El estudio de los dientes fósiles de caballo nos proporciona información valiosa sobre la evolución de estos animales, su adaptación a los cambios climáticos y su dieta a lo largo de millones de años.
La Evolución del Tamaño Corporal y el Clima
Los primitivos caballos siguieron al pie de la letra la regla de que a más calor, menor tamaño corporal y con temperaturas más bajas, mayor corpulencia en su evolución y adaptación a las condiciones del entorno, hace unos 55 millones de años. El Sifrhippus, el antecesor del caballo más antiguo que se conoce en el registro fósil, llegó a tener el tamaño de un gato doméstico (y menos de cuatro kilos de peso) al encoger durante una fase de calentamiento pronunciado del planeta. Luego, cuando bajó de nuevo la temperatura, se hizo más grande.
Lo interesante de la investigación realizada al respecto por unos científicos estadounidenses, no es solo el cambio de tamaño de aquellos caballos remotos, sino que se produjera claramente asociado a un calentamiento (hasta cinco grados centígrados) y enfriamiento posterior. El Sifrhippus surgió en los bosques norteamericanos y pesaría algo menos de seis kilos. Pero en el período climático de la Tierra denominado Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno, en el que subió la temperatura hasta cinco grados centígrados, ese animal disminuyó su tamaño un 30%. Fue hace 55 millones de años, y aquel intervalo de calentamiento duró 175.00 años.
Jonathan Bloch (Museo de Historia Natural de Florida), coautor de la investigación cuenta que a otro de los investigadores, Stephen Chester, entonces estudiante predoctoral, se le encomendó la tarea de medir los dientes de caballo, y cuando presentó los datos se llevaron la sorpresa: “Señaló que los primeros caballos de la serie eran mucho más grandes que otros posteriores; pensamos que algo estaba mal, pero no, era correcto y el patrón fue más claro aún al acumular más fósiles”. La sorpresa fue aún mayor, continúa Bloch, cuando Secord realizó los análisis geoquímicos de los isótopos de oxígeno en los dientes ya que la curva de datos mostraba “exactamente el mismo patrón de la de tamaño de los dientes”.
“Por primera vez, retrocediendo en el tiempo decenas de millones de años hemos podido mostrar que la temperatura fue al causa esencial del cambio en el tamaño corporal de este linaje de caballos”, concluye Bloch en un comunicado de la Universidad de Nebraska. La investigación comenzó hace siete años.
Aunque la distancia temporal sea de más de 50 millones de años, es inevitable buscar algún paralelismo entre el cambio climático actual y el efecto del Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno. Felisa A. Secord y sus colegas no lo evitan, al contrario. “Estos hallazgos pueden ser importantes para comprender la respuesta evolutiva de los mamíferos al futuro calentamiento global”, escriben en su artículo científico.
Pero hay una gran diferencia, señalan, y es la velocidad del cambio. En aquel máximo térmico la subida de la temperatura hasta cinco grados tardó entre 10.000 y 20.000 años, mientras que ahora se trata de un siglo o dos. “Así que hay una gran diferencia de escala y la pregunta es si vamos a ver el mismo tipo des respuesta, si los animales van a ser capaces de reajustar su tamaño corporal en dos siglos”, comenta Secord.
Estudio de Mandíbulas de Caballos Fósiles en Madrid
Un trabajo liderado desde el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha analizado mediante radiografías y tomografías computerizadas las mandíbulas de 28 caballos que vivieron hace 9 millones de años en la Comunidad de Madrid.
“En la zona de Batallones-10 se ha preservado un número muy elevado de mandíbulas prácticamente intactas que incluyen toda la dentición, algo insólito en el registro fósil. Gracias a la excepcional preservación, esta es de las contadas ocasiones en que se han podido aplicar estas técnicas, tan habituales en nuestras consultas dentales actuales, al estudio de caballos fósiles. Los restos analizados corresponden a caballos del género Hipparion sp., situado en una rama diferente a la de los caballos actuales (del género Equus sp.).
