Osteodermos de Titanosaurio de Lo Hueco (II): Su función fisiológica

Aunque han pasado unos cuantos años desde que en este mismo blog hablé de los osteodermos de titanosaurio de Lo Hueco que publicábamos en la revista PLoS one un servidor, Francisco Ortega (UNED) y José Luis Sanz (UAM), a mí me parece aún que fue ayer. Aquella publicación surgió del que fuera mi proyecto de fin de carrera, y como podéis leer aquí, para mí supuso el comienzo de mi carrera como investigador. Sin embargo, los osteodermos de titanosaurio de Lo Hueco aún tenían muchas cosas que contarnos. No en vano, los titanosaurios son los últimos de los saurópodos, y los únicos que tenían armadura dérmica, por lo que conocer qué funciones podían desempeñar estos osteodermos quizá arrojara luz en la historia evolutiva de estos dinosaurios. 

Imagen 1 - Cuando se decidió estudiar los osteodermos de titanosaurios de Lo Hueco supimos que darían para mucho... aunque para franquicia, franquicia...

Para esta segunda entrega hemos estudiado el papel que jugaría la armadura dérmica en la fisiología de los titanosaurios. Estudios previos de Kristina Curry Rogers y colaboradores habían mostrado la existencia de cavidades medulares dentro de algunos osteodermos de Rapetosaurus, mientras que otros atribuibles a la misma especie estaban simplemente vascularizados, siendo muy compactos por lo demás. Esto era un fenómeno muy curioso para el que ofrecieron una hipótesis: la desmineralización de los osteodermos no es fruto de una patología, sino que se trataría de una adaptación fisiológica. ¿Una adaptación fisiológica a qué?
Los autores propusieron 3 hipótesis que explicarían la desmineralización activa de los osteodermos: i) adaptación a ambientes estacionales extremos por parte de los titanosaurios, ii) relacionada con procesos típicos del envejecimiento, como la osteoporosis y iii) debido a la necesidad de formar la cáscara de los huevos en hembras fecundas.

Imagen 2 - Osteodermo de Rapetosaurus publicado en 2011, donde se puede ver la gran área desmineralizada que hay en su interior.

Y aquí es donde entra el yacimiento de Lo Hueco. Como ya es conocido, Lo Hueco es un yacimiento con un gran número de individuos articulados de titanosaurios donde se han encontrado un alto número de osteodermos asociados muy bien preservados. En concreto se hizo énfasis en la muestra del nivel estratigráfico llamado G1, puesto que el hecho de tener esqueletos articulados sin evidencia de carroñeo implica un enterramiento rápido, permitiendo asegurar con cierta confianza que los titanosaurios allí enterrados murieron en un intervalo de tiempo parecido. Gracias a lo amplio de la muestra de G1 de Lo Hueco, de las mayores colecciones de osteodermos de titanosaurios a nivel mundial, se ha podido encontrar evidencia para poder contrastar las hipótesis propuestas por Curry Rogers et al. El análisis de los osteodermos se hizo tanto mediante la observación de fracturas naturales en los osteodermos como a través de tomografía axial computerizada (TAC), en el Institut Català de Paleontologia en Sabadell.

Esto fue lo que pudimos observar mediante el TAC y las observaciones de fracturas:

Imagen 3 - Reconstrucción de un titanosaurio del yacimiento de Lo Hueco, con la hipótesis de dos filas parasagitales de osteodermos que presentamos el año 2014. A la derecha se puede ver en verde el canal neurovascular reconstruido a partir de la información obtenida por CT-Scan. En morado, la evolución de la desmineralización del osteodermo, comenzando debajo del bulbo y propagándose hacia el extremo de la raíz.

• Los osteodermos de titanosaurio tienen un sistema de canales neurovasculares que se distribuye del mismo modo en todos los ejemplares. Este sistema de canales comienza por un único foramen de entrada, en la cara visceral o profunda del osteodermo, con un canal que irriga el osteodermo en sentido visceral-superficial y, en seguida, se ramifica en sentido latero-medial y antero-posterior (ver imagen 3). 

• Algunos osteodermos están asociados a individuos concretos de titanosaurio, como HUE-EC-11, un conjunto de vértebras, costillas y huesos largos de un único individuo asociado a 2 osteodermos.

