Una de las principales obsesiones de los

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N atur aleza A ra gonesa , n.º 23 ( julio-diciembre 2009). ISSN: 1138-8013

Autónoma de Aragón y en concreto del Parque Natural del Moncayo, en las cercanías de Purujosa (Zaragoza). Las rocas cámbricas de este lugar ofrecen una de las mejores posibilida-des para estudiar y conocer cómo era la vida marina durante este periodo.

Con apenas un par de centímetros de longitud y color blanco brillante, este fósil resalta clara-mente sobre la matriz rocosa rojiza que lo rodea (fig. 1). Este animal pertenece a los equinoder-mos, grupo en el que hoy en día se incluyen tam-bién, animales tan familiares para todos nos-otros, como el erizo o la estrella de mar.

El Cámbrico y el origen de los

equinodermos

Durante el Cámbrico, hace aproximadamen-te 530 millones de años el mundo era muy dis-tinto a lo que es hoy en día. Las masas nentales se distribuían en cuatro grandes conti-nentes (Laurentia, Siberia, Báltica, Gondwana), no existían casquetes polares y los mares esta-ban poblados de criaturas tremendamente extra-ñas. La gran explosión de la vida, que se dio durante este periodo, produjo la aparición de casi todos los filos de animales que hoy viven en nuestro planeta, como por ejem-plo los equinodermos.

Los equinodermos son orga-nismos exclusivamente marinos y cuya principal característica es la presencia de un esqueleto meso-dérmico de calcita con una microestructura tridimensional denominada estereoma (fig. 2). La construcción de este esqueleto tan particular y exclusivo de los equinodermos fue una novedad importante que se dio en el

Introducción

U

na de las principales obsesiones de los paleontólogos es el poder penetrar y observar el interior de los fósiles. Durante muchos años esto sólo era posible utilizando téc-nicas de preparación, todas destructivas, para acceder y estudiar aquello que los caparazones, la roca o los huesos nos ocultaban. Esto permitía acceder al interior de los fósiles pero, por contra, era necesario pagar un precio muy alto y los ejemplares eran destruidos. Cuando los fósiles son únicos es imposible estudiarlos mediante estos métodos.

Actualmente existe una avanzada tecnología, que permite acceder al interior de los fósiles sin dañarlos, y poder así observar con todo detalle las características internas, que durante muchos años han pasado ocultas dentro de la roca. La técnica más avanzada es la tomografía de rayos X, y se creó originariamente para la medicina, con el objetivo de visualizar tejidos y huesos.

Por primera vez en España, un pequeño fósil del Cámbrico ha sido sometido a esta técnica. Este fósil proviene de nuestra Comunidad

* Área y Museo de Paleontología - IVCA. Departamento de Ciencias de la Tierra. Universidad de Zaragoza. E-50009 Zaragoza. España. [email protected]

** Department of Earth Science and Engineering, Imperial College London, London SW7 2AZ, UK. [email protected]

Fósiles «virtuales» cámbricos del

Parque Natural del Moncayo

Samuel ZAMORA*

Imran A. RAHMAN**

Figura 1. Ejemplar perfectamente conservado del carpoideo cincta

Protocinctus mansillaensis Rahman y Zamora 2009 procedente del

Cámbrico medio de Purujosa (Parque Natural del Moncayo, Zaragoza). Observar cómo las placas de calcita se articulan perfectamente y las sutu-ras son apreciables en un color algo más oscuro. Museo Paleontológico de

la Universidad de Zaragoza-Gobierno de Aragón (MPZ 2004/170).

F o to : S . Z a m o ra e Im ra n A . R a h m a n . PALEONTOLOGÍA

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N atur aleza A ra gonesa , n.º 23 ( julio-diciembre 2009). ISSN: 1138-8013 Cámbrico inferior cuando los princi-pales representan-tes de este grupo aparecieron en los mares. C u a l q u i e r curioso de la natu-raleza se ha fijado alguna vez en la perfecta simetría que presenta una estrella de mar, con cinco brazos dispuestos en án-gulos de 72 º cada uno (fig. 3). Este plan corporal se ajusta a lo que se conoce como simetría radial de tipo pentámero y es otra de las principales características que presentan los equinodermos actuales (fig. 3).