“Los caballos, al igual que los humanos, tienen una dentición de leche y una dentición permanente. Sin embargo, tienen la peculiaridad de que gran parte de sus altos dientes se encuentran alojados en el interior de la mandíbula a modo de reserva. Dicha reserva va emergiendo a medida que el animal va desgastando los dientes a lo largo de su vida. Ésta es una adaptación de los caballos a un tipo de alimentación que incluye la ingesta de materiales duros y fibrosos, como la hierba, e incluso de arenilla del suelo lo que provoca un gran desgaste en los dientes.
Los patrones de erupción de los dientes de leche y permanentes así como su progresivo desgaste han permitido a los paleontólogos conocer de un modo muy preciso la edad de los individuos que murieron en el yacimiento. El uso de radiografías y tomografías computerizadas aportan una visión única de estos patrones ya que permiten ver el modo y el momento en que se producen dichos eventos en el interior de las mandíbulas.
“Todos estos individuos se encuentran en los grupos de edad con un mayor riesgo de muerte en poblaciones modernas. Los resultados han permitido también determinar el orden en el que ocurren las secuencias de formación del diente en el interior de la mandíbula, así como de erupción y reemplazo de los dientes.
Así, han confirmado que Hipparion sp. Por otro lado, el orden de erupción de Hipparion sp. y Equus sp. es parecido aunque existen diferencias en el diente que erupciona en último lugar. En el caso de Hipparion sp. es el tercer molar (lo que sería nuestra muela del juicio) y en Equus sp. es, de manera indiferente, o el tercer molar o el cuarto premolar.
“Este hecho se ha relacionado con una menor durabilidad de los dientes de leche en los caballos del género Hipparion en comparación con los de Equus. Hace unos 9 millones de años la zona ahora conocida como Cerro de Batallones estaba compuesta por un sistema de cuevas subterráneas que actuaron como trampas naturales en las que quedaron atrapados numerosos vertebrados, principalmente carnívoros.
Con el paso del tiempo, las cavidades se fueron llenando de sedimentos procedentes de los alrededores y poco antes de rellenarse por completo se formaron sobre ellas pequeños lagos y charcas fangosas, lo que funcionó como trampa para grandes herbívoros, como elefantes, jiráfidos, rinocerontes y caballos.
Este trabajo es una colaboración entre paleontólogos y veterinarios en el que han participado investigadores del Museo Nacional de Ciencias Naturales del CSIC, la Universidad Complutense de Madrid y del Centro Militar de Veterinaria de la Defensa. En la actualidad, los fósiles de los yacimientos del Cerro de los Batallones, incluidos los de caballos, están siendo expuestos en el Museo Arqueológico Regional de la Comunidad de Madrid (en Alcalá de Henares) dentro de la exposición "La colina de los tigres dientes de sable.
Domingo, M.S., Cantero, E., García-Real, I., Chamorro-Sancho, M. J., Martín-Perea, D. M., Alberdi, M. T. & Morales, J. 2018. First radiological study of a complete dental ontogeny sequence of an extinct equid: implications for Equidae life history and taphonomy. Scientific Reports.
Ciclo de conferencias "Lo que relatan los fósiles". Sesión 1
Análisis del Esmalte Dental y las Temperaturas Antiguas
Investigadores del Institut Català de Paleontologia y de la Universidad de Utrecht han analizado el esmalte de dientes fósiles de caballo de 11 a 2 millones de años de antigüedad hallados en los alrededores de Teruel, Daroca y Valencia. Cambios en la proporción de isótopos ligeros y pesados del oxígeno en los dientes indican que hace 10 millones de años (en el Mioceno superior) el promedio de temperaturas anuales era de 5 ºC más alto que hoy en día, y que el clima se enfrió desde entonces.
