Sinàpsids: Abans que els dinosaures dominessin la Terra

Abans de que els dinosaures dominessin la Terra, a finals del Paleozoic la terra estava ocupada pels sinàpsids. Els sinàpsids (la línia d’amniotes que inclou als mamífers) van ser un grup molt exitós que va ocupar la majoria de nínxols des del final del Carbonífer i fins al Pèrmic, però al final del Paleozoic la majoria de famílies es van extingir a causa de l’extinció masiva del Pèrmic-Triàssic (fa uns 252 milions d’anys) de la qual només els mamífers van sobreviure fins a l’actualitat. En aquesta entrada veurem alguns dels grups de sinàpsids més peculiars, els quals van portar a l’evolució dels mamífers actuals.

CARACTERÍSTIQUES I TENDÈNCIES EVOLUTIVES

El clade Synapsida inclou als mamífers i a tots els altres amniotes més emparentats amb aquests que amb els rèptils. Els sinàpsids van ser els primers amniotes en diversificar-se i van aparèixer fa uns 320 milions d’anys, a meitats del Carbonífer. Aquests primers sinàpsids es caracteritzaven per la presència d’una única fenestra temporal darrera de cada òrbita, a través de la qual passen els músculs mandibulars. Synapsida vol dir literalment “arcs fusionats” fent referencia als arcs zigomàtics (perquè abans els científics creien que els sinàpsids havien evolucionat de rèptils diàpsids i per tant es creia que els seus arcs s’havien “fusionat”).

Dibuix d’un crani de Archaeothyris, en el que podem veure algunes de les característiques dels sinàpsids, com la fenestra temporal i dents caniniformes. Dibuix de Gretarsson.

Altres característiques que van aparèixer al llarg de la seva evolució són:

• Diferenciació de dents amb formes diferents (heterodonts).
• Mandíbula inferior formada per menys ossos.
• Adquisició d’una postura més erecte i un metabolisme endoterm.

Els primers grups de sinàpsids més primitiu i “reptilians” s’anomenen informalment pelicosaures, mentres que les formes més avançades s’anomenen teràpsids (clade Therapsida que de fet, van evolucionar dels pelicosaures). Com veurem, l’evolució dels sinàpsids és del tipus de “un grup que inclou al següent grup el qual inclou al següent grup”.

Arbre evolutiu dels amniotes modificat de Kenneth D. Angielczyk (2009).

ORÍGEN DELS SINÀPSIDS, ELS PELICOSAURES

Reconstrucció de Cotylorhynchus, un caseasaure que creixia fins als 3 metres de llarg. Dibuix de Dmitry Bogdanov.

Els primers sinàpsids presentaven potes que els sortien dels costats, cossos baixos que arrossegaven per terra i probablement eren ectoterms. Si ens fixem en la morfología cranial, els primers grups de sinàpsids van ser els caseasaures (clade Caseasauria) caracteritzats pels seus caps petits, un musell superdesenvolupat i els seus cossos enormes (probablement eren criatures lentes i ecotèrmiques). Tanmateix, si ens fixem en l’esquelet postcranial, els primers sinàpsids foren dos grups anomenats varanòpids i ofiacodòntids (famílies Varanopidae i Ophiacodontidae) els quals s’assemblaven als varans (evolució convergent) i, mentre que els primers eren animals força petits i àgils, els segons van desenvolupar formes més grans amb caps enormes.

Dibuixos del varanòpid Varanodon (superior) i l’ofiacodòntid Ophiacodon (inferior). Dibuixos de Dmitry Bogdanov.

Just abans de l’aparició dels teràpsids (més avançats), els dos últims grups de “pelicosaures” van evolucionar i van ocupar la majoria d’ecosistemes terrestres. Ambdós grups compartien una alta vela que els recorria l’esquena (semblant a la del Spinosaurus) formada per les espines neurals. Durant la vida, aquesta vela probablement estaria coberta de pell i tindria força vasos sanguinis. Tot i que es creu que aquests animals encara eren ectoterms, aquesta vela probablement s’utilitzava per guanyar o perdre calor més eficaçment.