El sistema vascular acuífero es una especie de sistema hidráulico, y es otra de las características importantes de los equinodermos. Se compone de una serie de conductos y reservorios de líquido cuya función principal es controlar la presión hidráulica en el interior del caparazón. Este siste-ma se abre al exterior por una serie de aberturas en la teca (caparazón) situadas en los ambulacros y que permiten proyectar al exterior los pies ambulacrales. Estos pueden verse, por ejemplo, en los erizos o las estrellas de mar actuales y con-trolan funciones básicas como el movimiento, respiración o la alimentación. (fig. 3).

De todas estas características sólo el esquele-to de calcita está presente en esquele-todos los equino-dermos cámbricos. Algunos (fig. 4), como los

carpoideos cincta o los tenocistoideos (figs. 5, 6) no presentan simetría radial y son asimétricos o casi bilaterales. Otros carecen de ambulacros, como los estilóforos, pero presentan internamen-te una faringe para alimentarse. Algunos desarro-llan una simetría muy particular, por ejemplo los helicoplacoideos que tienen tres ambulacros enroscados formando un helicoide. Todas estas formas de equinodermos mantienen en jaque a los paleontólogos, ya que son muy raras y pose-en estructuras nunca antes vistas. Actualmpose-ente, a partir de nuevos fósiles, como el que muestra este trabajo, y gracias al tremendo avance de la biolo-gía molecular, se está tratando de esclarecer y comprender el origen de este grupo de animales.

Las rocas del Cámbrico en el

Parque Natural del Moncayo

Dentro del Parque Natural del Moncayo, las rocas del Periodo Cámbrico tienen una impor-tancia de primer orden. En ellas aparecen innu-merables fósiles, casi todos muy conocidos para los aficionados a la Paleontología. Entre ellos se encuentran los trilobites, los braquiópodos o las esponjas. Pero sólo unos pocos pertenecen al grupo de los equinodermos, como el fósil estu-diado en este trabajo.

Estos yacimientos son similares en edad y tipos de rocas a los que se encuentran en la cono-cida localidad de Murero. Todas estas rocas son el resultado de la sedimentación en una platafor-ma platafor-marina poco profunda y con temperaturas cálidas. Fue en este tipo de ambiente donde se desarrollaron los primeros pasos en la evolución de los animales complejos.

Figura 2. Microestructura (este-reoma) del caparazón de un equinodermo. Las placas de calcita son muy porosas y dichos poros se encuentran

ocu-pados por tejido blando.

Figura 3. Sistema vascular acuífero de un equinodermos actual con simetría radial. Este sistema se conecta con el exterior por medio de los pies ambulacrales como los que se observan en la estrella de mar.

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entre sí por ligamentos. Cuando estos organismos mueren y los tejidos blan-dos se descomponen, lo normal es que se desarticu-len y sus placas queden dis-persas en el fondo marino. Sólo bajo ciertas condicio-nes de conservación excep-cional, como las que ofre-cen las rocas de esta región, es posible tras días de tra-bajo encontrar algún ejem-plar completo y susceptible de ser estudiado.

Un golpe fortuito del martillo permite observar en la roca algo diferente. Varias de estas placas apa-recen unidas entre sí, des-cribiendo una forma geo-métrica reconocible. A simple vista parece una pequeña raqueta de tenis, con una parte ovalada cen-tral y una proyección espi-nosa (fig. 1). Bajo la lupa, una serie de placas gran-des, de las que antes apare-cían desarticuladas a miles, se unen formando un anillo reconocible. Dentro de este anillo pequeñas placas pentagonales y hexagona-les están articuladas for-mando una malla. Un apéndice es claramente identificable y está constituido por placas mucho más pequeñas que terminan en una pro-yección puntiaguda. No existe duda alguna, se trata de un pequeño equinodermo completo, el primero de su grupo en todo el mundo, conoci-do en rocas de esta edad. Tras muchos días de intenso trabajo, sólo se recuperaron tres ejem-plares más o menos completos.