El esmalte dental es el material más duro que producen los organismos. Debido a que su estructura es tan densa, sus propiedades químicas se pueden preservar en los sedimentos por decenas o incluso centenares de millones de años. Esto permite a los paleontólogos de vertebrados estudiar las proporciones de isótopos ligeros y pesados de ciertos elementos químicos, tales como el oxígeno y el carbono. Estas proporciones ofrecen información valiosa en cuanto a medios ancestrales, como el tipo de vegetación o temperatura.
Los fósiles de los caballos son relativamente abundantes en las rocas sedimentarias continentales. Analizamos cuarenta dientes del género extinguido Hipparion y uno del aún existente Equus encontrados en las cuencas del Mio-Plioceno de Teruel, Calatayud-Daroca y Cabriel. Doce dientes fueron analizados con detalle para estudiar variaciones estacionales.
Como los caballos, igual que todos los mamíferos, tienen una temperatura corporal relativamente constante, los valores del oxígeno isotópico son directamente proporcionales a los valores del consumo de agua y las precipitaciones. Así, estudiando los datos de las precipitaciones actuales en la península, encontramos que la composición de las precipitaciones puede ser predicha por la temperatura, porque la lluvia se produce por el enfriamiento del aire, y el isótopo pesado 18O condensa más fácilmente que el ligero 16O.
Aplicando la relación entre la temperatura y el isótopo de oxígeno a los fósiles españoles, se pudo estimar una tendencia en el descenso de temperatura de 5 ºC para el período comprendido entre hace 11 y 2 millones de años. Una baja proporción del isótopo 13C en los dientes del caballo indica una dieta consistente en las llamadas plantas C3. Este grupo, que engloba hoy en día plantas adaptadas a los climas templados y fríos, pudieron prosperar en un clima cálido debido a que la evolución de las hierbas (sub)tropicales C4 estaba aún en sus inicios, y también porque estas hierbas nunca se adaptaron bien al clima mediterráneo con veranos secos.
"Oxygen and carbon isotope signatures in Late Neogene horse teeth from Spain and application as temperature and seasonality proxies". Van Dam, J.A., G. J. Reichart. 2009.
Dieta y Desgaste Dental
“De acuerdo con los patrones de desgaste dental, se ha comprobado que las dietas de los caballos variaron al mismo tiempo que los cambios de la vegetación a lo largo de los últimos 55 millones de años”, apunta Florent Rivals, uno de los autores del estudio e investigador del Instituto Catalán de Paleoecología Humana y Evolución Social (IPHES).
Según el científico, los primeros équidos (de un solo dedo) vivían en hábitats muy cálidos de tipo selva tropical, y tenían molares adaptados para comer fruta y vegetación blanda. Mientras que hace unos 18 millones de años aparecieron caballos con dientes más complejos y con la corona más alta, lo que les permitió hacer frente a la alimentación de los hábitats de pastizales abiertos de esa época.
La investigación, que se publica en la revista Science, ha analizado molares de 6.500 caballos fósiles de 222 poblaciones diferentes, y de más de 70 especies extintas de caballos. Los resultados han demostrado que la selección natural influyó en los cambios evolutivos en los dientes de estos animales por modificaciones en la dieta (provocadas por las sucesivas variaciones climáticas) y la aparición de nuevos hábitats.
“Dietas diferentes hacen que los dientes de estos mamíferos, al igual que los de otros herbívoros, se desgasten de manera distinta. Por ello, a través del examen de los patrones de desgaste en los dientes fósiles es posible reconstruir la alimentación de las especies extinguidas”, señala Florent Rivals.
El registro fósil analizado procede del Museo Americano de Historia Natural (AMNH, por sus siglas en inglés), que tiene la mayor colección de fósiles de caballos del mundo (más de 100.000 ejemplares).
Desajuste Temporal en la Evolución Dental
Los caballos aparecieron en América del Norte hace unos 55 millones de años. Sin embargo, han evolucionado en cientos de especies diferentes de tamaños diversos: desde el de un zorro a otras más grandes que los caballos actuales. Una de las transformaciones evolutivas más importantes de estos animales es su dentición.