Reconstrucció de diferents espècies d’edafosàurids del gènere Ianthasaurus, mostrant la seva vela característica. Dibuixos de Dmitry Bogdanov.

El primer d’aquests grups és la família Edaphosauridae. A diferència de la majoria de sinàpsids basals, els edafosàurids eren herbívors i juntament amb els caseasaures, foren dels primers grans amniotes en adoptar un estil de vida vegetarià. Les veles dels edafosàurids estaven cobertes de tubercles espinosos, la funció dels quals encara no està clara del tot.

Esquelet de Edaphosaurus del Field Museum de Chicago, on es poden veure els tubercles a les espines neurals. Imatge de Andrew Y. Huang (2011).

L’altre grup, la família Sphenacodontidae, era el grup germà dels teràpsids, dintre del clade Sphenacodontia. Mentre que la resta de clades de pelicosaures tenien les dents pobrament fixades a les mandíbules, els esfenacodonts tenien les dents profundament insertades. La majoria d’esfenacodòntids eren carnívors, amb fortes mandíbules i dents caniniformes ben desenvolupades. Algunes espècies van esdevenir els majors depredadors terrestres just abans de l’aparició dels teràpsids.

Reconstrucció de l’esfenacodòntid Dimetrodon, de Dmitry Bogdanov.

ELS PRIMERS TERÀPSIDS

Esquelet de Biarmosuchus, un teràpsid basal en el qual podem veure la seva postura més erecte. Imatge de Ghedoghedo.

Els teràpsids (clade Therapsida, “arcs de bèsties”) van aparèixer fa uns 275 milions d’anys i van reemplaçar als pelicosaures com a animals terrestres dominants a mitjans del Pèrmic. Els primers teràpsids ja tenien una postura més erecte, a diferència de les extremitats laterals dels pelicosaures. A més, les seves fenestres temporals eren més grans, fent les seves mandíbules més potents.

Reconstrucció de Estemmenosuchus, un dinocèfal del qual s’han trobat impresions fòssils de la pell, pel que se sap que estava cobert de pell llisa i glandular sense escames. Dibuix de Mojcaj.

Els teràpsids es van diversificar àmpliament i van desenvolupar algunes adaptacions extraordinàries. Els dinocèfals (clade Dinocephalia, “caps terribles”) van desenvolupar protuberàncies cefàliques òssies que es creu estaven relacionades amb algún tipus de comportament de competició entre mascles. Un altre grup, els anomodonts (clade Anomodontia, “dents anormals”), es caracteritzava per no tindre dents, excepte un parell de canins superiors (que probablement estaven coberts per un bec). Els anomodonts fóren el grup germà dels teriodonts.

Reconstrucció de Placerias, un anomodont que podia arribar a pesar fins a una tona. Dibuix de Dmitry Bogdanov.

THERIODONTIA I ELS PRIMERS DENTS DE SABRE

Els teriodonts (clade Theriodontia “dents de bèstia”) van esdevenir el grup de sinàpsids més exitós. Els tres grups principals probablement s’assemblaven força als mamífers, amb postures totalment erects, un paladar ossi secondari que els permetia respirar mentre empassaven o subjectaven una presa i dents heterodonts (dents incisiviformes, caniniformes i molariformes). El grup de teriodonts més primitius eren els gorgonopsis (clade Gorgonopsia, família Gorgonopsidae). Tots els membres d’aquest grup eren carnívors i depredadors actius, com revel·len les seves dents de sabre. Tot i que la majoria eren de mides modestes, els més grans arribaven als 3 metres de llarg i tenien canins de fins a 15 centímetres.

Reconstrucció de Inostrancevia, el gènere de gorgonòpsid més gran, depredant a Scutosaurus, un pararèptil. Dibuix de Dmitry Bogdanov.

Un segon grup, els terocèfals (clade Therocephalia “cap de bèstia”) eren força més avançats que els gorgonòpsids tot i que no van adquirir les mides dels seus cosins. Les seves potes s’assemblaven als dels primers mamífers, presentaven petits orificis als ossos que probablement aguantaven vibrises en llavis carnosos i tot apunta a que ja eren endoterms.

