Por qué los animales hemos desarrollado cuatro tipos de esqueletos

A los peces voladores se les conoce por sus espectaculares acrobacias, saliendo disparados sobre la superficie del mar y recorriendo casi un kilómetro por vuelo.

¿Por qué volar? Para evitar a los depredadores. Son "básicamente palomitas de maíz marinas", dice Steve Huskey, biólogo de la Universidad Western Kentucky (Estados Unidos) y autor de The Skeleton Revealed (El esqueleto al descubierto); "todo el mundo se los come”.

La clave para sus vuelos es unas fuertes columna vertebral y cola, en las que se anclan poderosos músculos que mueven sus colas de un lado a otro como hélices. Los huesos mantienen las aletas de los peces voladores extendidas, permitiéndoles que usarlas como las alas de un pájaro.

Los peces voladores no son más que un impresionante ejemplo más de una especie con un endoesqueleto, un esqueleto interno normalmente hecho de huesos y que encontramos entre los vertebrados, incluidos los mamíferos, los pájaros, los reptiles, los anfibios y los peces.

Estas estructuras guardan minerales cruciales, como calcio; protegen los órganos internos y permiten el movimiento a través de los músculos esqueléticos, que se unen a los huesos mediante los tendones. Las articulaciones, el sitio donde dos huesos se conectan, aportan flexibilidad y, sin ellos, el esqueleto sería totalmente rígido, pensemos en un mono balanceándose sin esfuerzo entre los árboles.

Aunque los endoesqueletos huesudos son los más conocidos, el mundo animal nos ofrece otros tres tipos de esqueletos: exoesqueletos, endoesqueletos cartilaginosos y hidroesqueletos.

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Una variedad de huesos

Los endoesqueletos han evolucionado para servir al modo de vida de sus dueños. Los huesos de los pájaros, por ejemplo, están llenos de bolsas de aire, que no solo aligeran la carga sino que puede que les permitan absorber más oxígeno durante el vuelo.

Las conchas de las tortugas, placas óseas fusionadas a las escápulas y la columna del animal, en realidad son costillas que se han ido modificando en su proceso evolutivo. La concha de la tortuga ayuda a proteger al lento animal y sin la cual sería vulnerable a los depredadores, pero estudios recientes sugieren que originalmente fue una evolución que permitía una base estable que permitía a las tortugas antiguas excavar y huir del calor.

Algunos vertebrados, especialmente los machos, tiene características especiales en sus cabezas. Los machos de camaleón velado, por ejemplo, llevan cascos coloridos y huesudos en sus cabezas, posiblemente para atraer a las hembras. Los machos de la familias de los ciervos como los alces y el uatipí, tienen astas, extensiones óseas en sus cabezas, tanto para mostrar dominancia como para atraer a parejas.

Mientras las astas se caen y vuelven a crecer cada año, los cuernos están rodeados por una dura sustancia natural llamada queratina y nunca se caen, excepto por los berrendos. Algunas hembras también tienen cuernos, que suelen ser más pequeños que los de los machos.

Armadura incorporada

Los esqueletos externos, o exoesqueletos, son las cubiertas duras que protegen a los antrópodos, como insectos, crustáceos y arañas.

Esta armadura natural es una defensa muy efectiva contra depredadores, ya que muchos no la pueden penetrar con sus mordida, dice Huskey; "tienes algo que nadie más tiene".

El escarabajo hércules de Latino América y el Caribe tiene un esqueleto especialmente duro. Los machos además tienen unos enormes cuernos que usan para ganarse a las hembras. Dos machos de esta especie cargarán el uno contra el otro como si de una justa se tratara, pero gana el que levanta al otro con sus cuernos y lo estampa contra el suelo. Las hembras también prefieren a los machos con cuernos más largos, una señal de buena salud.

Entre los exoesqueletos más bonitos están las conchas marinas, que mantienen a salvo los cuerpos blandos de moluscos como caracolas, vieiras o caracoles marinos. Una capa exterior de tejido de molusco, llamado manto, segrega proteínas y minerales que forman este distintituvo santuario óseo.

