salutació

A mi m'agraden els dinosaures i la paleontologia, ( i també l'arqueologia ) .... i a tu?

dissabte, 25 d’octubre de 2014

La filogènia.

Per determinar la història evolutiva dels organismes, els biòlegs i, entre ells els paleontòlegs, construeixen arbres genealògics. L'arbre genealògic d'un grup d'organismes també s'anomena filogènia, que prové de les paraules gregues phylum (tribu) i genos (naixement). En les filogènies, cadascuna de les branques que parteixen d'un tronc comú s'anomenen clades (que en grec significa "branca"), mentre que les seccions horitzontals a través de les filogènies es denominen graus. Quan apareix un nou tipus d'organisme, es parla de formació, i s'afegeix un nou clade o segment de clade a una filogènia. I si quan l'organisme desapareix, és quan es diu que s'ha extingit. Quan un clade es parteix en dos, es parla de divergència evolutiva, i quan dos clades no emparentats comparteixen una característica comuna, es parla de convergència evolutiva. Les poblacions d'organismes que apareixen en una filogènia solen assignar-se a grups anomenats taxons. Així doncs, cada tipus diferent de dinosaures en la filogènia d'aquests animal és un taxó i aquests poden agrupar-se en taxons més grans basats en les seves relacions de parentesc mútues, el que s'anomenen relacions filogenètiques. 
Si és així, com ho fan els paleontòlegs per construir la filogènia d'un grup de taxons extingits com els dinosaures? Fins molt recentment, el mètode més comú consistia en examinar el lapsus de temps transcorregut i la semblança general dels fòssils de varis taxons com dades clau en les relacions filogenètiques. Aquest mètode s'anomena estratofenètic, referint-se als termes estrat o capa rocosa i població d'organismes. El mètode estratofenètic identifica els taxons ancestrals com aquells que s'assemblen als taxons descendents en una o més característiques. El problema que tenen molts paleontòlegs amb la filogènia estratofenètica, es que aquest dóna per asseguda l'existència d'un registre fòssil complet i que l'antecessor està representat per fòssils més antics que els del descendent. En teoria, aquest seria sempre el cas, però en la pràctica el registre fòssil conegut de molts taxons és molt incomplet, sobretot el dels dinosaures. Degut a això, gairebé mai podem estar segurs de si els fòssils més antics representen els avantpassats de fòssils més recents i tampoc podem donar per cert que hem descobert tots els antecessors i descendents d'un tipus de filogènia.
Ja que el registre fòssil dels dinosaures no té molts antecessors i descendents, la majoria dels paleontòlegs ja no utilitzen el mètode estratofenètic per estudiar filogènies, si no un altre de diferent que posa menys èmfasi en els registres fòssils complets. Aquest mètode s'anomena cladístic i la filogènia resultant es denomina cladograma. Els cladogrames no incorporen informació sobre el període de temps geològic dels taxons, si no que només es basen en les semblances físiques d'aquests. Les similituds entre taxons que marquen l'estructura d'un cladograma s'anomena novetats evolutives, que són els canvis heretats en una estructura preexistent. Segons la cladística, dos taxons estan relacionats quan comparteixen novetats evolutives. Els taxons que comparteixen un major nombre de novetat evolutives són els que estan més emparentats i en el cladograma apareixen divergent d'un avantpassat comú, és el que s'anomena un grup monofilètic. També hi ha els grups parafilètics, que, tot i que tots els integrats del grup tenen un avantpassat comú, no hi estan presents tots els descendents d'aquest, i els grups polifilètics, en que els seus membres no comparteix un avantpassat comú.
Però, com es poden identificar les novetats evolutives que s'utilitzen en la construcció dels cladogrames? Quan s'examina l'aparició i l'evolució d'un taxó, es pot veure que aquest ha heretat alguns trets del seu antecessor. Les característiques heretades es poden identificar com "primitives", però les que apareixen per primera vegada en el nou taxó, les seves novetats evolutives, es consideren com derivades. A diferència de les característiques primitives, aquestes característiques derivades reuneixen els organismes dins d'un grup en que els seus components estan estretament emparentats, però només si aquestes novetats apareixen una sola vegada. Si és el cas que aquestes característiques apareixen més d'una vegada en taxons que no comparteixen un avantpassat comú, és quan es tracta de convergència evolutiva. La convergència és l'amenaça principal quan es tracta d'establir la filogènia correcta d'un grup de taxons. Una vegada construït un cladograma, es pot afegir informació per convertir-lo en un arbre filogenètic. La informació que es sol afegir té com objectiu convertir l'eix vertical del cladograma en una escala de temps geològic i indicar quins taxons serien els avantpassats i quins els descendents.
La cladística no dóna per fet l'existència de registres fòssils complets si no que simplement intenta identificar els taxons estretament emparentats per les seves novetats evolutives compartides. Tot i això, la cladística presenta els seus problemes. Alguns d'aquests surten de la convergència, ja que les novetats evolutives que presenten dos taxons no emparentats es creien que podrien servir per relacionar-los quan no és així. A més, no tots els paleontòlegs  estan d'acord en que un tret concret és una novetat evolutiva en comptes d'un caràcter primitiu heretat per un antecessor. Això ha causat freqüents debats entre investigadors que intenten construir les filogènies cladístiques dels animals extingits.