Una primera evaluación del fósil

Esta forma de raqueta es característica de un grupo primitivo y extinto de equinodermos, los cincta. Vivieron sólo durante el Cámbrico medio, en mares someros de Gondwana y Siberia, es decir de lo que hoy es Europa, África y Asia.

Todos los ejemplares recuperados representan

El descubrimiento

A golpe de martillo y cincel en una ladera del Parque Natural del Moncayo siempre acaban apareciendo los mismos fósiles; trilobites, bra-quiópodos, pistas fósiles etc. Sin embargo, en la matriz de color rojizo y bajo la luz del sol inten-sa reinten-saltan unos pequeños cristales blancos. Tienen forma rectangular y miden sólo unos pocos milímetros. Estos cristales sólo pueden ser placas de calcita de un equinodermo, ya que, por su morfología geométrica y su composición mineral, son inconfundibles.

A pesar de romper cientos de rocas, es casi imposible encontrar un sólo ejemplar completo. El caparazón de estos animales estaba constitui-do por multitud de placas de calcita articuladas

Figura 4. Grupos de distintos equinodermos cámbricos. Todos ellos son tremenda-mente extraños y difíciles de interpretar. A. Los tenocistoideos (Cámbrico medio,

Estados Unidos), presentan una simetría casi bilateral y una extraña estructura frontal para la alimentación, el ctenidio. B. Los estilóforos (Cámbrico medio, Alemania), son equinodermos muy asimétricos. C. Los helicoplacoideo (Cámbrico inferior, Estados Unidos), fueron los primeros en desarrollar simetría radial, de tipo

trirradiada y en forma de helicoide. Los eocrinoideos (Cámbrico inferior, España) son parecidos a los crinoideos actuales y presentan poros en el cuerpo para respirar.

E. Los cincta, (Cámbrico medio, España) tienen un cuerpo anterior y una cola. Una

gran opérculo frontal cubre la cavidad del cuerpo. F. Los edrioasteroideos (Cámbrico medio, España) presentan una simetría radial imperfecta.

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caras ventrales del animal como la de la figura 1 y, por tanto, a pesar de su excelente conserva-ción, es imposible obtener mucha información de ellas. Los datos más importantes se encuen-tran en las partes dorsal y frontal que en este caso están ocultas en la matriz rojiza. Si se pre-para el fósil con técnicas tradicionales puede perderse información muy valiosa.

Lo más habitual es que los fósiles del Cámbrico aparezcan aplastados y deformados sobre la roca.

Pero, lo verdaderamente excepcio-nal de este yacimiento, es que están conservados en tres dimensiones y prácticamente conservan su volu-men original. Esto permite realizar estudios muy novedosos acerca de cuestiones nunca antes abordadas, como el modo de vida o la recons-trucción de la anatomía interna, pero primero es necesario acceder a estas partes.

Para tratar de estudiar estos fósiles con todo detalle se decidió someter a los fósiles a un comple-jo estudio por medio de una micro-tomografía computerizada de rayos X. Para ello, era necesario primero, preparar las muestras mecánicamente, para después escanearlas y ver si la técnica era posible de aplicar. En caso afirma-tivo, sería necesario tratar digital-mente los resultados, para después completar una reconstrucción del fósil. La siguiente etapa es la de su estudio e interpretación. Por últi-mo es necesario publicarlo para que todo el mundo pueda conocer-lo. El trabajo abarcó diferentes eta-pas a lo largo de casi tres años.

Preparando el fósil para

su escáner

La sierra está preparada en los sótanos de la Facultad de Geológicas en Zaragoza. Los téc-nicos D. Fernando del Río y D. Manuel Tricas realizan los últi-mos preparativos. El estruendo al girar el disco de diamante apenas permite escuchar nuestra conver-sación. El objetivo es reducir la laja donde se encuentra el fósil al menor tamaño posible. De esta manera al intro-ducir la muestra en el tomógrafo se obtendrá una mejor resolución ante los rayos X.

