids, aquest grup de paleontòlegs ha descobert que aquestes closques òssies, així com certes prolongacions d'aquestes, funcionaven com a estabilitzadors hidrodinàmics, permetent-los lliscar-se amb major control i eficiència dins l'aigua.

Un disseny que recorda al dels avions, però en l'aigua

Els resultats mostren que moltes espècies d’ostracoderms van desenvolupar prolongacions laterals i dorsals en els seus escuts, els quals, igual que les ales d'un avió, generaven sustentació i reduïen la resistència a l'avanç. A més, la combinació d'aquests processos generava situacions d'estabilitat en els girs i canvis de direcció, de manera anàloga a la interacció de l’empenatge d'un avió amb la resta de l'aeronau, la qual cosa revela la implicació directa dels principis de la mecànica de fluids en el desenvolupament i evolució d'aquests animals.

“El nostre treball demostra que l'evolució d'aquests peixos primitius no va ser simplement una carrera cap a formes més actives i ràpides, sinó que va existir una gran diversitat d'estratègies locomotores”, explica Humberto Ferrón, investigador de l’ICBiBe de la Universitat de València i coautor de l'estudi. “Molts ostracoderms probablement nadaven de manera eficient en mar oberta, aprofitant les seues estructures òssies per a estabilitzar-se, en lloc d'arrossegar-se pel fons marí com es pensava fins ara”.

Diversitat funcional en els primers vertebrats

L'anàlisi comparativa de més de 60 models tridimensionals d’ostracoderms ha revelat que diferents grups van evolucionar cap a estructures similars de manera independent, un fenomen conegut com a ‘convergència evolutiva’. Algunes espècies van desenvolupar prolongacions frontals que reduïen la resistència a l'avanç per l'aigua, mentre que unes altres van apostar per expansions laterals que incrementaven la sustentació i estabilitat, afavorint l'eficiència energètica durant el nade.

“Quan analitzàrem les dades, ens vam adonar que l'evolució d'aquests peixos primitius era molt més complexa del que es pensava”, comenta Vicente Sánchez-Sánchez, primer autor de l'estudi. “Aquests peixos no tenien formes simples sense adaptacions sofisticades; de fet, la seua biomecànica mostra solucions hidrodinàmiques que a dia de hui trobem en molts animals aquàtics”.

Les simulacions també indiquen que els ostracoderms amb grans prolongacions dorsals i laterals haurien mantingut una major estabilitat en la columna d'aigua, mentre que aquells amb cossos més compactes i sense estructures addicionals haurien sigut més maniobrables en entorns costaners i poc profunds.

L'article ressalta que l'evolució dels primers vertebrats no va seguir una única direcció sinó que es va produir una diversificació respecte a les interaccions amb l'entorn, “No sols van evolucionar cap a formes més ràpides i actives, sinó que es van diversificar en la seua manera d'actuar amb l'entorn. A més, mentre uns es van optimitzar per a la velocitat i l'estabilitat en aigües obertes, uns altres es van tornar més àgils en hàbitats complexos”, afig Óscar Sanisidro, de la Universitat d'Alcalá i coautor del treball.

Aquest estudi no sols canvia l'actual percepció sobre l'evolució dels primers vertebrats, sinó que també mostra com la naturalesa va experimentar amb principis hidrodinàmics molt abans que els humans començaren a dissenyar estructures eficients per a moure's en l'aigua.

El treball ha sigut realitzat pel grup MacroFun (Macroevolution and Functional Morphology Research Group), liderat per Humberto Ferrón a la Universitat de València. L'equip s'especialitza en l'anàlisi de grans transicions evolutives mitjançant eines avançades de biomecànica, ecologia i evolució.

A més de l'equip de la UV, han participat en l'estudi la Universitat d'Alcalá i la University of Bristol (Anglaterra).

Referència:
Functional aspects of the headshield processes in ostracoderms. Vicente Sánchez-Sánchez, Oscar Sanisidro, Humberto G. Ferrón. Paleobiology.

DOI: https://doi.org/10.1017/pab.2025.5.