Cladograma dels vertebrats. En aquest cas, els rèptils i els ocells serien un grup monofilètic, els rèptils serien un grup parafilètic (realment no tots els rèptils parteixen d'un avantpassat comú), i els ocells i els mamífers serien un grup polifilètic.
Foto: Viquipèdia. 

Un altre cladograma més concret però més estructurat, el dels dinosaures Teròpodes. En aquest, s'ha fet basant-se en característiques dentals.
Foto: Zootaxa.

dissabte, 18 d’octubre de 2014

Un nou tipus de metabolisme pels dinosaures.

Després d'anys d'especulacions entre paleontòlegs sobre si els dinosaures eren endoterms o ectoterms i de presentacions de proves en favor d'un tipus de metabolisme o l'altre, enguany, un grup de científics de la Universitat d'Arizona han presentat a la revista Science un estudi que arriba a la contundent conclusió de que els dinosaures no serien de cap dels metabolismes esmentats anteriorment i que, per contra, serien mesoterms, un metabolisme intermedi que també presenten animals qualificats anteriorment com ectoterms, com la tonyina, el tauró blanc, les tortugues, i d'altres qualificats anteriorment com endoterms, com els ratpenats o els equidnes. En els cas de les tonyines, aquestes poden mantenir temperatures corporals altes gràcies a una xarxa de vasos sanguinis que els permeten generar calor corporal o retenir-la. En el cas dels ratpenats, aquests deixen caure la temperatura durant la nit.
En el seu estudi, aquests investigadors d'Albuquerque han emprat, a més de dinosaures, tot un seguit d'espècies de peixos, rèptils, mamífers i aus tant endoterms i ectoterms com mesoterms. I han calculat la taxa metabòlica a partir de la mida corporal, la temperatura i la taxa de creixement de cada animal fent servir la microestructura dels ossos, especialment els anells de creixement. Al comprovar els resultats de l'anàlisi, van veure que la taxa metabòlica dels dinosaures quedava a mig camí entre els ectoterms i els endoterms i que coincidien amb els animals amb taxes metabòliques mesotèrmiques. Això volia dir que els dinosaures ja no haurien necessitat del medi ambient per mantenir la seva temperatura corporal i la podrien haver mantingut constantment, tot i que aquesta no seria tan alta com la dels endoterms (37ºC en els mamífers i 39ºC en les aus). Això podria haver permès als dinosaures estar actius durant més temps que els ectoterms.
La conclusió a la que es pot arribar amb aquest estudi és què la divisió entre ectoterms i endoterms és molt simplista i que hi ha gran varietat de metabolismes per investigar, no només en els dinosaures, si no en molts altres animals. Aquest treball també podria ajudar molt a altres científics per entendre millor els ecosistemes del Mesozoic. A més, després de la seva publicació a la revista Science, la seva sorprenent conclusió va causar molt de furor als mitjans de comunicació.