Un sutil movimiento en falso podría partir la roca y con ella el fósil provocando una catástro-fe. Por ello los técnicos proceden a cortar la roca con la mayor precisión posible. Afortunadamente la roca responde bien a la sierra y el resultado es una pequeña pastilla de 25 x 15 x 5 milímetros lista para ser escaneada.

Figura 5. Reconstución en vista dorsal del tenocistoideo Ctenocystis del Cámbrico medio de Utah (EE. UU.).

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para esconderse del ojo humano. Nunca nadie antes había penetrado en el interior de un animal parecido. Ahora, un modelo tridimensional en el ordenador, conocido como fósil virtual, revela la anatomía de este extraño organismo (figs. 8, 9, 10, 11), y permite estudiarlo con todo detalle.

Entre algunas características, se observa que su cuerpo presenta 10 placas marginales formando un anillo. Su parte ventral, se compone de varias placas poligonales unidas entre sí. No presenta evidencia alguna de simetría radial, una caracte-rística propia de los equinodermos actuales. Su caparazón tiene, a grandes rasgos, simetría bilate-ral, pero un estudio de detalle revela que es un animal totalmente asimétrico y aberrante, ya que su boca se sitúa en la parte derecha y sólo tiene un ambulacro que reside en la parte anterior. Una

A través de la roca: Más allá de

lo que el ojo humano puede ver

En el laboratorio de microtomografía de rayos X en el Imperial College de Londres todo está listo para iniciar el escáner. Los técnicos Mr. D. Fuloria y Mr. R. Hamilton afinan los últimos detalles para obtener los mejores resultados. Tras de 1 a 3 horas el escáner del fósil está listo. Se obtienen un total aproximado de 500 rodajas en 2 dimensiones del fósil. Cada rodaja se realiza cada 20-30 micras, aproximadamente.

Cada rodaja se analiza independientemente en un ordenador. El objetivo es doble, por una parte

hay que separar el fósil de la roca encajante. Este proceso es relativamente sencillo ya que los cris-tales calcíticos tienen una composición muy dife-rente de la roca arcillosa. Por ello los rayos X atraviesan cada composición de manera diferente obteniéndose así respuestas distintas en el recep-tor. Esto produce que tengamos un contraste importante en las imágenes que obtenemos, gris-blanco (calcita) y negro (roca arcillosa). La segunda parte es sin duda la más laboriosa de todas y consiste en distinguir y separar por colo-res todas las partes que constituyen el esqueleto del equinodermo (fig. 7). Cada imagen se trata de manera muy escrupulosa y tras dos semanas de trabajo, la anatomía de la bestia se pone al servi-cio de los paleontólogos.

Revelando el interior de la bestia

530 millones de años no han sido suficientes

Figura 6. Reconstución en vista frontal del tenocistoideo

Ctenocystis del Cámbrico medio de Utah (EE. UU.). En

el centro de las placas con forma de gancho (ctenidiales) y cubiertas por ellas se encontraría la boca.

F o to : S . Z a m o ra e Im ra n A . R a h m a n .

Figura 7. Diferentes etapas de la reconstrucción del cinc-ta Protocinctus mansillaensis Rahman y Zamora, 2009. A. Sección directamente extraída del microtomógrafo; las diferentes placas del esqueleto aparecen en tonos grises.

B. Sección donde se individualiza el fósil (blanco) de la matriz circundante. C. Sección con la interpretación de las placas que constituyen el esqueleto en distintos colo-res. D. Reconstrucción frontal del ejemplar a partir de la

combinación de todas las secciones.

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vista lateral permite advertir que el apéndice se curva hacia abajo. Una gran placa en forma de opérculo cubre una cavidad anterior (fig. 11). En su interior aparece una gran depresión, lugar que en vida ocuparon los órganos principales.