Reconstrucció d’un parell de Pristerognathus, un gènere de terocèfals en els quals podem veure algunes característiques més mamíferes. Dibuix de Dmitry Bogdanov.

Tant els gorgonòpsids com els terocèfals desapareixeren a finals del Pèrmic. L’únic grup de teràpsids que va sobreviure al llarg del Mesozoic i que coexistí amb els dinosaures van ser els cinodonts.

PETITS CINODONTS

Els cinodonts (clade Cynodontia “dents de gos”) van aparèixer a finals del Pèrmic i es van diversificar àmpliament juntament amb els arcosaures. Tot i que no està demostrat, la majoria de paleoartistes representen als cinodonts coberts de pèl, ja que les proves suggereixen un metabolisme endoterm. Algunes característiques dels cinodonts eren:

• Mandíbula inferior formada únicament per l’òs dentari, mentre que els altres òssos mandibulars van esdevenir els ossets de l’oïda (l’articular, el quadrat i l’angular van evolucionar en el martell, l’enclusa i l’estrep).
• Dents complexes: incissius per subjectar, canins per perforar, i premolars i molars per mastegar.
• Només dos jocs de dents (difiodonts), enlloc de dents que es renoven constantment (polifiodonts, com la majoria de rèptils).
• Grans cavitats cerebrals. S’han trobat alguns caus fòssils de diferents cinodonts, revel·lant comportaments socials complexes.

Reconstrucció de Thrinaxodon, un cinodont excavador amb bigotis i pèl. Imatge de Nobu Tamura.

Tot i que competien amb els arcosaures, algunes formes primitives es van fer força grans. Per exemple, alguns carnívors com Cynognathus tenien caps grans i medien 1 metre de llarg, mentre Trucidocynodon tenia la mida d’un lleopard. Tanmateix, la tendència evolutiva faria que els cinodonts es féssin cada cop més petits, com la familia Brasiliodontidae la qual, com la majoria de cinodonts, va viure a l’ombra dels dinosaures i altres rèptils més grans. Els brasiliodontids es creu que foren el grup germà dels Mammaliaformes (els mamífers i els seus parents més recents).

Reconstrucció de Brasilitherium, un dels cinodonts no mamífers més avançats, que només media 12 cm de llarg. Dibuix de Smokeybjb.

Finalment, els mamífers van aparèixer a finals del període Triàsic, fa uns 225 milions d’anys. Els primers mamaliaformes probablement eren animals insectívors, nocturns i semblants a les musaranyes. Es creu que aquest estil de vida nocturn és el que va promoure l’aparició del pelatge, ja que en els teràpsids l’endotèrmia va aparèixer abans que el pèl. Aquests mamaliaformes probablement tinguéssin glàndules mamàries per alimentar a les seves críes quan aquestes no tenien dents, però probablement no tinguéssin mugrons com els monotremes actuals.

Reconstrucció de Megazostrodon, un petit mamaliaforme que representa força bé la transició de cinodonts a mamífers moderns. Imatge de Udo Schröter.

Després de l’extinció de la majoria d’arcosaures a finals del període Cretàcic, els sinàpsids supervivents van ocupar els nínxols ecològics buits. Els mamífers han dominat el món des de llavors, conquerint la terra, el mar i fins i tot l’aire, però això no hagués estat possible sense les diferents adaptacions adquirides pels primers sinàpsids al llarg de la seva evolució. Gràcies a ells, els humans i tots els altres mamífers som actualmente els animals dominants del planeta.

REFERÈNCIES

Durant l’elaboració d’aquesta entrada s’han consultat les següents fonts:

• http://tolweb.org/accessory/Synapsid_Classification_&_Apomorphies?acc_id=466
• http://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/14772019.2011.631042
• http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0094518
• http://www.eurekalert.org/pub_releases/2015-10/sovp-ans102915.php
• http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/02724634.2011.627074
• http://dibgd.deviantart.com/gallery/
• Imatge de portada de Mauricio Antón.