Gràfica amb els animals o conjunts d'animals utilitzats en l'estudi, relacionats filogenèticament respecte als dinosaures i acolorits segons si ectoterms (blau), mesoterms (negre) o endoterms (marró).
Foto: Science.

Altres informacions sobre el metabolisme dels dinosaures.

Recentment s'han analitzat nous tipus d'evidències per determinar el metabolisme dels dinosaures, entre les quals hi ha les dues següents:
1: La forma més comuna de l'àtom d'oxigen, el que en química s'anomena isòtop, té un pes atòmic de 16, mentre que el segon isòtop d'oxigen més comú té un pes atòmic de 18. Els ossos de qualsevol vertebrat incorporen les dues formes en la seva matriu mineral. La relació entre els isòtops d'oxigen en un os depèn de la temperatura. Alguns científics han argumentat que en els endoterms, la relació entre els isòtops d'oxigen hauria de variar molt poc entre els ossos de les extremitats i els del tronc, perquè la temperatura corporal és gairebé la mateixa en els dos llocs. També argumenten que aquestes temperatures són molt diferents en els ectoterms i que, per tant, les relacions entre els isòtops d'oxigen tindrien que ser molt diferents.  
Es va fer una prova amb l'esquelet d'un Tiranosaures i va resultar que les relacions isotòpiques eren molt semblants entre les extremitats i el tronc, el que suggereix endotèrmia. Tot i això, varis estudis realitzats en aus i mamífers actuals mostren que la temperatura varia de forma considerable entre el tronc i les extremitats, tant com en els cocodrils (ectoterms). Això voldria dir que el raonament basat en l'us de les relacions isotòpiques de l'oxigen podria ser defectuosa.
2: Les aus i els mamífers actuals tenen en els seus conductes nassals uns petits ossos anomenats turbinats respiratoris, els quals incrementen la superfície d'exposició a l'aire de la sang i dels teixits tous. També conserven aigua, amb el que tenen un paper important en la respiració ràpida i la elevada taxa de consum d'oxigen característics dels endoterms. La majoria dels cranis de dinosaures no presenten turbinats respiratoris, de manera que l'aire flueix directament des dels narius fins a la boca sense escalfar-se o humitejar-se prèviament. Alguns científics argumenten que aquesta és una prova bastant convincent de que els dinosaures no eren endoterms com les aus i els mamífers. Però uns estudis recents mostren que en les aus actuals, els turbinats respiratoris no són importants per a la conservació de l'aigua i que això ho fan d'altres maneres. Els dinosaures possiblement també podrien haver conservat l'aigua sense recórrer als turbinats respiratoris. Així doncs, l'argument a favor de l'ectotèrmia dels dinosaures basada en l'absència d'aquests ossos no és tan convincent com afirmen alguns paleontòlegs. Tot i això, fa pocs dies es van publicar els resultats d'un TAC fet a un crani del Paquicefalosaure Stegoceras en que es mostrava que en la regió dels òrgans nassals hi ha havia una cavitat que mai s'havia detectat en altres dinosaures i que hauria servit per humitejar l'aire per prevenir un excés de calor.

Dibuix de com passa l'aire en un rèptil (ectoterm).
Foto: Universitat de Maryland.

Dibuix de com passa l'aire en un mamífer (endoterm).
Foto: Universitat de Maryland.

Dibuix de com passa l'aire en una au (endoterm).
Foto: Universitat de Maryland.

En la majoria dels dinosaures, al no tenir turbinats respiratoris, l'aire passava com en els altres rèptils.
Foto: Universitat de Maryland.

Dibuix de com passaria l'aire en el Stegoceras, ara que se sap que tenia turbinats respiratoris.
Foto: Universitat d'Ohio.  

dissabte, 11 d’octubre de 2014

Mida corporal dels dinosaures amb relació amb el metabolisme i la gigantotèrmia.