• De una muestra de 10 osteodermos lo suficientemente bien preservados del nivel G1 de Lo Hueco, solo 3 mostraban evidencia de descalcificación.

• Esta descalcificación estaba siempre asociada al sistema de canales neurovasculares, y seguía un patrón: la zona del bulbo (la de mayor espesor) era la primera en descalcificarse, extendiéndose hacia el extremo de la raíz conforme se iba descalcificando más y más. Esto confirmaba que la desmineralización no era accidental, pues la asociación siempre a los canales neurovasculares implicaba un papel de estos en la desmineralización. 

Aquí llegaba la parte peliaguda. La de interpretar estos datos y ver cómo encajaban dentro de las hipótesis propuestas por Curry-Rogers. Como una de las características de una hipótesis científica es su capacidad predictiva, decidimos elaborar una serie de predicciones para cada una de las hipótesis y ver qué predicciones se cumplían en la muestra de Lo Hueco y cuáles no. Las predicciones fueron las siguientes:

Imagen 4 - En Lo Hueco los osteodermos son como los pimientos del padrón: unos huecos (arriba) y otros no (abajo)

1. Si la desmineralización de los osteodermos fuese una adaptación a ambientes estacionales extremos, habría evidencia bien de desmineralización o de remodelación extrema en una importante mayoría de los osteodermos. 
2. Si la desmineralización estuviera relacionada con procesos típicos del envejecimiento, como la osteoporosis, los individuos encontrados asociados a osteodermos desmineralizados presentarían una remodelación histológica extrema de sus huesos largos y costillas, como se sabe que ocurre en saurópodos senescentes.
3. Si la desmineralización fuese debido a la necesidad de formar la cáscara de los huevos en hembras fecundas, tendría que ocurrir que
1. Los osteodermos fuesen el único depósito de minerales disponible
2. Osteodermos de tamaños grandes y morfología comparables (presuntamente asociables a individuos adultos) tanto desmineralizados como compactos.
3. Un número mediano a pequeño de osteodermos de la muestra desmineralizados.

Como podemos comprobar con las observaciones, la muestra obtenida de osteodermos desmineralizados frente a osteodermos compactos es de 3 desmineralizados frente a 7 compactos, lo cual no encaja con las predicciones de la primera hipótesis pero sí con las 2 y 3. Ya que HUE-EC-11 estaba asociado a un osteodermo desmineralizado, se escogió realizar un análisis histológico de ese titanosaurio. EC-11 no era ni un juvenil ni senescente, sino más bien que estaba en la flor de la vida, de modo que de forma preliminar pudimos determinar que la desmineralización de sus osteodermos no era fruto de la vejez.

La hipótesis 3 era por tanto la que tenía más evidencia a favor que en contra de todas. No en vano, autores como Dacke ya habían propuesto que animales tan neumatizados como los titanosaurios (estos dinosaurios presentan vértebras y cinturas completamente invadidas por sacos aéreos) dispondrían antes del mineral de los compactos osteodermos que de sus otros huesos, muy deficientes en fase mineral. Pero los datos de los arcosaurios actuales que tienen osteodermos, los cocodrilos, tenían algo que aportar a esta interpretación también. Tanto Alligator como Caiman como Crocodylus, tres géneros de cocodrilos relativamente lejanamente emparentados, han sido observados descalcificando sus osteodermos masivamente debido exclusivamente a procesos relacionados con la formación de la cáscara de los huevos. Solo las hembras que han puesto al menos una vez huevos remodelan sus osteodermos.

Imagen 5 - Los autores de la investigación. De izquierda a derecha: Francesc Gascó, José Luis Sanz, Daniel Vidal (quien escribe estas líneas), Francisco Ortega y Alejandro Serrano.

¿Y qué hemos podido concluir de este estudio, en última instancia?

Bien, de entrada que la desmineralización de los osteodermos está ligada a su sistema de canales neurovasculares, y que por tanto era una desmineralización activa, ligada a necesidad fisiológica de minerales.