La investigación ha demostrado que la mayoría de las especies de caballos sufrieron una variación muy grande en sus dietas. Este descubrimiento sugiere que, aunque la selección natural para el cambio dental pudo ser “débil” o “inexistente” la mayor parte del tiempo, la selección fue más intensa en momentos puntuales en función de la disponibilidad de determinada alimentación.
El estudio señala que los cambios evolutivos en la morfología del diente se produjeron cerca de un millón de años más tarde que los cambios en la dieta. IPHES/DICYT Los caballos aparecieron en América del Norte hace unos 55 millones de años, pero han evolucionado en cientos de especies diferentes que varían en tamaño desde el de un zorro a otras más grandes que los caballos actuales. Una de las transformaciones evolutivas más importantes de estos animales es su dentición.
Un estudio que el 4 de marzo se publica en Science demuestra que los patrones de desgaste indican que los cambios evolutivos en la morfología del diente son posteriores a los producidos en la alimentación. Los resultados obtenidos convierten la investigación sobre los dientes en un registro fósil fundamental para entender la selección natural que defendía Darwin y los cambios climáticos del pasado.
El registro fósil de los caballos en América del Norte es muy amplio. Esto llevó a Thomas Huxley, estrecho colaborador de Darwin, a utilizarlos para defender la teoría de la evolución, de tal modo que los caballos se convirtieron en un ejemplo clásico de cambio evolutivo por selección natural.
Ésta teoría considera que, por selección natural, sobreviven quienes tienen más capacidad para adaptarse al entorno, muchas veces modificado por los cambios climáticos que, entre otros aspectos, han afectado a la alimentación. En paleontología se ha considerado durante mucho tiempo que los cambios evolutivos en los dientes de caballo fueron causados por la selección natural, debido a modificaciones en la dieta provocadas por las sucesivas variaciones climáticas y la aparición de nuevos hábitats.
Para probar esta hipótesis se ha empleado el estudio de los patrones de desgaste de los molares de caballos fósiles a lo largo de toda su historia evolutiva. El American Museum of Natural History (AMNH) tiene la mayor colección de fósiles de caballos del mundo, con más de 100.000 ejemplares, que los científicos han utilizado para estudiar su evolución.
“Dietas diferentes hacen que los dientes de caballos, al igual que los de otros herbívoros, se desgasten de manera diferente. Por ello, a través del examen de los patrones de desgaste en los dientes fósiles es posible reconstruir la alimentación de las especies extinguidas”, señala Florent Rivals.
”De acuerdo con los patrones de desgaste dental, hemos podido comprobar que las dietas de los caballos variaron al mismo tiempo que los cambios de la vegetación a lo largo de los últimos 55 millones de años”, apunta Florent Rivals. Así, por ejemplo, “los primeros caballos (de un solo dedo) vivían en hábitats muy cálidos -observa el mismo investigador- de tipo selva tropical, y tenían molares adaptados para comer fruta y vegetación blanda.
Como el clima de la tierra se enfrió, y como estos hábitats de selva fueron reemplazados por otros templados más boscosos, los caballos desarrollaron aristas cortantes en sus molares más adaptados para cortar hojas y vegetación más dura. Hace unos 18 millones de años aparecieron caballos con dientes con la corona más alta y más complejos, lo que sugiere que evolucionaron para hacer frente a la alimentación de los hábitats de pastizales abiertos (praderas) que se extendieron durante este tiempo”, añade el mismo investigador del IPHES.
Se ha demostrado que la mayoría de las especies de caballos evidenciaron una variación muy grande en sus dietas. También se ha podido saber que los cambios evolutivos en la morfología del diente son posteriores a los cambios en la dieta alrededor de un millón de años o tal vez algo más.
Este desajuste temporal en la evolución de los dientes de caballo en comparación con los cambios en la dieta, es fundamental para apoyar la hipótesis clásica que propone que estos dientes han evolucionado por selección natural causada por cambios en la alimentación.