La mida corporal és un factor molt important per a investigar el metabolisme dels dinosaures,  ja que hi influeix, i el metabolisme d'un vertebrat ha de ser compatible amb la seva mida corporal. Per això, s'ha d'entendre la relació entre la mida corporal i la superfície d'un cos. Per fer-ho, es calculen dues esferes, una amb un radi més gran que l'altra. Al créixer la mida d'una esfera, el seu volum augmenta al cub del seu radi, mentre que la seva superfície només ho fa al quadrat. El resultat és que una esfera més gran té una superfície proporcionalment menor i una de més petita té una superfície molt major respecte al volum.  En el cas d'una esfera amb un radi de 5 cm, la seva superfície equival al 59% del seu volum, mentre que una esfera amb un radio de 10 cm, equival només al 30%. 
Si es transfereix aquesta matemàtica als animals, s'observa, com en les esferes, que les espècies petites tenen una superfície molt major respecte al volum que les espècies de mida més gran. Gran part del metabolisme consisteix en la generació de calor dins del cos d'un animal, i la superfície d'aquest determina la rapidesa amb que la pot adquirir des d'una font externa o com la pot perdre. Els animals petits com els rosegadors, tenen una superfície molt gran amb relació al seu volum o a la seva massa i perden calor molt ràpidament. Aquests animals posats d'exemple són endoterms i tenen una capa aïllant de pelatge que els ajuda a retardar aquesta pèrdua tèrmica i utilitzen el seu ràpid metabolisme per generar més calor i reemplaçar el que es perd amb rapidesa. Com que moltes espècies són excavadores de caus, això els ajuda a frenar la pèrdua de calor. Els mamífers grans, com els elefants, tenen en canvi una relació entre superfície i volum corporal molt menor que els rosegadors. Com són endoterms, tenen un problema en sobreescalfar-se, ja que la seva pèrdua de calor és lenta. Per aquesta raó, els elefants tenen tant poc pèl al cos i bombegen sang als vasos sanguinis des de les seves enormes orelles, que funcionen com radiadors i incrementen la superfície de circulació de la sang, per refrescar-se.
Els ectoterms, que reben la major part del seva calor corporal a partir de l'energia solar. També es veuen afectats per la relació superfície/volum. Així doncs, les sargantanes poden escalfar-se i refrescar-se amb més rapidesa que els cocodrils, ja que tenen una superfície proporcionalment gran. Això també hauria d'haver afectat als dinosaures i hauria de posar límits a la nostra interpretació del seu possible metabolisme. Els més grans, que pesaven més d'una tona, tenien una relació superfície/volum molt baixa, el que ha inspirat ha alguns paleontòlegs ha suggerir que els Sauròpodes adults, s'haurien sobreescalfat si haguessin tingut un metabolisme endotèrmic. Fins i tot s'ha acunyat un terme: gigantotèrmia, que designa el metabolisme d'animals enormes amb una temperatura corporal gairebé constant degut a la seva gran mida, encara que tinguessin un metabolisme ectotèrmic i relativament lent. Els dinosaures petits, incloses, les cries de Sauròpodes, podrien haver estat tant ectoterms com endoterms en base a la seva relació superfície/volum.
Però, quina ha de ser la mida d'un animal per ser considerat gigantoterm? Estudis recents suggereixen que a partir de la tona. Un exemple d'ectoterm qualificat de gigantoterm és la tortuga llaüt, aquest rèptil marí migra des dels tròpics fins a l'Àrtic a intervals regulars. Les tortugues llaüt adultes de 1000 kg tenen una taxa metabòlica semblant a la de mamífers de mida comparable i la gigantotèrmia els hi permet conservar el seva calor corporal en aigües fredes. Tots els grans vertebrats extingits i especialment els dinosaures, haurien experimentat gigantotèrmia.
Si s'accepta, d'acord amb la relació superfície/volum, la mida corporal dels dinosaures indica que l'endotèrmia sembla improbable en els Sauròpodes adults i en alguns dels altres taxons amb una massa corporal superior als 1000 kg. Això insinua que aquests eren gigantoterms, però no resol la qüestió del metabolisme en els dinosaures petits. De fet, és possible que els dinosaures juvenils tinguessin un metabolisme diferent del que podrien tenir més tard en la seva fase adulta, el que indicaria que molts dinosaures poguessin ser heteroterms.