Por otro lado, la muestra de Lo Hueco nos da más pistas acerca del papel fisiológico de los osteodermos: la hipótesis de una adaptación a ambientes estacionales extremos no parece cumplirse en la muestra de Lo Hueco, mientras que la hipótesis de la desmineralización para formar la cáscara de los huevos parece estar algo mejor sustentada, ya que es la única hipótesis compatible con la evidencia recuperada en Lo Hueco.

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Referencias

Curry Rogers, K., D’Emic, M., Rogers, R., Vickaryous, M. & Cagan, A. Sauropod dinosaur osteoderms from the Late Cretaceous of Madagascar. Nature Communications 2, 564 (2011).

Dacke, C. G. et al. Alligator osteoderms as a source of labile calcium for eggshell formation. J. Zool. 297, 255–264 (2015).

Vidal, D., Ortega, F., Gascó, F., Serrano-Martínez, A., Sanz, J.L. The internal anatomy of titanosaur osteoderms from the Upper Cretaceous of Spain is compatible with a role in oogenesis. Scientific Reports 7, 42035; doi: 10.1038/srep42035 (2017).

Osteodermos de titanosaurios de Lo Hueco: La historia

Bueno, por fin puedo escribir algo sobre lo que llevo casi dos años trabajando, que es la armadura dérmica de los saurópodos titanosaurios. Los osteodermos fueron mis primeros pinitos de investigación original en la paleontología de vertebrados, parte de mi Proyecto Fin de Carrera de la Licenciatura de Biología en la Universidad Autónoma de Madrid. Ahora, casi dos años y medio después de comenzar a investigar sobre ellos, hemos publicado los resultados obtenidos y sus interpretaciones en la revista PLoS ONE.

Ya que se encontrarán en otros blogs (como en El Cuaderno de Godzilín) explicaciones acerca de su contenido, aquí me gustaría narrar un poco cosas que no son parte del artículo pero que tienen también su interés y que en el fondo pueden quedar como testimonio de lo distinto que parece el hacer ciencia (investigar) y escribir la ciencia (plasmarlo en una publicación).

Imagen 1 - Un servidor sujetando uno de los osteodermos más grandes del mundo (foto por Carmen Coto).

Esta historia comienza conmigo un par de años más joven buscando un tema para la asignatura Proyecto Fin de Carrera (PFC). Desde que entré en la carrera (y antes) tenía intención de hacer paleontología de dinosaurios, y tuve la suerte de entrar en la Universidad en la que está uno de los primeros grupos de investigación españoles dedicados al estudio de dinosaurios y otros reptiles mesozoicos.

Fui a pedirle el proyecto a José Luis Sanz, catedrático de la Unidad de Paleontología, quien me prometió pensar en algo. Fiel a su palabra, tras un par de ideas que al final no pudieron ser me propuso estudiar con más detalle los osteodermos del yacimiento de Armuña (Segovia), que ya habían sido descritos en los años 80 por el propio Sanz y Ángela D. Buscalioni.

Imagen 2 - Los dos osteodermos del yacimiento de Armuña descubiertos a mediados de los años 80 y publicados en el año 1987 por José Luis Sanz y Ángela D. Buscalioni

Los osteodermos del yacimiento de Armuña son preciosos: la bella ornamentación está perfectamente preservada en un tono marrón oscuro y apenas presentan deformación. La única lástima es que están fragmentados y que estos no casan entre sí. Los fragmentos se podían agrupar en dos grupos, pero tampoco se podía ir mucho más allá sin un osteodermo completo como referencia. Los fragmentitos (el diminutivo es por su tamaño minúsculo) de osteodermos asociados a Lirainosaurus no eran tampoco esclarecedores.

No obstante, el yacimiento de Lo Hueco (Cuenca) si había proporcionado una ingente colección de osteodermos de titanosaurio completos que además presentaban morfologías muy variadas. Conocí estos osteodermos de mano de Francisco Ortega en la X EAVP de Teruel ese mismo verano, y tanto él como José Luis Sanz coincidieron en que si primero comprendíamos la gran variabilidad presente en Lo Hueco sería más fácil interpretar los fragmentos de Armuña.