Muchas características son únicas de este ani-mal por lo que ha sido bautizado con un nuevo nombre, Protocinctus mansillaensis.

Comparar a Protocinctus con

sus parientes actuales

Cuando se estudian fósiles que tienen represen-tantes entre los animales actuales, es relativamen-te fácil hacer comparaciones directas y obrelativamen-tener conclusiones. Es lo que en Geología llamamos actualismo, y que consiste en estudiar los procesos actuales para comprender como ocurrieron en el pasado. A medida que vamos hacia atrás en el tiempo existen un mayor número de variables que dificultan estas comparaciones. Protocinctus es un caso extremo, ya que pertenece a un periodo muy antiguo y su morfología no se parece en nada a la que presentan sus parientes actuales.

Si tuviéramos que incluir a Protocinctus den-tro de un grupo de animales se situaría junto a

los equinodermos, ya que presenta el esqueleto formado por placas de calcita. Un estudio recien-te de la secuencia genética del erizo de mar, ha revelado que los genes que construyen el esque-leto de calcita típico de los equinodermos son exclusivos de este filo animal; por tanto, cual-quier animal del pasado con estas placas fue

Figura 9. Reconstrucción de Protocinctus mansillaensis Rahman y Zamora, 2009 en vista oblicua. Observar las placas supracentrales que están desarticuladas y se

dis-ponen flotando sobre la teca.

F o to : S . Z a m o ra e Im ra n A . R a h m a n .

Figura 8. Reconstrucción final de Protocinctus mansillaensis Rahman y Zamora, 2009 en vista oblicua. En ella se observan las diferentes partes anatómicas y el interior del esqueleto.

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Figura 10. Protocinctus revela su anatomía. Usa tus gafas de 3D y visualiza por ti mismo los secretos que esconde este enigmático animal. Después de casi 530 millones de años, todas las partes del esqueleto están intactas y pueden

estudiarse con todo detalle. Vistas frontal, lateral, dorsal y ventral.

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seguramente un equinodermo. Sin embargo

Protocinctus presenta unas características que lo

hacen muy diferente de otros equinodermos actuales. Tiene cola, no tiene simetría radial, una gran placa opercular cubre su parte anterior y sólo tiene un ambulacro.

La biología molecular actual reconoce que los equinodermos están muy emparentados con otro grupo de animales marinos, los hemicordados o gusanos bellota (fig. 12), cuyo pariente fósil más familiar para los paleontólogos son los graptoli-tos. Ambos, hemicordados y equinodermos com-partieron un ancestro común. Estos dos grupos junto al de los cordados (al que nosotros perte-necemos) forman los deuteróstomos (fig. 12). Esto significa que, a grandes rasgos, la estrella de mar, los humanos y los graptolitos comparti-mos un ancestro común.

Los genes de hemicordados y equinodermos son muy parecidos. Pero, existen unas caracterís-ticas morfológicas que nos llaman tremendamen-te la atremendamen-tención cuando comparamos a un hemicor-dado con un equinodermo. Mientras que los pri-meros son bilaterales, los segundos tienen

sime-tría radial, además los hemicordados no tienen caparazón de calcita y presentan hendiduras bran-quiales. Las larvas de hemicordados y equinoder-mos son muy parecidas entre sí. Ambas presentan simetría bilateral. En el caso de los hemicordados la larva se desarrolla progresivamente hasta cons-tituir un adulto muy parecido a la larva, pero más grande. Es un crecimiento más o menos continuo. Sin embargo, el desarrollo de la larva de los equi-nodermos revela cambios muy drásticos en su morfología. En un momento dado, la larva bilate-ral sufre una metamorfosis en la que algunas par-tes se atrofian y nunca son desarrolladas en el adulto. Tras una etapa de metamorfosis, en la que tenemos una larva aberrante asimétrica, el adulto emerge ya con simetría radial.