“Si, por ejemplo, hubiéramos encontrado que los cambios evolutivos en los dientes eran anteriores a los cambios en la dieta, la hipótesis de la evolución por selección natural no tendría sentido.
Análisis del Esmalte Dental y las Temperaturas Antiguas (Repetición)
Investigadores del Institut Català de Paleontologia y de la Universidad de Utrecht han analizado el esmalte de dientes fósiles de caballo de 11 a 2 millones de años de antigüedad hallados en los alrededores de Teruel, Daroca y Valencia. Cambios en la proporción de isótopos ligeros y pesados del oxígeno en los dientes indican que hace 10 millones de años (en el Mioceno superior) el promedio de temperaturas anuales era de 5 ºC más alto que hoy en día, y que el clima se enfrió desde entonces.
"Oxygen and carbon isotope signatures in Late Neogene horse teeth from Spain and application as temperature and seasonality proxies". Van Dam, J.A., G. J. Reichart. 2009.
El esmalte dental es el material más duro que producen los organismos. Debido a que su estructura es tan densa, sus propiedades químicas se pueden preservar en los sedimentos por decenas o incluso centenares de millones de años. Esto permite a los paleontólogos de vertebrados estudiar las proporciones de isótopos ligeros y pesados de ciertos elementos químicos, tales como el oxígeno y el carbono. Estas proporciones ofrecen información valiosa en cuanto a medios ancestrales, como el tipo de vegetación o temperatura.
Los fósiles de los caballos son relativamente abundantes en las rocas sedimentarias continentales. Analizamos cuarenta dientes del género extinguido Hipparion y uno del aún existente Equus encontrados en las cuencas del Mio-Plioceno de Teruel, Calatayud-Daroca y Cabriel. Doce dientes fueron analizados con detalle para estudiar variaciones estacionales.
Como los caballos, igual que todos los mamíferos, tienen una temperatura corporal relativamente constante, los valores del oxígeno isotópico son directamente proporcionales a los valores del consumo de agua y las precipitaciones. Así, estudiando los datos de las precipitaciones actuales en la península, encontramos que la composición de las precipitaciones puede ser predicha por la temperatura, porque la lluvia se produce por el enfriamiento del aire, y el isótopo pesado 18O condensa más fácilmente que el ligero 16O.
Aplicando la relación entre la temperatura y el isótopo de oxígeno a los fósiles españoles, se pudo estimar una tendencia en el descenso de temperatura de 5 ºC para el período comprendido entre hace 11 y 2 millones de años. Una baja proporción del isótopo 13C en los dientes del caballo indica una dieta consistente en las llamadas plantas C3. Este grupo, que engloba hoy en día plantas adaptadas a los climas templados y fríos, pudieron prosperar en un clima cálido debido a que la evolución de las hierbas (sub)tropicales C4 estaba aún en sus inicios, y también porque estas hierbas nunca se adaptaron bien al clima mediterráneo con veranos secos.
El Origen y Evolución del Caballo
El origen y evolución del caballo revela que estos animales fueron capaces de desarrollar magníficas habilidades de sociabilidad y convivencia. Al punto de crear un histórico lazo afectivo entre hombre y equino. Los primeros relatos de cría y domesticación de caballos fueron registrados en mediados del año 3500 a.C., en la región que hoy pertenece a Kazajistán.
Así se conoce al antepasado más antiguo del caballo. En realidad, la reconstrucción de su esqueleto lo hace más parecido a un diminuto perro. Su cuerpo tenía entre 20 y 40 cm de altura. Estos fósiles fueron encontrados en Oregón y en los sedimentos del Eoceno de Wyoming.
Fue el único género de la familia de los equinos que sobrevivió gracias su capacidad adaptativa. Se supone que el primer ejemplar surgió hace 5 millones de años. El Equus acompaña a la humanidad en guerras, migraciones, cultivos, deportes, viajes y terapias médicas hace más de 3500 años.