Imagen 3 - Tres osteodermos "bulb and root" del yacimiento de Lo Hueco, que representan la clina morfológica: arriba un osteodermo muy alargado y con bulbo cóncavo, abajo (derecha) un osteodermo moderadamente alargado con bulbo convexo (en forma de espina) y abajo (izquierda) un osteodermo redondeado con bulbo plano (en forma de escudo). Como se puede ver, son muy variados, pero siempre con dos regiones: el bulbo (redondeado) y la raíz (triangular)

De modo que decidimos incorporar al estudio los osteodermos de Lo Hueco. Al comenzar la investigación pudimos determinar que:

• Los osteodermos del Cretácico Superior de Europa son todos del mismo morfotipo, conocido como Bulb and Root, presentes también en muchos otros yacimientos del mundo. Esto representaría la condición primitiva en los osteodermos de titanosaurio --> imagen 4.

• Los osteodermos de Lo Hueco presentan una clina morfológica en la que existen dos extremos (osteodermos alargados y osteodermos redondeados) con osteodermos de todo tipo de morfología entre medias de los extremos (más redondeados o más alargados) --> imagen 4.

• La morfología del bulbo de los osteodermos está relacionada con la morfología general: 1) si son muy alargados el bulbo es cóncavo y el cíngulo muy prominente, 2) si son moderadamente alargados el bulbo es convexo (cuanto más alargado, menor es la convexidad) y 3) si son redondeados el bulbo es plano --> imagen 3.

Imagen 4 - Figura 6 del artículo publicado en PLoS ONE en la que se puede observar la clina morfológica obtenida matemáticamente a través de un análisis elíptico de Fourier sobre la silueta de los osteodermos. Abajo está la clina, vista de un modo más visual que en una gráfica, con distintos ejemplares de osteodermos.

De modo que, grosso modo, sabíamos que los osteodermos "bulb and root" no se dividen en categorías en base a su aspecto, sino que entre las morfologías extremas existe un gradiente en el que hay formas intermedias y formas que se parecen más a los extremos (clina, Imagen 4). ¿A qué podía responder esta clina? Cualquier opción era una buena respuesta: cambio en los osteodermos durante el crecimiento (variabilidad ontogenética), diferentes osteodermos para especies diferentes pero cercanamente emparentadas (variabilidad intra-específica), variabilidad dentro de un mismo individuo... Esta cuestión no podía responderse por el momento.

Esos tres puntos mentados arriba fue lo que se llegó a saber para publicar en la memoria del PFC. No obstante, tras la entrega de la memoria pero antes de la presentación llegó una grata sorpresa. Con motivo del comienzo del Taller de Empleo de Restauración de los fósiles del yacimiento de Lo Hueco, se empezó a revisar a fondo los más de 10.000 registros almacenados en la nave donde temporalmente se deposita el material de Lo Hueco. En esta revisión Pedro Mocho y Fátima Marcos llegaron a encontrar ejemplares de osteodermos identificados en campo como "hueso indeterminado" que permitieron testar el propuesto en el punto 3 (el cual resistió los primeros intentos de refutación).

Imagen 5 - Reconstrucción de "Chapi, el titanosaurio acorazado de Lo Hueco" realizada por los autores de este blog.

¿Y la grata sorpresa? Dos de estos osteodermos, de morfologías completamente opuestas (uno redondeado y otro alargado), estaban asociados con las vértebras dorsales del ejemplar de titanosaurio HUE-EC-11, llamado coloquialmente "Chapi". Esto tenía una implicación clara: Chapi, sin ningún otro saurópodo lo bastante cerca, era el "dueño" de estos osteodermos, y por tanto su coraza dérmica tenía los dos extremos de la clina morfológica que habíamos descrito en el estudio.

Ello es lo que nos ha permitido formular la hipótesis de que toda la clina representaría la variabilidad de osteodermos que presentaría un mismo individuo en su espalda. En base a la condición primitiva y más extendida en dinosaurios acorazados, la situación más probable de estos osteodermos en los titanosaurios es probablemente en filas paralelas a ambos lados de la columna vertebral (Imagen 5).