Volviendo a Protocinctus, muchas de sus características recuerdan a las que se observan en los hemicordados y en las larvas de los equino-dermos. Su esqueleto asimétrico con cola, su boca en posición derecha, la presencia de un sólo ambulacro o la faringe interna perforada por hen-diduras branquiales, son características que segu-ramente fueron primitivas dentro del grupo de los

Figura 11. Otro de los ejemplares de Protocinctus escaneado. Se observa como un gran opérculo cubre la principal cavidad del cuerpo. Usa tus gafas de 3D.

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placas diminutas permitía pasar el agua cargada de alimento, pero evitaba el paso de partícu-las demasiado grandes que pudieran dañar al animal. Cuando la gran faringe del inte-rior de la teca estaba muy llena de agua, el sobrante era expul-sado abriendo el opérculo.

Gracias a las nuevas tecno-logías se están abriendo multi-tud de nuevas fronteras en el conocimiento paleontológico, pero todo tiene un principio. Esta historia que llega ahora a su fin, comenzó un caluroso día de verano, en una ladera del Parque Natural del Moncayo, donde un grupo de paleontólogos escudriñaban la roca para extraer sus secretos. ¿Quién sabe, lo que el impre-sionante patrimonio paleontológico de nuestra tierra, Aragón, todavía aguarda esperando ser descubierto algún día?

Bibliografía complementaria

GEE, H. 1996. Before the Backbone. Views on

the Origin of the Vertebrates. Chapman & Hall, London. 346 pp. Libro general sobre cordados con especial énfasis en los carpoideos.

RAHMAN, I.A. & ZAMORA, S. 2009. In Press.

The oldest cinctan carpoid (stem-group Echinodermata), and the evolution of the water vascular system. Zoological Journal of the

Linnean Society. 159. pp. 420-432. Artículo científico donde se define Protocinctus.

RAHMAN, I.A. 2009. Making sense of

car-poids. Geology Today 25: 34-38. Artículo de divulgación sobre carpoideos.

ZAMORA, S., LIÑÁN, E. y GÁMEZ VINTANED,

J.A. 2003. Equinodermos en el Cámbrico. Las primeras armaduras naturales sobre los mares de Aragón. Naturaleza Aragonesa. 11. pp. 4-12. Artículo de divulgación sobre equinodermos cámbricos de Aragón.

Agradecimientos

El programa CAI-Europa permitió a S.Z. via-jar a Londres para realizar el estudio de los fósi-les. Isabel Pérez ha preparado de manera exce-lente alguna de las figuras de este trabajo.

equinodermos. A medida que los equinodermos evolucionaron introdujeron novedades en su morfología, alejándose de su condición ancestral (primitiva). No es posible comparar directamente a Protocinctus con los equinodermos actuales porque, a pesar de pertenecer al mismo grupo, es muy primitivo. Más de 500 millones de años de evolución lo alejan de sus representantes actua-les, de ahí que su morfología sea tan diferente.

La importancia de Protocinctus

Durante la gran «explosión de la vida» que se dio durante el Cámbrico, los equinodermos experimentaron su origen y diversificación. Algunos grupos como los cincta surgieron durante un breve espacio de tiempo, con una anatomía muy extraña y terminaron por extin-guirse. Fueron un experimento más de la vida, que nunca llegó a tener el suficiente éxito para llegar a nuestros días. Su estudio arroja luz importante a cómo eran los primeros equinoder-mos, un grupo de animales que sigue con éxito en todos los mares actuales.

Otras conclusiones que se obtienen de este estudio tratan sobre cómo vivía Protocinctus y sus parientes más cercanos. Esta forma de raqueta era ideal para apoyarse sobre el sustrato fangoso donde vivía. La estela (cola) se curvaba para pene-trar en el sedimento y poder anclarse. De esta manera Protocinctus evitaba ser desplazado por las corrientes. Su surco alimenticio protegido por

Figura 12. El cladograma representado permite situar a Protocinctus en la base del grupo de los equinodermos. Sin embargo, muchas de sus característi-cas son comunes a los hemicordados más primitivos y a otros enigmáticos

equi-nodermos, como los tenocystoideos. Estos grupos no presentan simetría radial, característica típica de los equinodermos actuales.