Un inconveniente del exoesqueleto: es demasiado rígido para permitir que crezca el animal. La concha de una langosta, por ejemplo, puede ser una defensa sólida contra una foca hambrienta, pero a medida que la langosta crece, debe deshacerse de su coraza para hacer hueco para una nueva. El proceso de endurecimiento de una concha puede durar semanas, periodo durante el cual la langosta es muy vulnerable a posibles depredadores.

Un esqueleto hecho para nadar

Un grupo de peces llamados elasmobranquios -tiburones, rayas, patines y quimeras- tienen endoesqueletos hechos totalmente de cartílago, un tipo de tejido fuerte y flexibles. Dado que el cartílago es duro pero más ligero que el hueso, estos peces pueden nadar rápido pero ahorrar energía.

Muchos vertebrados con endoesqueletos, incluidos los humanos, también tienen cartílagos, que dan forma a narices y orejas, por ejemplo. Al principio de su desarrollo, la mayoría de los fetos de los mamíferos tienen esqueletos de cartílago, que poco a poco se van osificando hasta convertirse en hueso.

Durante mucho tiempo se ha pensado que los tiburones modernos derivan de un ancestro primitivo que todavía no había desarrollado los huesos. Pero, en 2015, los científicos anunciaron que habían descubierto células de hueso en un tiburón fosilizado de hace 380 millones de años, sugiriendo que los tiburones podrían haber evolucionado desde ancestros con huesos, haber tenido ellos mismos huesos en algún momento y, más tarde, deshacerse de ellos en favor de los cartílagos más ligeros.

Los elasmobranquios también están cubiertos por lo que se conoce como dentículos dérmicos, un tejido de escamas que raspa como papel de lija si lo frotas en la dirección equivocada. Cuando están alineadas, estas escamas reducen la resistencia y aumenta la velocidad de nado.

Un estudio de 2017 descubrió que los dentículos dérmicos en una especie de patín se originaban de las mismas células que los dientes. Esto apoya la idea de que las escamas de los peces antiguos podrían haber evolucionado hasta convertirse en los dientes que conocemos hoy en día. Los dientes se consideran parte del esqueleto, aunque estén hechos de esmalte, un conjunto de minerales duros, no hueso.

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Esqueleto cambiante

Los hidroesqueletos son columnas, o cavidades, llenos de fluidos dentro de los invertebrados, como medusas, gusanos planos, nematodos y anélidos, como las lombrices de tierra. Los músculos y el tejido conector forman una gruesa pared corporal en torno a la cavidad, explica Bill Kier, un biólogo de la Universidad de Carolina del Norte (Estados Unidos).

Las columnas de las lombrices de tierra están llenas de un fluido, que básicamente hace las funciones de la sangre, dice Kier. Las columnas están segmentadas para que la lombriz puede expandir y contraer sus músculos independientemente, creando olas de movimiento y permitiendo que animal se arrastre por la tierra.

Las anémonas de mar tienen músculos alrededor de su propia cavidad interna que trabajan conjuntamente, de manera similar a como trabajan el biceps y el triceps de nuestros brazos, para mover al animal y poder escapar de posibles depredadores, dice Kier.

Algunos animales, como los cangrejos azules, pueden cambiar temporalmente de un exoesqueleto a un hidroesqueleto cuando están en su estado más vulnerable. En un estudio de 2003, Kier y su compañera Jennifer Taylor descubrieron que durante la muda, la presión interna del agua de los cangrejos aumentaba mucho, y el fluido del interior de los cuerpos blandos de los cangrejos hacían la misma función que un hidroesqueleto, que permiten al animal moverse. Tras unos tres días, se formaba un nuevo exoesqueleto lo suficientemente duro para volver a tomar el control.

Huskey dice que los esqueletos son un logro evolutivo tremendo, especialmente como cada pequeña pieza es esencial para un animal y cómo se mueve por su medio.

"Sin esqueleto somos solo una gran bolsa de músculos que se quedaría tirada convulsionando en el suelo", dice; "no podemos ir a ningún sitio sin el esqueleto que permite la locomoción, la alimentación y las actividades que tanto disfrutamos".