Foto d'una tortuga llaüt en una platja a la nit.
Foto: CRAM.

dissabte, 4 d’octubre de 2014

La tafonomia

En l'entrada anterior es van esmentar els processos tafonòmics. Per això, seria interessant parlant-ne en una altra entrada.
La tafonomia és una branca de la paleontologia que estudia que li ha passat a un fòssil des de que l'organisme va morir fins que els paleontòlegs el recol·lecten. Prové de les paraules gregues taphos (enterrament) i nomos (llei), i el mot va ser emprat per primera vegada pel paleontòleg rus Ivan Efremov el 1943, en temps de l'Unió Soviètica. Gràcies als estudis tafonòmics, els paleontòlegs han adquirit una nova percepció del comportament i l'ecologia dels organismes extingits.
El primer pas en la fossilització d'un cos és la mort. Si cadàvers de varis d'individus queden enterrats amb rapidesa, com en una inundació, aquests es converteixen en una col·lecció enterrada o tafocenosi. Tot i això, la majoria dels antics organismes als quals pertanyen els fòssils van morir probablement quan estaven malalts, quan van acabar el seu cicle vital, per accident o després de ser caçats i menjats per altres organismes. Els tafònoms ho anomenen tanatocenosi, les tanatocenosis estan formades per cadàvers sencers o parcials que no van quedar enterrats en el moment de la defunció i que, moltes vegades, van ser depredats o menjats per carronyaires. A la llarga, les tanatocenosis es converteixen en tafocenosis.
Aquesta és una distinció important, ja que és d'esperar que els fòssils que formin part de tafocenosis siguin majoritàriament esquelets complets o parcials amb bona part de l'estructura esquelètica. Pel contrari, els fòssils que formen part de tanatocenosis estan formats més aviat per esquelets parcials, ossos aïllats i fragments. Això és així perquè qualsevol dels processos tafonòmics, entre ells el desgast superficial de les restes, llur destrucció pels depredadors i carronyaires i els danys produïts pels corrents d'aigua i els moviments de sediments, redueixen l'integritat dels cadàvers abans de ser enterrats. Aquestes observacions demostren que els esquelets complets de dinosaures i altres animals de mida considerable són, sobre tot, els d'individus que van passar per una tafocenosi i van ser enterrats just després de morir. Però la majoria dels dinosaures venen representats per exemplars menys complets i n'hi ha alguns que no han deixat cap fòssil simplement perquè els seus esquelets es van destruir per complet abans de l'enterrament.
Tampoc l'enterrament d'un fòssil garanteix la seva transformació en fòssil, ja que hi poden haver altres processos tafonòmics entre la tafocenosi i l'excavació paleontològica. Entre aquests casos hi ha que el cadàver pogués ser desenterrat per l'erosió i desgastar-se abans de fossilitzar-se. També és probable que, fins i tot estar enterrat, no es podria haver fossilitzat perquè la química del sòl i de les aigües subterrànies eren les adequades. Els tafònoms destaquen aquest aspecte per sobre de tot indicant la quantitat d'informació destruïda pels processos tafonòmics entre quan l'organisme estava viu i el seu fòssil emmagatzemat en la col·lecció paleontològica d'un centre d'investigació o exposat en els panells d'un museu. Quan un dinosaure era un animal viu i mòbil, el seu estat d'informació era del 100 %. Però amb la seva mort, el seu enterrament i la seva fossilització, gran part d'aquesta informació es va perdre, deixant a la nostra disposició només un petit percentatge de la informació original que oferia l'organisme en vida. Per això, la tafonomia ha servit molt als paleontòlegs.

Esquema sobre la tafonomia en anglès.
Imatge: Departament de Geologia, Universitat d'Arizona.

Per exemple, molts dels esquelets complets de Protoceratops trobats a Mongòlia, van ser enterrats per una tempesta de sorra després de morir. Per tant, es van convertir en una tafocenosi immediata.

El rus Ivan Efremov (1908-1972), encunyador del terme tafonomia.
Foto: Viquipèdia.