Bien, y por salir de dudas: ¿Cómo se han reinterpretado los osteodermos de Armuña? Pues como me gusta dejar con el suspense, estilo Dan Brown, no voy a contároslo, sino que os invito a leer el artículo de PLoS ONE si os ha picado el interés y si no a esperar a las XXX Jornadas de la SEP en Octubre, donde hablaré un poco de los osteodermos de Armuña.

Estad atentos para más actualizaciones!

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Referencias:

Sanz JL, Buscalioni AD (1987) New evidence of armoured titanosaurs in the Upper Cretaceous of Spain. In Currie PJ, Koster EH editors. Fourth Symposium on Mesozoic Terrestrial Ecosystems, Short Papers. Drumheller: Tyrrell Museum of Palaeontology. pp. 197–202.

Vidal D, Ortega F, Sanz JL (2014) Titanosaur Osteoderms from the Upper Cretaceous of Lo Hueco (Spain) and Their Implications on the Armor of Laurasian Titanosaurs. PLoS ONE 9(8): e102488. doi:10.1371/journal.pone.0102488

PS: Ahora que por fin sale publicado el artículo, quisiera aprovechar para extenderme un poco más en los agradecimientos que podían publicarse formalmente. 

• A mis dos directores, tutores, supervisores o como se quiera llamar, a quienes yo llamaría "maestros" (según la RAE, "Persona que enseña una ciencia, arte u oficio, o tiene título para hacerlo."), no puedo dejar de agradecerles todo lo que han hecho por mí al realizar juntos este trabajo. 
• A mis compañeros de departamento y grupo de investigación (entre los cuales cuenta mi compi de blog) el aguantar toda mi pedantería, prepotencia y mi complejo de profesor à la Richard Levine, sé que a veces no es fácil pero eh, todos tenemos defectos y esos son los míos (entre muchos otros). Por supuesto también por vuestras ideas, sugerencias y momentos divertidos en congresos, viajes, excavaciones y comidas, sois un equipo genial.
• A mis padres que siempre me apoyaron (económica y moralmente) a perseguir mis sueños.
• A Carmen por aguantar mi dinomanía con estoicismo e incorporarla a su propia vida (en pequeñas dosis) de la forma que solo el amor permite a alguien a quien le aterrorizó una vez un Dilophosaurus :)  

No, no son huesos de burro! (I)

Si hay un comentario recurrente, y además no muy respetuoso hacia los paleontólogos de vertebrados, es el de "¿y como saben que esos huesos no son de un burro muerto?". Y a veces ni siquiera como pregunta, sino como enunciado (y de forma bastante despectiva en algunos casos). Estos comentarios los escuché primero de un pariente muy querido cuando era jóven, pero pronto me di cuenta que no era poco habitual.

Columna vertebral de un équido (grupo al que pertenecen burros y caballos)

Aunque siempre se puede usar un argumento de autoridad para responder esta cuestión (del estilo de "somos los expertos... ¿si no lo sabemos nosotros quién lo sabrá?") hemos decidido que estaría bien dejar muy claro a todo el mundo que existe un método científico para determinar por qué no son huesos de burro y sí de animales que vivieron en un pasado remoto.

De modo que comenzamos hoy con el capítulo 2 de anatomía comparada, dedicado a mis queridas vértebras.

Las partes principales de una vértebra: Neural arch (arco neural),
Centrum (centro o cuerpo vertebral) y Hemal arch (arco hemal).
La notocorda está presente durante el desarrollo embrionario de todos los vertebrados y en muchas formas adultas de anamniotas y algunos amniotas.

Las vértebras son esos huesos que forman la columna vertebral (valga la redundancia) o espinazo de cualquier organismo cordado, craniado y vertebrado (es decir, con cráneo y vértebras). Son de los restos óseos más aparentes y característicos, junto a un cráneo articulado (que no suele ser la norma), y de los que uno podría decir, viendo una vertebra grande "eso es de un pollino*".

Primero, un repaso rápido por las vértebras: constan de 3 partes principales que nos permiten orientarlas: El arco neural (dorsal), el centro o cuerpo vertebral y el arco hemal (ventral).

El centro vertebral y el arco hemal (chevron en dinosaurios) suelen ser simples. En muchos dinosaurios, el centro vertebral puede presentar pleurocelos (cavidades excavadas en los laterales del centro que aligeran la vértebra).

El arco neural suele ser la parte más compleja de toda vértebra. Incluye las articulaciones con la vertebra anterior (prezigapófisis, orientadas dorsalmente 3 y 4) y con la vértebra posterior (postzigapófisis, orientadas ventralmente). También presenta muchos procesos de inserción de la musculatura epaxial, como pueden ser la espina neural o apófisis espinosa (la proyección más dorsal del la vértebra, 7) o las apófisis transversas (proyecciones laterales, 8). También hay una serie de láminas que comunican distintas regiones del arco neural y, por supuesto, un canal neural por el que pasa la médula espinal.

Vértebra tipo con todos sus elementos por partes

Supongamos que, un día paseas por el condado de Treviño y observas una roca curiosa sobresaliendo de la tierra. Excavas, la desentierras (y luego la limpias, consolidas, pegas y demás) y te encuentras algo tal que así:

Vértebra problema. A: anterior, B: lateral, C: posterior. Escala en cm.

Desde luego es una vértebra, con su centro vertebral y su arco neural bien diferenciados. Aunque sea tentador, no pensemos que es de un borrico, porque podemos acabar siendolo nosotros. Vamos a observarla y a estudiarla. Y para ello vamos a hacer algo tan sencillo como mirar vértebras de animales actuales y ver a qué se parece más (que viene a ser el principio fundamental de la Anatomía Comparada).

Empecemos por mirar a vértebras de un mamífero, grupo al que pertenecen los burros, caballos, nosotros y cualquier animal con glandulas mamarias y pelo actuales. Las de nuestra propia especie (H. sapiens) son un buen ejemplo, rápido y fácil.

Vertebras de mamífero (H. sapiens) en vista lateral (arriba) y anterior (abajo). Hay un representante de cada tipo de vértebra (en humanos, claro): cervical (1), dorsal (2), lumbar (3).

Las diferencias son grandes. El centro vertebral de los mamíferos parece "plano" en ambos lados, mientras que el de nuestra vértebra problema tiene una concavidad anterior y una convexidad posterior.
Si nos vamos a un manual de zoología de vertebrados, encontramos que existen varios tipos de vértebras en función del tipo de centro vertebral que tengamos:

Las vértebras pueden ser a) acélicas/platicélicas (mamíferos), b) anficélicas (teleosteos, ictiosaurios),  c) procélicas ("reptiles"), d)  opistocélicas ("reptiles") y e) heterocélicas (aves, algunas tortugas).

El sufijo "celia" significa "concavidad". El prefijo nos dice cómo son las vértebras: acelicas (sin concavidades), anficélicas (dos concavidades), procélicas (concavidad anterior), opistocélica (concavidad posterior) y heterocélica (centros convexo-cóncavos).

Las vértebras mamíferas son típicamente acélicas. La del problema es procélica, lo que indica seguramente que su dueño fuera un reptil (bien un lepidosaurio o un arcosaurio). Basta con buscar vértebras de algún reptil. Por ejemplo, veamos unas vértebras de cocodrilo:

Vértebra procélica de cocodrilo.

Desde luego, esta vértebra es mucho más "reptiliana" que "mamaliana", como lo es la del problema. Pero, ¿qué "reptil" actual tiene vértebras de ese tamaño?

Me alegra que lo preguntes, Mike. La próxima entrega nos resolverá este acertijo.

Semanita fuera!

Con motivo de la salida de campo del Laboratorio de 5º de carrera de Paleo y Geología (servidor) y de muestreo para su Proyecto de Fin de Master (Carlos) nos ausentaremos toda esta semana para ir a la  Sierra de Cameros (La Rioja).

Allí disfrutaremos de una de las regiones del mundo con mejores yacimientos de icnitas de reptiles mesozoicos, especialmente de dinosaurios.

De modo que nuestra ausencia me parecía motivo suficiente para manipular los dibujos de Carlos en una suerte de pancarta de ausencia:

Aún así, hemos dejado alguna cosita preparada para que se publique esta semana, porque entre salida de campo, terminar trabajos y EJIP no va a quedar tiempo para publicar entradas!

Pues eso, en una semanita estamos de vuelta!